CN102810489B - 芯片封装系统、方法、注入装置及冲压与注入联动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种芯片封装方法，包括：在框架载片台上冲压出容纳软焊料的凹槽；在所述凹槽中注入融化的软焊料；所述软焊料冷却后成形待用；在装片设备轨道中将软焊料融化；将芯片黏结在所述软焊料上，所述软焊料回流冷却，从而完成装片工作。本发明还公开了一种注入装置、冲压与注入联动装置以及芯片封装系统，通过在框架载片台中冲压出凹槽，位于凹槽的软焊料无法外溢，因此不会存在因装片机焊头Z向精度或者框架载片台局部沾锡性不一问题引起软焊料外溢所导致的软焊料不均匀现象，能根据需要控制软焊料厚度与均匀性，使软焊料厚度达到要求厚度和均匀性指标；且去除点锡、压膜装置及其相应动作，可提高生产效率，降低对芯片封装系统的制造要求。

Description

芯片封装系统、方法、注入装置及冲压与注入联动装置
技术领域
本发明涉及集成电路封装技术，尤其涉及芯片封装系统、方法、注入装置及冲压与注入联动装置。
背景技术
在半导体封装过程中，尤其是功率器件，需要通过软焊料将芯片粘结到引线框架载片台上，实现芯片与引线框架的电连接功能。
软焊料厚度与均匀性是考量软焊料粘结芯片的主要指标，传统的软焊料装片模式中，软焊料融化后点在框架载片台表面。由于融化后的软焊料呈半圆或球状，具有流动性，使得软焊料的厚度难以控制，且均匀性不好，容易造成软焊料热传导及导电性差，导通电阻差异较大。功率器件封装中，芯片发热量较大，同时框架与芯片之间的膨胀系数不一样，需要软焊料作为热应力缓冲区，软焊料厚度不足或者不均匀，易产生芯片裂纹或者造成软焊料层与框架载片台间分层现象，降低产品可靠性。为防止此现象对产品质量的影响，软焊料厚度必须控制在20um以上，均匀性控制在10um以内。但是由于引线框架本身对软焊料沾润性影响，引线框架尺寸误差，装片设备轨道误差，设备压膜Z值误差等均会对软焊料厚度与均匀性产生影响。因此如何保证功率器件软焊料厚度与均匀性一直是半导体功率器件封装的难题。
目前，装片设备追加压膜工艺，对融化后的软焊料进行压着整形，将软焊料形状压制出需要的形状。请参阅图6A至图6F，其中，图6A至图6F所示是现有的芯片封装方法的各步骤示意图，现有的芯片封装方法，具体包括如下步骤：
第一步，采用点锡装置20将软焊料30滴到框架载片台10上；
第二步，撤离点锡装置20；
第三步，采用压膜装置40将所述软焊料30压膜成型；
第四步，将芯片50放置于所述软焊料30上；
第五步，所述软焊料30受到所述芯片50的挤压，由于软焊料30的周边没有阻挡物，因此，软焊料30容易向框架载片台10的四周不规则外溢；
第六步，由于软焊料30回流的作用，软焊料30会朝向中间并向上维挺（即维持挺起），回流动作完成，但是由于外溢不受限制，回流后容易造成软焊料30的厚度不均匀。
由图6A至图6F可见，现有的芯片封装方法及装置有如下缺陷
1.无法解决软焊料30量过多或过少时，软焊料30形状符合要求，间接影响芯片50下方软焊料30的厚度与均匀性；
2.设备速度受到点锡装置20和压膜装置50的影响且设备制造难度与成本较高；
3.压膜成形的软焊料30受到装片机焊头粘片时的挤压，易产生软焊料外溢现象，导致芯片50下方软焊料30厚度不足或者软焊料30厚度差异较大；
4.压膜技术无法解决框架载片台10沾锡性不好时，软焊料30回流不良引起的软焊料厚度偏小或者不均匀现象。
发明内容
鉴于现有压膜技术存在上述问题，本发明的主要目的在于解决现有技术缺陷，提供一种芯片封装系统、方法、注入装置及冲压与注入联动装置，能够根据需要控制软焊料厚度与均匀性，使装片胶厚度达到要求的厚度和均匀性指标；并且去除点锡、压膜装置及其相应动作，可以提高生产效率，降低对芯片封装系统的制造要求。
为了达到上述的目的，本发明采用如下技术方案：
