CN102983086B - 平面阵列贴片式低能耗环保型高精密集成电路封装模具 - Google Patents
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Abstract
一种平面阵列贴片式低能耗环保型高精密集成电路封装模具，其属于半导体存储芯片封装技术领域，可采用绿色环保型环氧树脂填充原料类别。该类型模具是由多个下模注料杆由压力机台油缸为动力均匀注料，使绿色环氧塑料经过下模注料块流动到上模注料块填充到上模型腔内的一种新的填充形式，严格控制进料的位置，浇口的大小，进料的速度与流量来保证填充过程的完整。解决现有模具针对绿色环氧塑料流动性不好，而产生的积气、填充不满、翘曲度大问题。通过模具的脱料机构来解决绿色环氧塑料的高粘度对模具脱模的影响，而产生的分层或开裂等电特性失效问题。与现有封装形式模具相比，实现产品多样化，提高稳定性，在世界性节能降耗大背景下有特殊意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种平面阵列贴片式低能耗环保型高精密集成电路封装模具，其属于半导体存储芯片封装可采用绿色环保型环氧树脂填充原料的技术领域。
背景技术
环氧树脂塑封料，引线框架，芯片，金线是构成半导体的4大基础原材料。环氧树脂塑封料的主要功能是：1，保护芯片不受外界环境的影响，抵抗外部的湿气，溶剂，以及冲击的影响。2，良好的安装性能，抵抗安装时的热冲击，以及机械震动。3，使芯片和外界环境电绝缘。4，提高热扩散。所以说，环氧树脂塑封料是半导体不可缺少的主材料。我国大陆环氧树脂塑封料产能已超过7万吨/年。随着环氧塑封行业的快速发展，对环氧塑封材料提出了更高的要求，除了提高性能、控制成本等要求外，主要集中在环境保护方面。具体体现在三个发展趋势上：一是要化，来自阻燃方面的挑战；二是要从非环保向绿色环保过渡，要无溴、要经得起260℃无铅工艺条件考验。三是来自封装工艺的挑战。
首先是来自阻燃方面的挑战，目前业内所使用的阻燃剂绝大多数是卤素衍生物或含锑阻燃剂等，卤系阻燃剂的存在会导致很多问题，例如当其燃烧时会产生对人体和环境危害的有毒气体，如二嗯英(dioxin)、苯并呋喃(benzofuran)等，这些有毒气体可能引起人体新陈代谢失常，从而造成紧张、失眠、头痛、眼疾、动脉硬化、肝脏肿瘤等病状，动物实验发现会导致癌症；另一方面处理或回收这些含卤废料也相当困难。因此含卤阻燃剂的使用受到了很大限制。3对无卤环保电子材料加以规范，明确规定多溴联苯(PBB)以及多溴联苯醚(PBDE)等化学物质2008年1月1日禁止使用。燃剂从含卤型转变到无卤型，目前用在绿色环氧塑封料主要有磷型阻燃剂、金属氢氧化物型阻燃剂、多芳烃环氧/固化体系阻燃剂。
其次是来自无铅焊料的挑战。自然界中的酸雨会把焊锡中的含铅材质溶解出来，经由食物及饮水铅会在人体内积累，引起重金属污染、进而危害到人体健康。因此含铅助剂也成为欧盟WEEE严禁使用的品种。在符合环保需求下，无铅焊料的开发已成为必然趋势。目前开发的无铅焊料的熔点相对较高，因此再流焊峰值温度也从目前含铅焊料的230～245℃升高到250～265℃。无铅化是电子封装业的必然
