CN104969336A - 开口腔体塑料封装 - Google Patents

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Abstract

一种用于制造开口腔体集成电路封装的方法，所述方法包括：将引线结合集成电路放置于模具中；通过在销与所述模具之间施加力迫使所述销接触所述引线结合集成电路的裸片；将塑料注射到所述模具中；允许所述塑料在所述集成电路周围凝固以形成具有由所述销界定的开口腔体的封装；及从所述模具移除所述开口腔体集成电路封装。一种用于形成集成电路传感器装置的封装的模具，其包括：下模，其用于支撑集成电路裸片；上模，其为可操作以被放置于所述下模的顶部上以形成可将塑料材料注射到其中以形成所述封装的腔体，其中所述模具的所述上模包括弹簧加载销布置，所述弹簧加载销布置包括覆盖所述集成电路裸片上的传感器区域且当注射所述塑料材料时提供开口的盖。

Description

开口腔体塑料封装
优先权主张
本实用申请案主张2013年1月23日提交的第61/755,889号美国临时申请案的优先权。
技术领域
本发明涉及一种用于制造集成电路(IC)的开口腔体塑料封装的方法，特定来说，本发明涉及一种在囊封过程期间在IC裸片上方使用盖以提供具有开口腔体的塑料封装以允许所述装置充当感测装置。
背景技术
集成电路(IC)可包含用于各种原因的传感器。举例来说，IC可包括湿气敏感传感器以检测液体或湿度。制造商可包含湿气敏感传感器以确定IC是否因浸入水中而已受损，以便知晓将IC退回的顾客是否有权在保修期内更换所述IC。其它IC包含为所述IC的功能性的部分的传感器。举例来说，IC具有传感器以检测：射频识别、温度、环境光、机械震动、液体沉浸、湿度、CO2、O2、pH及乙烯。这些IC芯片可用以监视这些周围条件。
作为传感器操作的集成电路装置可能需要在封装中的特定开口以能够充当环境感测装置。常规感测装置在模具操作中使用胶带辅助以在封装中产生腔体。该技术是昂贵的且存在与其相关联的问题，特定来说，存在对传感器区域的损坏(举例来说，裸片表面刮擦、传感器区域中的刺穿痕迹或来自模制操作的树脂溢出)。这些问题继续成为胶带辅助技术的主要问题。因此，存在对塑料封装的需要，所述塑料封装用作具有提供感测区域的开口的集成电路装置的外壳，其中所述感测区域必须不含来自模制操作的树脂溢出且必须无损坏。
发明内容
根据各种实施例，提供弹簧加载解决方案以解决上文讨论的所有那些问题且使得制 造环境感测装置的过程更加便宜。根据实施例，在模具中提供可缩回式弹簧加载销以产生开口腔体模制封装。所述开口腔体概念用以将特定传感器区域暴露于环境(举例来说，集成电路裸片的特定顶部区域)。重要的是，在制造过程期间，所述传感器区域未经刮擦、穿刺，也未覆盖有来自模具操作的任何树脂残留物。根据各种实施例，所有那些问题得以解决且可经济地生产所述传感器装置。
根据各种实施例，在塑料封装中产生腔体或孔洞，使得将不存在来自模具溢料的树脂溢流也不可存在对传感器区域的任何损坏。为了实现这些目标，在模具内使用一可缩回式弹簧加载销或多个销以产生所述腔体(举例来说，在模具的上半部中)。当关闭模具时，所述弹簧加载销实际上回缩且因此保护硅裸片上的传感器区域不被模具化合物覆盖。
本发明的一方面提供制造开口腔体集成电路封装的方法，所述方法包括：将线结合集成电路放置于模具中；通过在销与所述模具之间施加力而迫使所述销接触所述线结合集成电路的裸片；将塑料注射到所述模具中；允许所述塑料在所述集成电路周围凝固以形成具有由所述销界定的开口腔体的封装；以及从所述模具移除所述开口腔体集成电路封装。
根据本发明的另一方面，提供用于形成集成电路传感器装置的封装的模具，其包括：下模，其用于支撑集成电路裸片；以及上模，其为可操作以被放置于所述下模的顶部上以形成可将塑料材料注射到其中以形成所述封装的腔体，其中所述模具的所述上模包括弹簧加载销布置，所述弹簧加载销布置包括覆盖所述集成电路裸片上的传感器区域且当注射所述塑料材料时提供开口的盖。
本发明的又一方面提供制造传感器装置的过程，其包括：将集成电路裸片放置于模具的下模上放置的支撑件上；线结合所述集成电路裸片；将模具的上模放置于所述下模的顶部上以形成封装的腔体，其中所述模具的所述上模包括弹簧加载销布置，所述弹簧加载销布置包括覆盖所述集成电路裸片上的传感器区域的盖；以及将塑料材料注射到由所述上模及所述下模形成的所述模具中，其中所述盖在由所述注射的塑料材料形成的封装中提供开口。
 