一种芯片封装方法，包括如下步骤：
第一步，在框架载片台上冲压出容纳软焊料的凹槽；
第二步，在所述凹槽中注入融化的软焊料；
第三步，所述软焊料冷却后成形待用；
第四步，在装片设备轨道中将所述软焊料融化；
第五步，将芯片黏结在所述软焊料上，所述软焊料回流冷却，从而完成装片工作。
优选的，在上述的芯片封装方法中，所述第三步，所述软焊料自然冷却后成形待用。
优选的，在上述的芯片封装方法中，所述第五步包括如下子步骤：
第51步，框架载片台在装片设备轨道内受热，使得其凹槽中的软焊料融化；
第52步，将芯片放在所述软焊料上；
第53步，软焊料受到芯片挤压向四周流动；
第54步，软焊料在惯性作用下向中间回流。
本发明还公开了一种注入装置，包括架体、电磁压力控制阀、软焊料融化腔、软焊料流量控制阀以及温控加热装置，所述软焊料融化腔设置于所述架体的内部，所述电磁压力控制阀设置于架体上用于将软焊料引入所述软焊料融化腔内，所述软焊料融化腔的底部设有软焊料流量控制阀，所述温控加热装置设置于所述架体上。
优选的，在上述的注入装置中，所述温控加热装置包括若干设置于所述架体的底部以及位于所述软焊料融化腔的四周的加热体以及热力流量控制阀，所述加热体分别与所述热力流量控制阀连接。
优选的，在上述的注入装置中，所述软焊料流量控制阀是两位五通双电控与流量控制阀。
优选的，在上述的注入装置中，所述架体上还设有用于检测并显示所述软焊料融化腔内的软焊料的压力的数码控制压力表。
本发明还公开了一种冲压与注入联动装置，包括驱动基座、上座凸模、下座凹模以及如上所述的注入装置，所述上座凸模与所述注入装置间隔固定设置于所述驱动基座的下方，所述下座凹模位于所述上座凸模与所述注入装置的下方，所述下座凹模上对应所述上座凸模与所述注入装置的位置分别开设用于放置框架载片台的框架槽。
优选的，在上述的冲压与注入联动装置中，所述电磁压力控制阀设置于所述软焊料融化腔的顶部，所述上座凸模相应所述电磁压力控制阀的位置设有软焊料通道，所述软焊料通道的一端与所述电磁压力控制阀连接，另一端作为投料口。
本发明还公开了一种芯片封装系统，包括如上所述的冲压与注入联动装置以及装片设备，所述装片设备包括用于装载和加热所述框架载片台的装片设备轨道和用于将芯片放入融化的软焊料中的装片机焊头。
本发明提供的芯片封装系统、方法、注入装置及冲压与注入联动装置，通过在框架载片台中冲压出凹槽，可以将软焊料注入所述凹槽内，凹槽的侧壁可以阻止所述软焊料外溢，因此不会存在因装片机焊头Z向精度或者框架局部沾锡性不一问题引起软焊料外溢导致软焊料厚度不均匀现象，使装片胶（即装片后的软焊料）的厚度达到要求的厚度和均匀性指标，而且还可以省去框架载片台边缘冲压防溢槽工艺，同时凹槽还可以增大塑封体与框架之间的结合力，对防止载片台与芯片软焊料间分层有明显效果。另一方面，本发明，摒弃了传统的封装过程中装片设备点软焊料并压膜成形的工艺步骤（即点料工艺和压膜工艺）及相应的点料装置及压膜装置，可以避免出现软焊料受框架载片台表面沾锡状况/装片机焊头Z向精度的影响产生软焊料厚度不均匀及者厚度不足的现象，同时，由于减少了点料、压膜工艺，芯片封装系统的制造要求降低，速度提升，节约了成本。
另外，本发明在框架载片台冲压成形阶段，利用原本的冲压模具，追加工作站点，使用联动结构，即通过将所述上座凸模与所述注入装置间隔固定设置于所述驱动基座的下方，所述下座凹模位于所述上座凸模与所述注入装置的下方，所述下座凹模上对应所述上座凸模与所述注入装置的位置分别开设用于放置框架载片台的框架槽，可以同步完成不同框架载片台的凹槽冲压及软焊料注入，有效提高了工作效率。
附图说明
本发明的芯片封装系统、方法、注入装置及冲压与注入联动装置由以下的实施例及附图给出。
图1为本发明的芯片封装系统中的一实施例的冲压与注入联动装置冲压前的结构示意图。
图2为本发明一实施例的注入装置完成冲压后的结构示意图。