最后是来自封装工艺的挑战，近年来半导体封装技术领域内正经历着2次重大变革，并蕴藏着第3次变革。第1次变革出现在20世纪70年代初期，其典型特征在于封装形式从插入式(如DIP)向表面贴装式(如QFP)转变；第2次变革出现在20世纪90年代中期，其典型特征在于从四边引脚型表面贴装(如QFP)，向平面阵列型表面贴装(如BGA)的转变。而出现于21世纪初期的第3次变革已初露端倪，其以芯片尺寸封装(CSP)、三维叠层封装以及全硅圆片型封装为典型特征。在这3次变革过程中，封装材料所扮演的角色将越来越重要，其已被视为挖掘集成电路极限(最优)性能的决定性因素。新型封装技术的发展对于环氧塑封料提出了如下基本性能要求：高耐热性、低吸潮性、低应力以及低成本。
但使用绿色环氧塑封料这将对半导体封装模具产生影响，其中包括：流动长度、胶化时间、粘度、飞边/溢料、硬度、玻璃化温度、热膨胀系数、弯曲模量及弯曲强度。
不同的封装形式以及可靠性要求对绿色环氧模塑料也有不同的要求，对半导体封装来讲，按照封装外形以及具体的应用，可以将半导体封装分为通孔式封装、表面贴装引线框架封装和表面贴装基板封装三大类。其对绿色环氧塑封料的应用也各不相同。
（1） 通孔式封装
通孔式封装主要适用于半导体分立器件的封装，包括二极管、三极管、功率晶体管等，具体封装形式有轴向二极管、TO、桥块、SOT、DPAK、SMX等；还有部分简单的集成电路如DIP和SIL。其主要的共性就是不需要经过JEDEC的级别考核，从而对模塑料的性能要求不高。但是不同的封装形式和应用背景还是对环氧模塑料的性能提出了不同的要求，如高压器件需要环氧模塑料具有良好的介电性能，全包封器件要求环氧模塑料具有很高的导热性能等。针对这种通孔式半导体封装市场很难适应绿色环氧模塑料特性，将会被市场所淘汰。
（2）表面贴装引线框架封装
为了满足电子整机小型化的要求，要在更小的单位面积里引出更多的器件引脚和信号，向轻、薄、短、小方向发展。那些通孔插装式安装器件已无法满足这种需要。代之而起的就是有引脚的表面贴装技术（SMT）。具体的封装形式主要有SOT、DPAK/D2PAK、SOIC、SSOP、TSSOP、QFP、T/LQFN、QFN等。由于表面贴装工艺需要器件在向线路板焊接过程中经过多次回流，因此要求表面贴装的器件必须能通过一定温度湿度条件下吸湿并回流的考核而没有明显的分层或其他问题，也就是所谓的Jedec级别考核。但对使用绿色环氧塑料而言，在填充的过程中产生的回流大于此封装形式所要求的回流范围。因此在通过高温时会产生内部分层或开裂等电特性失效问题。
（3）表面贴装式基板封装
由于引脚框架生产工艺的局限性，其能实现的输入输出以及封装密度和线距等都不能满足日益发展的半导体工业的要求。利用基板材料（substrate）将连接电路预设于基板中的封装形式已成为先进封装的主要发展方向。目前发展出来的主要的封装形式有BGA、CSP、MCP、SIP等。这种封装对绿色环氧塑料的耐热性、吸湿性、应力、翘曲控制有限，很难摆脱绿色环氧塑料的高粘度对此封装形式影响，导致脱模时发生大面积粘膜现象。
发明内容
为克服现有封装形式的模具使用绿色环氧塑料所产生的问题，本发明提供一种平面阵列贴片式低能耗环保型高精密集成电路封装模具。这种模具主要针对使用绿色环氧塑料所研制的，通过创造新的填充过程，来避免绿色环氧塑料产生回流，解决积气、填充不满、翘曲度大问题。通过改变脱模形式来解决绿色环氧塑料的高粘度对模具脱模的影响。消除产生内部分层或开裂等电特性失效问题。真正实现产品用料的绿色环保，可扩大型腔提高生产量，使用稳定性强。