具体实施方式
图1A及1B说明由本发明的过程所制成的开口腔体塑料IC封装10的横截面侧视图 及俯视图。开口腔体塑料IC封装10具有定位于引线框130上的裸片140。结合线135从裸片140延伸到引线框130。IC封装10覆盖有塑料囊封剂145，其提供传感器端口或开口腔体147以使裸片140上的传感器可接达其中可放置IC封装10的周围条件。
图1C说明模具105中图1A及1B的IC封装10的横截面侧视图。在制造过程期间，将呈模制化合物形式的囊封剂泵送到所述模具中以覆盖互连件或结合线。模具105包括两个半壳模具；所述模具的上模110及所述模具的下模120。所述模具的上模110具有销160，当将所述模具组装在引线框130上时销160接触裸片140的上表面。销160防止所述塑料囊封剂在裸片140上方的区域中形成盖，使得可形成开口腔体147。
图2说明本发明的模具中的IC封装的横截面侧视图。模具105的上模110包括销160。销160具有接触裸片140的销头163。销160还具有力元件161及锚元件162。锚元件162将销160固定于模具105的上模110中。力元件161在一端处连接到锚元件162，且在另一端处连接到销头163。力元件162朝向裸片140推动销头163远离锚元件162。所述力元件可采用所属领域的技术人员已知的任何形式，例如弹簧、活塞、弹性杆、磁性杆等等，其中其具有迫使销头163的位置朝向裸片140的能力。为了在销头163与裸片140之间提供更均匀接触，销头163可柔性地或枢转地被附接到力元件161。柔性或可枢转的附接可允许销头163调整其接触面以与裸片140对准。在其中裸片一侧较厚且另一侧相对较薄的情况下，或如果所述裸片未完全结合到引线框以便在所有点处具有相同高度，那么此对准可为尤其有益的。
由于IC裸片的厚度可变化，因此所述力元件非常规运行以保护传感器区域。常规制造装置使用固定销及高温胶带以保护所述传感器区域且形成所述开口腔体。然而，因为固定销取决于IC裸片的厚度可将不同的接触压力施加到IC裸片，所以塑料囊封或树脂可溢出或流入其中所述IC裸片上将定位传感器或已定位有传感器的开口腔体中。此外，使用固定销及高温胶带可能需要额外过程步骤以移除所述高温胶带。在所述移除过程期间，传感器经进一步暴露且可能受损。此常规过程在囊封期间使用非常昂贵的高温胶带以覆盖传感器区域，且接着使用额外过程以从开口腔体手动或使用真空移除所述高温胶带。这些额外步骤增加单位成本。而且，额外过程步骤具有其自身的过程问题，即，其可能刮擦传感器或导致树脂溢出到传感器上方的开口腔体中。
已证明根据本发明的各种实施例的所述力或弹簧加载概念不会对传感器区域造成任何损坏。根据各种实施例的技术利用类似于仅存在于装备处理器中以进行零件测试的弹簧加载探针(pogo pin)技术的弹簧加载销(举例来说，以提供测试装置与硅裸片上的结合垫的电连接)。
根据实施例，在转移模制过程中使用弹簧加载探针或销以在塑料封装中(例如，在薄型四边平面无引线封装中)产生开口。类似概念可应用于用于(举例来说)需要开口以暴露装置的传感器区域的气体或压力传感器应用中的任何其它塑料封装中。
使用弹簧加载容器模具(举例来说，在模具的上半部中)，在不对传感器区域造成任何种类的损坏的情况下提供具经济效益的过程。在转移模制过程期间，所述弹簧加载腔体封装将不再造成任何损坏。
图3展示根据各种实施例的两部分模具。模具的下模120提供裸片140的支撑件，裸片140可被放置到引线框130上。上模110包含弹簧模制销布置190，其中支撑盖150的销160提供可被布置于引线框130上的裸片140的中心的传感器区域的盖。所述弹簧可被布置于弹簧外壳170的内侧且当未将所述模具的上模110放置于下模120上时将盖150延伸到中空空间100中或超过中空空间100，如图3中所展示。一旦在将模具的上模110放置于下模120上，就通过裸片140将弹簧加载销160推回。可提供额外开口180以回缩盖150。设计所述延伸长度使得弹簧加载销布置190的盖部分150将在外壳中形成开口。取决于裸片140的厚度，弹簧加载销布置190进一步提供自动调整。因此，单一上模110可用于各种裸片厚度。一旦通过将模具的上模110放于下模120的顶部上而关闭所述模具，就可将塑料注射到中空空间100中以包围及密封外壳内的裸片140且同时在外壳的顶端部分中形成开口。回缩所述模具的上模使得在不损坏传感器区域的情况下使感测装置封装完成。