图3为本发明一实施例的冲压与注入联动装置松开框架载片台的结构示意图。
图4为本发明一实施例的注入装置的结构示意图。
图5A至图5D是本发明一实施例的芯片封装方法中第五步的各子步骤示意图。
图6A至图6F是现有的芯片封装方法的各步骤示意图。
图中，1-框架载片台，2-凹槽，3-软焊料，4-芯片，5-驱动基座，6-上座凸模，7-下座凹模，8-注入装置，81-架体，82-电磁压力控制阀，83-软焊料融化腔，84-软焊料流量控制阀，85-加热体，86-热力流量控制阀，87-数码控制压力表，9-软焊料通道，91-投料口，10-框架载片台，20-点锡装置，30-软焊料，40-压膜装置，50-芯片。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参阅图1至图3，其中，图1所示为本发明的芯片封装系统中的冲压与注入联动装置冲压前的结构示意图，图2所示为本发明一实施例的注入装置完成冲压后的结构示意图，图3所示为本发明一实施例的冲压与注入联动装置松开框架载片台的结构示意图。本实施例提供的芯片封装系统，包括冲压与注入联动装置以及装片设备，所述冲压与注入联动装置用于在框架载片台1上冲压出用于容纳软焊料的凹槽2以及在所述凹槽2中注入融化的软焊料3，所述装片设备用于将所述软焊料融化以及将芯片4黏结在所述软焊料3上，所述装片设备包括用于装载和加热所述框架载片台1的装片设备轨道和用于将芯片4放入融化的软焊料2中的装片机焊头。该芯片封装系统，通过在框架载片台1中冲压出凹槽2，可以将软焊料3注入所述凹槽2内，一方面，凹槽2的侧壁可以作为墙体围住软焊料，因此不会出现因装片机焊头Z向精度或者框架载片台局部沾锡性不一问题引起软焊料3外溢所导致不均匀现象；另一方面，还可以省去框架载片台边缘冲压防溢槽工艺，从而节省工艺步骤，提高生产效率；再一方面，凹槽2可以增加塑封体与框架载片台1间结合力，所述塑封体的作用是将框架载片台、软焊料以及芯片包封在一起，通过增设凹槽，可以使框架载片台1、软焊料3以及芯片4间结合更可靠，防止水汽进入，因此减少塑封体内部的框架载片台、软焊料以及芯片间的分层。
其中，所述冲压与注入联动装置，包括驱动基座5、上座凸模6、下座凹模7以及注入装置8，所述上座凸模6与所述注入装置8间隔固定设置于所述驱动基座5的下方，所述下座凹模7位于所述上座凸模6与所述注入装置8的下方，所述下座凹模7上对应所述上座凸模6与所述注入装置8的位置分别开设用于放置框架载片台1的框架槽，其中所述下座凹模7上对应所述上座凸模6的位置开设用于放置待冲压的框架载片台1，所述下座凹模7上对应所述注入装置8的位置开设用于放置已经冲压处凹槽待软焊料注入的框架载片台1的框架槽。采用如上结构的冲压与注入联动装置，可以在框架载片台1的冲压成形阶段，利用原本的冲压模具，追加工作站点，使用联动结构，可以同步完成不同框架载片台1的凹槽2冲压步骤及软焊料3注入步骤，从而，有效提高了工作效率。
请参阅图4，并请结合图1至图3，所述注入装置8具体包括架体81、电磁压力控制阀82、软焊料融化腔83、软焊料流量控制阀84以及温控加热装置，所述软焊料融化腔83设置于所述架体81的内部，所述电磁压力控制阀82设置于架体81上用于将软焊料3引入所述软焊料融化腔83内，所述软焊料融化腔83的底部设有软焊料流量控制阀84，该软焊料流量控制阀84可以控制所述软焊料3的注入量和注入速率，所述温控加热装置设置于所述架体81上，用于将所述软焊料3加热到所需的状态。采用上述结构的注入装置，具有软焊料注入剂量精确、注入工艺稳定的优点。
较佳的，在本实施例中，所述温控加热装置包括若干设置于所述架体81的底部以及位于所述软焊料融化腔83的四周的加热体85以及热力流量控制阀86，所述加热体85分别与所述热力流量控制阀86连接。位于所述软焊料融化腔83的四周的加热体85可以均匀加热所述软焊料融化腔83内的软焊料3，设置于所述架体81的底部的加热体可以加热已经注入到凹槽内的软焊料3，防止软焊料3因凝固而停止流动以致软焊料3注入不足。
