CN102856217A - 用于模塑半导体器件的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于模塑半导体器件的装置，包括上模具框和下模具框。所述模具框能够彼此对准，形成用于容纳包括用于封装的半导体管芯的引线框阵列的间隔的腔体。以间隔、竖直的列对准腔体，并且在腔体的每一个列的开口处提供浇口。模塑化合物被传送通过所述浇口并且连续的流动通过每一个腔体并且包封所述半导体管芯。
Description
背景技术
本发明涉及半导体封装，以及更具体地涉及用于模塑半导体器件的模塑装置。
半导体封装是半导体器件制造中的最后阶段，其中集成电路(IC)被例如塑料或者树脂的材料包封。在多种类型的封装中，引线框被用于提供到半导体管芯的电气互连。半导体管芯连附到引线框，并且半导体管芯的接合衬垫电气地连接到引线框的引线——通常是通过利用线结合处理的连线。引线允许了半导体管芯和外部电路之间的电气互连。
引线框组件(具有连附的管芯和接合线的引线框)被放置在由模具框限定的腔体(顶部和底部模具框)中，而模塑化合物被倾注或者注入到腔体中。通过分离模具框和对模塑的引线框执行适当的处理(例如引线的形成和修整)从而形成最终封装的半导体器件。
图1示出了现有的半导体组装或者封装工艺中的步骤的示意图。图1示出了引线框结构或阵列100，其包括多个单独的引线框102。在这种情况下，引线框102用于形成双列直插式封装(DIP)。每个单独的引线框102包括管芯衬垫和一对相对的引线106的行，在管芯衬垫上连附有半导体管芯104。半导体管芯104利用接合线108电气地连接到相应的引线框102的引线106。为了用作半导体管芯104和外部电路之间的外部电连接装置，引线106可能延伸超过模塑化合物或者封装材料(未示出)。具有连附的管芯104的引线框阵列100被放置在模具框中，由此使得可以执行封装工艺。
图2示出了现有的模塑装置200的底部模具框202的示意图，顶部模具框是底部框202的镜象。顶部和底部模具框被配置为彼此对准。底部模具框202和顶部模具框包括一个或更多个腔体204，用于容纳图1的引线框组件(引线框阵列100和管芯104)，其中各个引线框102被容纳在底部模具框202的相应的各腔体204内。底部模具框202在每一个腔体204处包括流道206和浇口208。
模塑化合物通过流道206和浇口208被引入腔体204。当模塑化合物变硬时，顶部和底部模具框被分离并且移除包封的引线框组件。随后通过彼此分离模塑的半导体管芯来形成个体的半导体器件。
现有的模塑装置200的一个缺点在于，各个腔体204彼此间隔，由此使得模具框的实际设计是低效的。流道206和浇口208占据的空间还导致低密度的引线框阵列或者条带设计。如图1所示，引线框阵列100具有两个垂直列的引线框102，其中引线框102在X和Y两个方向上与相邻的引线框间隔开。进一步，模塑化合物仅仅流向单个腔体204，但是不在腔体204之间流动，即，不从一个腔体流动到相邻腔体中。此外，模塑化合物在一个方向上流入一个流道206并且必须改变方向90°以流入腔体204中。模具框202还具有用于每一个腔体204的浇口208，并且需要高压以确保模塑流入每一个腔体204。
有利的是提供一种模塑装置，其容纳更多的引线框，并且允许利用较低压力均匀地流动模塑。
发明内容
在本发明的一个实施例中，提供了一种利用模塑化合物包封引线框阵列的装置。所述装置包括上模具框和下模具框，能够彼此对准。上模具框和下模具框的每一个包括多列腔体。每列腔体容纳所述引线框阵列的多个引线框，由此使得列中的每一个引线框形成跨越多个列的行。所述装置进一步包括至少一个容器，用于存储模塑化合物。多个通道将多列腔体连接至所述至少一个容器。每一通道将腔体的相应列连接到所述至少一个容器。模塑化合物从所述容器经由多个通道流动到每一列，并且流动到列中的每一引线框之上。