图4A以流程图的形式展示本发明的IC封装的制造过程，其中所述过程包括三个子过程：裸片附接、线结合器及模制。对于裸片附接子过程，将晶片供应410引入到过程中以供检查411。接着安装412及锯切413所述晶片。接着将裸片附接422到引线框。可使用例如ASM AD898等机器，其中所述机器可具有用于达8英寸晶片的具有水匣升降机的自动晶片处理系统。此类机器能够处理从0.25mm x 0.25mm到25.4mm x 25.4mm的晶片大小。所述机器还可施加30g到2000g的结合力及提供多灰阶PRS。图4B说明在裸片附接子过程结束时的IC。
再次参看图4A，对于线结合器子过程，将引线框供应420引入到过程中以供检查421。接着使用结合线将裸片结合423到引线框。接着执行称为第三光学QA 424的步骤。此子过程产生线结合集成电路。可使用例如ASM Eagle-60或等效物等机器。线的大小可为15um到50.8um Au。线的最大长度可为8mm。对于2mm线，结合速度可为60+ms。结合放置准确度可为±3.0um。结合面积可为54mm x 65mm。图4C说明线结合器子过程结束时的IC。
再次参看图4A，对于模制子过程，将化合物供应430引入到过程中以供检查431。接着模制432晶片以形成IC封装。接着标记433所述晶片。接着执行锯切单粒化步骤434以分离所述IC封装。执行视觉检查435，且接着封装及装运436所述IC。ASAHICosmo-T机器可用于所述模制子过程。模具温度可为180℃±5℃。转移压力可为35千克力。夹持吨位可为45吨。模内固化时间可为90秒。图4D说明在模制子过程结束时的IC。
可使用所属领域的技术人员已知的材料来制造IC。举例来说，引线框可为μPPF 0.2mm厚，其中垫的大小可为2.90mm x 2.90mm且所暴露的垫的大小可为2.60mm x 2.60mm。裸片附接的环氧树脂可为Sumitomo CRM1076NS。可使用具有MKE 0.8密耳的直径的金线。模具化合物可为Sumitomo G770HCD，其中弹丸大小可为14x 6.0g。
图5A到5C展示使用TQFN封装的环境传感器的IC封装10的俯视图、侧视图及仰视图。对于约4平方mm的封装而言，开口腔体147的深度可约为0.35mm±0.05，且开口腔体147的直径可约为1mm。自侧面及底部可见引线框130，分别如图5B及5C中所展示。
图6A及6B展示用于传感器装置阵列的引线框及上模腔体设计，其中图6A为整个阵列605的俯视图，且图6B为阵列605的一部分的横截面侧视图。示范性上模腔体设计具有四个面板610，其中对于具有总计480个IC的阵列610，各面板610为10x 12。各面板610具有含有裸片140阵列的引线框130，其中相对于各裸片140使用销160以形成裸片上的传感器的开口腔体。根据一个实施例，阵列605可为TQFN 4x4压力传感器的TQFN上模腔体设计。
图7A及7B展示根据各种实施例的弹簧加载销布置的示范性实施例。图7A为弹簧模制销布置190的侧视图。弹簧模制销布置190包括弹簧外壳170、销160及盖150。图7B为盖150的端视图。盖150具有环形接触面151，其允许盖150产生与裸片140(参看图3)更均匀的接触以防止塑料囊封剂喷溅到开口腔体147中(参见图1A)。盖150的外径可约为1.2mm，且盖150中的圆锥形凹槽的内径可约为1.0mm使得环形接触面151可约为.1mm宽。弹簧模制销布置190可由足以耐受到加热到至少300℃的塑料囊封剂的暴露的材料构成。弹簧外壳170内侧的弹簧力可约为80g到120g。
在本发明的替代实施例中，可在单一IC上形成多个开口腔体。为了形成多个开口腔体，在模制子过程期间，可施加多个盖150或销头163到单一IC上。在独立地迫使多个销抵靠所述裸片的情况下，力的所述独立施加可确保塑料囊封剂不能进入任何开口 腔体，因为所述多个销各自能够与裸片紧密接触。替代地，在模制子过程期间可施加单一盖150或销头163到单一IC，但单一盖150或销头163包括多个接触面151。在图7B中所说明的实施例中，接触面151为环形的，但在替代实施例中，接触面可为任何形状或配置，且可包括多个接触面。在多个传感器附接到单一IC的情况下，多个开口腔体147可为有用的。