较佳的，在本实施例中，所述软焊料流量控制阀84是两位五通双电控与流量控制阀，其具有结构紧凑，流量控制精确的优点。
较佳的，在本实施例中，所述电磁压力控制阀82设置于所述软焊料融化腔83的顶部，所述上座凸模6相应所述电磁压力控制阀82的位置设有软焊料通道9，所述软焊料通道9的一端与所述电磁压力控制阀82连接，另一端作为投料口91。采用此结构，结构简单，软焊料3可以利用重力流入电磁压力控制阀82。
较佳的，在本实施例中，所述架体81上还设有用于检测并显示所述软焊料融化腔83内的软焊料3的压力的数码控制压力表87。操作人员通过数码控制压力表87可以监测和控制软焊料融化腔83中的软焊料3的压力。
请结合图1至图4。本实施例提供的芯片封装方法，包括如下步骤：
第一步，在框架载片台1（或称为引线框架）上冲压出容纳软焊料的凹槽2；
第二步，在所述凹槽2中注入融化的软焊料3；
第三步，所述软焊料3冷却后成形待用，较佳的，在本实施例的芯片封装方法中，所述第三步，所述软焊料3自然冷却后成形待用。
第四步，在装片设备轨道中将所述软焊料3融化；
第五步，将芯片4黏结在所述软焊料3上，所述软焊料3回流冷却，完成装片工作。优选的，请参阅图5A至图5D，图5A至图5D是本发明一实施例的芯片封装方法中第五步的各子步骤示意图。在本实施例的芯片封装方法中，所述第五步包括如下子步骤：
第51步，请具体参阅图5A，框架载片台1在装片设备轨道内受热，使得其凹槽2中的软焊料3融化；
第52步，请具体参阅图5B，将芯片4放在所述软焊料3中；
第53步，请具体参阅图5C，软焊料3受到芯片4挤压向四周流动，由于四周有凹槽的侧壁阻挡，因此，软焊料无法外溢；
第54步，请具体参阅图5D，软焊料3在惯性作用下向中间回流，也就是说，软焊料3由于惯性的作用，会朝向中间并向上维挺，回流动作完成。
综上所述，本发明提供的芯片封装系统、方法、注入装置及冲压与注入联动装置，通过在框架载片台中冲压出凹槽，可以将软焊料注入所述凹槽内，凹槽的侧壁可以阻止所述软焊料外溢，因此不会存在因装片机焊头Z向精度或者框架局部沾锡性不一问题引起软焊料外溢导致软焊料厚度不均匀现象，使装片胶（即装片后的软焊料）的厚度达到要求的厚度和均匀性指标，而且还可以省去框架载片台边缘冲压防溢槽工艺，同时凹槽还可以增大塑封体与框架之间的结合力，对防止载片台与芯片软焊料间分层有明显效果。另一方面，本发明，摒弃了传统的封装过程中装片设备点软焊料并压膜成形的工艺步骤（即点料工艺和压膜工艺）及相应的点料装置及压膜装置，可以避免出现软焊料受框架载片台表面沾锡状况/装片机焊头Z向精度的影响产生软焊料厚度不均匀及者厚度不足的现象，同时，由于减少了点料、压膜工艺，芯片封装系统的制造要求降低，速度提升，节约了成本。
另外，本发明在框架载片台冲压成形阶段，利用原本的冲压模具，追加工作站点，使用联动结构，可以同步完成不同框架载片台的凹槽冲压及软焊料注入，有效提高了工作效率。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种冲压与注入联动装置，其特征在于，包括驱动基座、上座凸模、下座凹模以及注入装置，所述上座凸模与所述注入装置间隔固定设置于所述驱动基座的下方，所述下座凹模位于所述上座凸模与所述注入装置的下方，所述下座凹模上对应所述上座凸模与所述注入装置的位置分别开设用于放置框架载片台的框架槽；所述注入装置包括架体、电磁压力控制阀、软焊料融化腔、软焊料流量控制阀以及温控加热装置，所述软焊料融化腔设置于所述架体的内部，所述电磁压力控制阀设置于架体上用于将软焊料引入所述软焊料融化腔内，所述软焊料融化腔的底部设有软焊料流量控制阀，所述温控加热装置设置于所述架体上。