在本发明的另一实施例中，提供了一种引线框阵列。所述引线框阵列包括形成多个列的多个引线框。每一列包括一个或更多个引线框，其中列中的每一个引线框形成跨越多列的行。每一引线框包括位于引线框的相对侧上的一对引线用于形成双列直插(DIP)封装器件。列内的引线框彼此对准，由此使得一列中的每个引线框的引线从所述列向外延伸。
在本发明的还一实施例中，提供了一种利用模塑化合物包封半导体管芯的方法。提供包括上模具框和下模具框的模塑装置。上模具框和下模具框中的每一个包括多列腔体。每一列腔体容纳引线框阵列的多个引线框，由此使得列中的每一个引线框形成跨越多列的行。将包括多个引线框的引线框阵列放置到所述多个腔体中。每一个引线框包括至少一行引线和具有连附到引线框的半导体管芯的管芯衬垫，所述至少一行引线沿着所述腔体的长度对准。将模塑化合物注入到至少一列中以包封多个半导体管芯。模塑化合物连续地沿着腔体流动到列中的每个引线框之上并且包封每个半导体管芯。执行修整、成形和切单操作用于分离多个包封的半导体管芯。
附图说明
当结合附图阅读时，将会更好地理解本发明的优选实施例的以下具体描述。通过举例的方式示出了本发明，并且本发明不限于附图，其中相同的参考标号表明相同的部件。
图1示出了现有的引线框组件的示意图；
图2示出了现有的模塑装置的模具框的顶视图；
图3示出了根据本发明实施例的引线框组件的示意图；
图4A和4B示出了根据本发明实施例的模塑装置的侧面剖视图和模具框的顶视图；
图5示出了根据本发明的另一实施例的模具框的顶视图；以及
图6示出了根据本发明实施例的用于封装半导体器件的方法的流程图。
具体实施方式
以下参考附图阐述的具体实施方式意在描述当前本发明的优选实施例，而并非意图表示本发明仅仅可以以这种形式实施。将要理解，可以通过意图被包括在本发明精神和保护范围内的不同的实施例来完成相同的或等效的功能。
现在参考图3，示出了根据本发明实施例的引线框组件300的示意图。引线框组件300包括引线框阵列302，引线框阵列302具有多个引线框列304a-304d(其共同地被称为引线框列304)。每个引线框列304包括多个引线框306。在图3中，每个引线框306具有与其连附并电气地连接的半导体管芯308。半导体管芯308可以是处理器(例如数字信号处理器(DSP))、专用功能电路或者执行任何其他类型功能的电路。
各列304中的引线框306形成了跨越列的行。换言之，如图3所示，当列304a包括四个引线框306时，则引线框阵列302将具有四行引线框306。跨越列的上述行的数目等于一列中的引线框的数目。在本发明的各种实施例中，可以在列304中包括任何适当数目的引线框306，并且可以提供任何适当的列304的数目。
例如利用线接合、倒装或者带自动接合工艺，各个半导体管芯308被连附到管芯衬垫(未示出)并且接合到其中一个引线框306的引线310。引线308延伸到引线框306外部并且用作半导体管芯308和外部电路之间的外部电连接装置。根据本发明，引线框306被布置为使得列304中的各引线框306之间存在很小的间隔或者不存在间隔。此外，如可以看到的，在引线框阵列302的各列304之间存在非常微小的间隔。
如将结合图4A和4B将详细说明的，在本发明的一个实施例中，每个引线框306包括与模具框的腔体匹配的至少一行引线310。在本发明的另一实施例中，每个引线框306包括一对引线310，引线310沿着引线框306的长度方向被配置在引线框306的相对侧上。在本发明的各种实施例中，半导体管芯308具有不同的尺寸。半导体管芯308的周边可以彼此不同。一个半导体管芯308的长度(沿着列)可以与另一半导体管芯308的长度不同。
现在参考图4A和4B，示出了根据本发明实施例的模塑装置400的相应的截面顶视和侧视图。模塑装置400包括顶部模具框402(或者上模具框)和底部模具框404(或者下模具框)。多个间隔的腔体406形成在所述上模具框和下模具框402、404的内部。在本发明的一个实施例中，上模具框和下模具框402和404具有基本上矩形的形状，并且沿着上模具框和下模具框402和404的长度方向形成腔体406。腔体406基本上彼此平行并且彼此间隔开，即，以彼此相距预定的距离来配置它们。