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种平面阵列贴片式低能耗环保型高精密集成电路封装模具，主要包括上模模盒和下模模盒，在上模模盒上安装上模型腔、上模注料块和上模定位块，在下模模盒上安装下模型腔、下模型腔挡块、下模注料块和下模定位块；所述下模注料块中安装下模注料筒，工作合模时通过上模定位块与下模定位块精准定位，使上模模盒与下模模盒闭合，用多个下模注料杆均匀推进绿色环氧塑料，使绿色环氧塑料经过下模注料筒和上模注料块填充到上模型腔当中；在所述上模模盒的下部固定连接上模模盒垫板与上模盒支撑柱，在所述下模模盒的下部固定连接下模模盒垫板与下模模盒支撑柱；上模脱料顶针通过上模脱料顶针固定板与上模脱料顶针垫板连接，并固定在上模脱料顶针固定板上，控制上模脱料顶针运动的上模脱料垫板顶出弹簧固定在上模脱料顶针垫板上；下模脱料顶针通过下模脱料顶针固定板与下模脱料顶针垫板连接，把下模脱料顶针固定在下模脱料顶针固定板上，控制下模脱料顶针运动的下模脱料垫板顶出弹簧固定在下模脱料顶针垫板上。
所述上模型腔里安装上模型腔镶块，两部分配合公差为±0.001mm. 上模型腔镶块与上模型腔镶块固定板连接固定在上模模盒上，通过上模型腔顶出弹片与上模型腔顶出限位柱控制上模型腔运动，开模时使产品先与上模型腔镶块部位分离，实现第一步脱模。
在模具脱料过程中，所述上模模盒与下模模盒进行分离，上模脱料顶针回位止动柱控制弹簧驱动上模脱料顶针回位止动柱，作用在上模脱料顶针垫板回位柱上，使其在上模模盒与下模模盒进行分离一定的距离内保持不动，等第一步脱模结束后，停止对上模脱料顶针垫板回位柱控制；上模脱料垫板顶出弹簧驱动上模脱料顶针垫板带动上模脱料顶针，穿过上模型腔作用在上模型腔内的产品上，使产品完全脱离上模型腔，实现第二步脱模。
所述下模脱料垫板顶出弹簧驱动下模脱料顶针垫板带动下模脱料顶针，穿过下模型腔作用在下模型腔内的产品上，使产品在模具上完全脱离。
采用上述的技术方案，对模具上模型腔用上模型腔镶块与上模型腔镶块固定板连接固定在上模模盒上，通过上模型腔顶出弹片与上模型腔顶出限位柱，控制上模型腔运动，达到产品在上模型腔内上模型腔镶块部位先脱模完成第一步脱模。再通过上模脱料顶针回位止动柱，在模具脱料过程中上模模盒与下模模盒进行分离，在上模脱料顶针回位止动柱控制弹簧，驱动上模脱料顶针回位止动柱，作用在上模脱料顶针垫板回位柱上，使其在上模模盒与下模模盒进行分离一定的距离内保持不动，在第一步脱模结束后，停止对上模脱料顶针垫板回位柱控制。在上模脱料垫板顶出弹簧，驱动上模顶针垫板带动上模脱料顶针，通过上模型腔作用上模型腔内的产品上，使产品未脱模的部分实现第二步脱模完全脱离上模型腔。从根本上解决现有形式封装模具对绿色环氧塑料产生极大的粘性，而无法正常脱料产生分层或开裂等电特性失效问题。
本发明的有益效果是：这种平面阵列贴片式低能耗环保型高精密集成电路封装模具，用多个下模注料杆均匀推进绿色环氧塑料，使绿色环氧塑料经过下模注料块，流动到上模注料块填充到上模型腔当中新的填充形式，经计算绿色环氧塑料流动性，严格控制进料的部位、大小、速度与流量来符合绿色环氧塑料流动性，保证填充过程完整。解决现有模具针对绿色环氧塑料流动性不好，而产生的积气、填充不满、翘曲度大问题。通过模具的注料填充机构与脱料机构。来实现可用绿色环氧塑料进行生产合格半导体元器件的模具。与现有封装形式模具相比，对可达到保护环境，节约资源，生产产品可多样化，稳定性高，生产成本降低，生产效率高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
图1是一种高精密集成电路封装模具的上模模盒主视图。