Claims (20)

1.一种用于形成集成电路传感器装置的封装的模具，其包括：
下模，其用于支撑集成电路裸片；
上模，其为可操作以被放置于所述下模的顶部上以形成可将塑料材料注射到其中以形成所述封装的腔体，其中所述模具的所述上模包括弹簧加载销布置，所述弹簧加载销布置包括覆盖所述集成电路裸片上的传感器区域且当注射所述塑料材料时提供开口的盖。
2.根据权利要求1所述的模具，其中所述弹簧加载销布置包括支撑销的弹簧外壳，所述销可相抵弹簧力而垂直地移动。
3.根据权利要求2所述的模具，其进一步包括附接到经配置以覆盖所述传感器区域的所述弹簧加载销的盖。
4.根据权利要求3所述的模具，其中所述盖提供圆锥形凹槽。
5.根据权利要求3所述的模具，其中所述盖由高温塑料材料制成。
6.根据权利要求2所述的模具，其中所述销可从所述弹簧外壳延伸约4到5mm。
7.根据权利要求6所述的模具，其中所述弹簧提供约80到120g的弹簧力。
8.一种包括多个弹簧加载销布置的上模，所述弹簧加载销布置各自包括覆盖集成电路裸片上的传感器区域且当注射塑料材料到通过将所述上模放置于下模上而形成的模具中时提供开口的盖。
9.一种制造传感器装置的方法，其包括：
将集成电路裸片放置于模具的下模上放置的支撑件上；
引线结合所述集成电路裸片；
将模具的上模放置于所述下模的顶部上以形成用于封装的腔体，其中所述模具的所述上模包括弹簧加载销布置，所述弹簧加载销布置包括覆盖所述集成电路裸片上的传感器区域的盖；以及
将塑料材料注射到由所述上模及所述下模形成的所述模具中，其中所述盖在由所述注射的塑料材料形成的所述封装中提供开口。
10.根据权利要求9中所述的制造传感器装置的方法，其中所述将模具的上模放置于所述下模的顶部上以形成用于封装的腔体包括：独立于所述模具的所述上模的闭合力将力施加到所述集成电路裸片。
11.一种制造开口腔体集成电路封装的方法，所述方法包括：
将引线结合集成电路放置于模具中；
通过在销与所述模具之间施加力而迫使所述销接触所述引线结合集成电路的裸片；
将塑料注射到所述模具中；
允许所述塑料在所述集成电路周围凝固以形成具有由所述销界定的开口腔体的封装；以及
从所述模具移除所述开口腔体集成电路封装。
12.根据权利要求11所述的制造开口腔体集成电路封装的方法，其中所述迫使销接触裸片包括施加弹簧力。
13.根据权利要求11所述的制造开口腔体集成电路封装的方法，其中所述迫使销接触裸片包括施加活塞力。
14.根据权利要求11所述的制造开口腔体集成电路封装的方法，其中所述迫使销接触裸片包括施加弹性杆力。
15.根据权利要求11所述的制造开口腔体集成电路封装的方法，其中所述迫使销接触裸片包括使所述裸片与所述销的环形接触面接触。
16.根据权利要求11所述的制造开口腔体集成电路封装的方法，其中所述迫使销接触裸片包括迫使多个销接触裸片，且其中所述允许所述塑料凝固包括允许所述塑料在所述多个销周围凝固以形成由所述多个销界定的多个开口腔体。
17.根据权利要求11所述的制造开口腔体集成电路封装的方法，其中所述迫使销接触裸片包括迫使具有多个接触面的销接触裸片，且其中所述允许所述塑料凝固包括允许所述塑料在所述多个接触面周围凝固以形成由所述多个接触面界定的多个开口腔体。
18.根据权利要求11所述的制造开口腔体集成电路封装的方法，其进一步包括相对于所述模具枢转所述销以使销接触面与所述裸片均匀接触。
19.根据权利要求11所述的制造开口腔体集成电路封装的方法，其中所述将引线结合集成电路放置于模具中包括将引线结合集成电路阵列放置于模具中；其中迫使销接触裸片包括迫使对应销阵列接触所述引线结合集成电路阵列的所述裸片；且其中允许所述塑料凝固包括允许所述塑料在所述集成电路阵列的周围凝固以形成具有由所述销阵列界定的开口腔体的封装阵列。
20.根据权利要求11所述的制造开口腔体集成电路封装的方法，其中所述将引线结合集成电路放置于模具中包括通过将第一力施加到所述模具来关闭所述模具，其中所述迫使销接触裸片包括将第二力施加到所述销，其中所述第一及第二力不同。
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