上模具框和下模具框402和404被形成为它们可以通过夹持装置(未示出)而彼此对准。夹持器可以安装在上模具框和下模具框402和404的外表面上。应当注意，此处提到的夹持装置仅仅是出于说明性的目的。任何其他适当的装置(例如铆接、螺母及螺栓装置等等)都可以被用于将顶部和底部模具框402和404固定在一起，而不会背离本发明的精神和保护范围。
引线框阵列300被放置在上模具框和下模具框402和404之间，由此使得引线框306的列304适于装配在各单独的隔开的腔体406内。在本发明的一个实施例中，每个引线框306包括至少一行引线310，其对准相应腔体406的每个边缘。换言之，对于具有相对的两行引线310的引线框306来说，各引线行与对应的腔体406的各边缘对准。用这样的方式，引线框阵列300被容纳在由上模具框和下模具框402和404的腔体406所形成的空间中。
模塑装置400包括一个或更多个浇口408，其位于对应的一个腔体406的一端的开口处。即，每个腔体406仅在其一端处具有一个浇口。在本发明的一个实施例中，浇口408连接到模塑化合物注入单元或者容器410a和410b(其被共同地称为容器410)。在其他实施例中，模塑装置可以具有更多或更少的容器410。例如，图5示出了具有四列腔体和每一列一个容器的模塑装置的实施例。406，可以使用一个、两个或者四个模塑化合物注入单元410。
每一个容器或者模塑化合物注入单元410都通过通道412连接到其中一个浇口408。模塑化合物通过通道412流动至浇口408并流入腔体406，在那里模塑化合物随后流动通过腔体406并且连续地流动到腔体内的多个引线框之上。
每一个浇口408都能够接收来自模塑化合物注入单元410的模塑化合物。模塑化合物注入单元410通过通道412和浇口408将模塑化合物注入到腔体406中。由于在腔体406内没有浇口408以及仅仅在腔体406的一端或者头部具有一个浇口408，因此模塑化合物能够沿着整列不受妨碍地流动。这有助于模塑化合物的更高效的流动(与现有技术中变向90°相反，在一个方向上流动)和引线框阵列内的引线框的更紧凑的布局。由此，还消除了对于流道206的需要(图2)。进一步，可以利用一个模塑装置400模塑不同尺寸的半导体管芯。
模塑化合物可以是环氧树脂、酚醛树脂硬化物、硅石、脱模剂等等。当模塑化合物变得足够硬或者足够干燥时，分离上模具框和下模具框402和404并且从腔体406移除包封的半导体管芯。可以对包封的半导体管芯执行修边操作以去除多余的模塑化合物。如本领域技术人员已知的，包封的半导体管芯可以进一步经受修整和成形工艺。还通过执行利用锯或者激光切割装置的切单操作来将包封的半导体管芯彼此分离为单个封装装置。模塑装置400可以被用于形成双列直插式封装(DIP)、收缩型小外形封装(TSSOP)、缩小型小外形封装(SSOP)、小外形集成电路封装(SOIC)、单列直插式封装(SIP)、J型引脚小外形封装(SOJ)、微缩塑料双列直插式封装(SPDIP)、薄小外形封装(TSOP)、甚小外形封装(VSOP)和塑料双列直插式封装(PDIP)。
图5示出了根据本发明另一实施例的模塑装置500的截面顶视图。模塑装置500类似于模塑装置400，不同之处在于，其对于每一个腔体406具有一个容器502，其中的每一个容器502利用单个通道504连接到腔体。每一个腔体406还具有一个用于监测流入腔体406的模塑化合物的浇口408。如图4的模塑装置400，在模塑装置500中，模塑化合物能够不中断地流动跨越列/腔体406内的多个引线框。
现在参考图6，示出了根据本发明实施例的封装半导体器件的方法的流程图。已经结合图3、4A-4B和5说明了流程图的各步骤。在步骤602处，提供例如模塑装置400或者500的模塑装置。模塑装置包括上模具框和下模具框(例如是上模具框和下模具框402和404)，其通常互为镜像。通过用于容纳具有引线框的列的引线框阵列的模具框来形成腔体的列。
在步骤604，引线框阵列被放置在模塑装置中，由此使得引线框的列适于装配在模塑装置的腔体内。每一个腔体包括浇口以控制模塑化合物从容器到腔体中的流动。浇口经由通道(例如通道412)连接到容器或者模塑化合物注入单元。