2.根据权利要求1所述的冲压与注入联动装置，其特征在于，所述电磁压力控制阀设置于所述软焊料融化腔的顶部，所述上座凸模相应所述电磁压力控制阀的位置设有软焊料通道，所述软焊料通道的一端与所述电磁压力控制阀连接，另一端作为投料口。
3.一种冲压与注入联动装置，其特征在于，包括驱动基座、上座凸模、下座凹模以及注入装置，所述上座凸模与所述注入装置间隔固定设置于所述驱动基座的下方，所述下座凹模位于所述上座凸模与所述注入装置的下方，所述下座凹模上对应所述上座凸模与所述注入装置的位置分别开设用于放置框架载片台的框架槽；所述注入装置包括架体、电磁压力控制阀、软焊料融化腔、软焊料流量控制阀以及温控加热装置，所述软焊料融化腔设置于所述架体的内部，所述电磁压力控制阀设置于架体上用于将软焊料引入所述软焊料融化腔内，所述软焊料融化腔的底部设有软焊料流量控制阀，所述温控加热装置设置于所述架体上；所述温控加热装置包括若干设置于所述架体的底部以及位于所述软焊料融化腔的四周的加热体以及热力流量控制阀，所述加热体分别与所述热力流量控制阀连接。
4.根据权利要求3所述的冲压与注入联动装置，其特征在于，所述电磁压力控制阀设置于所述软焊料融化腔的顶部，所述上座凸模相应所述电磁压力控制阀的位置设有软焊料通道，所述软焊料通道的一端与所述电磁压力控制阀连接，另一端作为投料口。
5.一种冲压与注入联动装置，其特征在于，包括驱动基座、上座凸模、下座凹模以及注入装置，所述上座凸模与所述注入装置间隔固定设置于所述驱动基座的下方，所述下座凹模位于所述上座凸模与所述注入装置的下方，所述下座凹模上对应所述上座凸模与所述注入装置的位置分别开设用于放置框架载片台的框架槽；所述注入装置包括架体、电磁压力控制阀、软焊料融化腔、软焊料流量控制阀以及温控加热装置，所述软焊料融化腔设置于所述架体的内部，所述电磁压力控制阀设置于架体上用于将软焊料引入所述软焊料融化腔内，所述软焊料融化腔的底部设有软焊料流量控制阀，所述温控加热装置设置于所述架体上；所述软焊料流量控制阀是两位五通双电控与流量控制阀。
6.根据权利要求5所述的冲压与注入联动装置，其特征在于，所述电磁压力控制阀设置于所述软焊料融化腔的顶部，所述上座凸模相应所述电磁压力控制阀的位置设有软焊料通道，所述软焊料通道的一端与所述电磁压力控制阀连接，另一端作为投料口。
7.一种冲压与注入联动装置，其特征在于，包括驱动基座、上座凸模、下座凹模以及注入装置，所述上座凸模与所述注入装置间隔固定设置于所述驱动基座的下方，所述下座凹模位于所述上座凸模与所述注入装置的下方，所述下座凹模上对应所述上座凸模与所述注入装置的位置分别开设用于放置框架载片台的框架槽；所述注入装置包括架体、电磁压力控制阀、软焊料融化腔、软焊料流量控制阀以及温控加热装置，所述软焊料融化腔设置于所述架体的内部，所述电磁压力控制阀设置于架体上用于将软焊料引入所述软焊料融化腔内，所述软焊料融化腔的底部设有软焊料流量控制阀，所述温控加热装置设置于所述架体上；所述架体上还设有用于检测并显示所述软焊料融化腔内的软焊料的压力的数码控制压力表。
8.根据权利要求7所述的冲压与注入联动装置，其特征在于，所述电磁压力控制阀设置于所述软焊料融化腔的顶部，所述上座凸模相应所述电磁压力控制阀的位置设有软焊料通道，所述软焊料通道的一端与所述电磁压力控制阀连接，另一端作为投料口。
9.一种芯片封装系统，其特征在于，包括如权利要求1或3或5或7所述的冲压与注入联动装置以及装片设备，所述装片设备包括用于装载和加热所述框架载片台的装片设备轨道和用于将芯片放入融化的软焊料上的装片机焊头。
10.一种芯片封装系统，其特征在于，包括如权利要求2或4或6或8所述的冲压与注入联动装置以及装片设备，所述装片设备包括用于装载和加热所述框架载片台的装片设备轨道和用于将芯片放入融化的软焊料上的装片机焊头。
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