图2是一种高精密集成电路封装模具的上模模盒俯视图。
图3是一种高精密集成电路封装模具的上模模盒侧视图。
图4是一种高精密集成电路封装模具的下模模盒主视图。
图5是一种高精密集成电路封装模具的下模模盒俯视图。
图6是一种高精密集成电路封装模具的下模模盒侧视图。
图7是一种高精密集成电路封装模具的上模盒与下模盒合模结构图。
图8是一种高精密集成电路封装模具的上模型腔主视图。
图9是一种高精密集成电路封装模具的上模型腔俯视图。
图10是一种高精密集成电路封装模具的上模型腔侧视。
图中：1、上模型腔，1a、上模型腔镶块，1b、上模型腔镶块固定板，1c、上模型腔顶出弹片，1d、上模型腔顶出限位柱，2、上模注料块，3、上模定位块，4、上模模盒，5、上模脱料顶针固定板，6、上模脱料顶针垫板，7、上模模盒垫板，8、上模模盒支撑柱，9、上模脱料顶针垫板限位柱，10、上模脱料顶针垫板回位柱，11、上模脱料顶针，12、上模脱料垫板顶出弹簧。13、下模型腔，14、下模型腔挡块，15、下模注料块，16、下模注料杆，17、下模注料筒，18、下模定位块，19、下模模盒，20、下模脱料顶针固定板，21、下模脱料顶针垫板，22、下模模盒垫板，23、下模模盒支撑柱，24、下模脱料顶针垫板限位柱，25、下模脱料顶针垫板回位柱，26、下模脱料顶针，27、下模脱料垫板顶出弹簧，28、产品定位针，29、上模脱料顶针回位止动柱，30、上模脱料顶针回位止动柱控制弹簧。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的结构做进一步描述。
图1、2、3示出了一种高精密集成电路封装模具的上模模盒结构图。
图4、5、6示出了一种高精密集成电路封装模具的下模模盒结构图。
图7示出了一种高精密集成电路封装模具的上模盒与下模盒合模结构图。
图8、9、10示出了一种高精密集成电路封装模具的上模型腔结构图。
图中，在上模模盒4上安装上模型腔1、上模注料块2、上模定位块3，下模模盒19上安装下模型腔13、下模型腔挡块14、下模注料块15、下模定位块18。下模注料块15中安装下模注料筒17，工作合模时通过上模定位块3与下模定位块18精准定位，使上模模盒4与下模模盒19闭合，用多个下模注料杆16均匀推进绿色环氧塑料，使绿色环氧塑料经过下模注料筒17到上模注料块2填充到上模型腔1当中，上模模盒垫板7与上模盒支撑柱8连接固定在上模模盒4的下部，对上模模盒4起支撑作用。下模模盒垫板22与下模模盒支撑柱23连接固定在下模模盒19的下部，对下模模盒19起支撑作用。上模脱料顶针11是通过上模脱料顶针固定板5与上模脱料顶针垫板6连接把上模脱料顶针11固定在上模脱料顶针固定板5上。上模脱料垫板顶出弹簧12固定在上模脱料顶针垫板6，来控制上模脱料顶针11的运动。下模脱料顶针26是通过下模脱料顶针固定板20，与下模脱料顶针垫板21连接把下模脱料顶针26固定在下模脱料顶针固定板20上。下模脱料垫板顶出弹簧27固定在下模脱料顶针垫板21，来控制下模脱料顶针26的运动。
其中上模型腔1里上模型腔镶块1a与上模型腔镶块固定板1b连接固定在上模模盒4上，通过上模型腔顶出弹片1c与上模型腔顶出限位柱1d，控制上模型腔运动，开模时使产品先与上模型腔镶块1a部位分离，达到第一步脱模。