在步骤606，模塑化合物被注入到腔体中。模塑化合物可以被预热至适当的温度(高于模塑化合物的熔点)以促进模塑化合物流动到腔体中。可选地，可以利用液压活塞装置将模塑化合物倾注到腔体中。还可以使用其他将模塑化合物移动至浇口并且移动到腔体中的方法。在腔体充满模塑化合物并且腔体内引线框组件被包封之后，使得模塑化合物冷却。如本领域技术人员已知的，随着冷却，模塑化合物变硬。
在步骤608，上模具框和下模具框被分离，并且从其移除此时包封好的引线框阵列，由此使得可以通过切单形成单个器件。
在本发明的一个实施例中，对包封的半导体管芯执行修边操作，其中从引线去除多余的模塑化合物。修边操作可以包括干喷砂、湿喷砂、化学修边、高压水修边、以及其组合。此外，如在现有技术中已知的，可以执行修整和成形操作。
尽管已经示出了和描述了本发明的优选实施例，但是很显然本发明不仅仅局限于这些实施例。在不背离如权利要求书描述的本发明的精神和保护范围的情况下，许多的改型、变化、改变、替换和等价物对于本领域技术人员是明显的。
Claims (9)
1.一种利用模塑化合物包封引线框组件的装置，其中所述引线框组件包括引线框阵列和连附并且电气地连接到相应的引线框的多个半导体管芯，所述装置包括：
上模具框和下模具框，能够彼此对准，其中所述上模具框和下模具框的每一个包括多列腔体，每列腔体用于容纳所述引线框阵列的多个引线框，由此使得列中的每一个引线框形成跨越多个列的行；
至少一个容器，用于存储模塑化合物；和
多个通道，将多列腔体连接至所述至少一个容器，其中每一通道连接到相应的其中一列；以及
其中所述模塑化合物从所述容器经由多个通道流动到每一列，并且随后流动到列中的每一引线框组件之上。
2.如权利要求1所述的装置，进一步包括多个浇口，其中浇口被配置在每一列和将所述列连接至所述至少一个容器的通道之间，其中所述多个浇口调节模塑化合物从相应的通道到所述列的流动。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个容器包括每两列至少一个容器。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个容器包括每列至少一个容器。
5.如权利要求1所述的装置，其中一列内的引线框彼此对准，由此使得一列中的所有引线框的所有引线从所述列向外延伸。
6.一种引线框阵列，包括：
多列引线框，每一列包括两个或更多个引线框，其中列中的每一个引线框形成跨越多列的行，以及其中每一引线框包括位于引线框的相对侧上的一对引线用于形成双列直插DIP封装器件，以及
其中一列内的所述引线框彼此对准，由此使得一列中的所有引线框的所有引线从所述列向外延伸。
7.一种利用模塑化合物包封半导体管芯的方法，包括：
提供模塑装置，所述模塑装置包括上模具框，被配置用于与下模具框对准，其中所述上模具框和下模具框中的每一个包括多列腔体，每一个腔体用于容纳引线框组件阵列的引线框组件，由此使得列中的每一个引线框组件形成跨越多列的行，以及其中每一引线框组件包括引线框和电气地连接到所述引线框的半导体管芯；
将所述引线框组件的阵列放置到所述多个腔体中，其中每一个引线框包括至少一行引线，以及其中所述至少一行引线沿着所述腔体的长度对准；以及
在列的一端处将模塑化合物注入到多个列中的每一个，由此使得模塑化合物连续流动到每个腔体和每列中的引线框组件之上并且包封所述引线框组件。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述多个腔体基本上彼此平行，以及其中每一列包括形成在其顶部处的浇口用于接收模塑化合物。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述引线框阵列包括单列直插式封装SIP和双列直插式封装DIP引线框中的一个。
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