其中上模脱料顶针回位止动柱29与上模脱料顶针回位止动柱控制弹簧30相连接，在模具脱料过程中上模模盒4与下模模盒19进行分离，在上模脱料顶针回位止动柱控制弹簧30，驱动上模脱料顶针回位止动柱29，作用在上模脱料顶针垫板回位柱10上，使其在上模模盒4与下模模盒19进行分离一定的距离内保持不动，等第一步脱模结束后，在停止对上模脱料顶针垫板回位柱10控制。在上模脱料垫板顶出弹簧12，驱动上模脱料顶针垫板6带动上模脱料顶针11，穿过上模型腔1作用在上模型腔内的产品上，使产品实现第二步脱模完全脱离上模型腔1。
此时通过下模脱料垫板顶出弹簧27，驱动下模脱料顶针垫板21带动下模脱料顶针26，穿过下模型腔13作用在下模型腔内的产品上，使产品在模具上完全脱离。
Claims (4)
1.一种平面阵列贴片式低能耗环保型高精密集成电路封装模具，主要包括上模模盒（4）和下模模盒（19），在上模模盒（4）上安装上模型腔（1）、上模注料块（2）和上模定位块（3），在下模模盒（19）上安装下模型腔（13）、下模型腔挡块（14）、下模注料块（15）和下模定位块（18）；其特征是：所述下模注料块（15）中安装下模注料筒（17），工作合模时通过上模定位块（3）与下模定位块（18）精准定位，使上模模盒（4）与下模模盒（19）闭合，用多个下模注料杆（16）均匀推进绿色环氧塑料，使绿色环氧塑料经过下模注料筒（17）和上模注料块（2）填充到上模型腔（1）当中；在所述上模模盒（4）的下部固定连接上模模盒垫板（7）与上模盒支撑柱（8），在所述下模模盒（19）的下部固定连接下模模盒垫板（22）与下模模盒支撑柱（23）；上模脱料顶针（11）通过上模脱料顶针固定板（5）与上模脱料顶针垫板（6）连接，并固定在上模脱料顶针固定板（5）上，控制上模脱料顶针（11）运动的上模脱料垫板顶出弹簧（12）固定在上模脱料顶针垫板（6）上；下模脱料顶针（26）通过下模脱料顶针固定板（20）与下模脱料顶针垫板（21）连接，把下模脱料顶针（26）固定在下模脱料顶针固定板（20）上，控制下模脱料顶针（26）运动的下模脱料垫板顶出弹簧（27）固定在下模脱料顶针垫板（21）上。
2.根据权利要求1所述一种平面阵列贴片式低能耗环保型高精密集成电路封装模具，其特征是：所述上模型腔（1）里安装上模型腔镶块（1a），两部分配合公差为±0.001mm. 上模型腔镶块（1a）与上模型腔镶块固定板（1b）连接固定在上模模盒（4）上，通过上模型腔顶出弹片（1c）与上模型腔顶出限位柱（1d）控制上模型腔（1）运动，开模时使产品先与上模型腔镶块（1a）部位分离，实现第一步脱模。
3.根据权利要求1所述一种平面阵列贴片式低能耗环保型高精密集成电路封装模具，其特征是：在模具脱料过程中，所述上模模盒(4)与下模模盒(19)进行分离，上模脱料顶针回位止动柱控制弹簧(30)驱动上模脱料顶针回位止动柱（29），作用在上模脱料顶针垫板回位柱(10)上，使其在上模模盒(4)与下模模盒(19)进行分离一定的距离内保持不动，等第一步脱模结束后，停止对上模脱料顶针垫板回位柱(10)控制；上模脱料垫板顶出弹簧(12)驱动上模脱料顶针垫板(6)带动上模脱料顶针(11)，穿过上模型腔(1)作用在上模型腔内的产品上，使产品完全脱离上模型腔（1），实现第二步脱模。
4.根据权利要求1所述一种平面阵列贴片式低能耗环保型高精密集成电路封装模具，其特征是：所述下模脱料垫板顶出弹簧（27）驱动下模脱料顶针垫板（21）带动下模脱料顶针（26），穿过下模型腔（13）作用在下模型腔内的产品上，使产品在模具上完全脱离。
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