CN107000288B - 用于具有电子元件的载体的受控重叠注塑的模具，模制设备和方法以及模制产品 - Google Patents

用于具有电子元件的载体的受控重叠注塑的模具，模制设备和方法以及模制产品 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于封装具有电子元件的载体的模具，包括：至少两个模具配件，其中至少一个模具配件设置有凹入到接触侧中的至少一个模腔，用于封闭放置在载体上的电子元件；以及用于成型材料的进料通道，凹陷到设置有所述模腔的模具配件的接触表面中。本发明还涉及一种模制设备，一种用于至少部分地封装具有电子元件的载体的方法以及一种具有用成型材料封装的电子元件的载体。

Description

用于具有电子元件的载体的受控重叠注塑的模具，模制设备 和方法以及模制产品
技术领域
本发明涉及一种用于至少部分地封装具有电子元件的载体的模具，包括：至少两个模具配件，其中至少一个模具配件设置有凹入到接触侧中的至少一个模腔，用于封闭放置在载体上的电子元件，所述接触表面至少部分地封闭所述模腔，用于中等紧密连接到所述载体上；以及用于成型材料的进料通道，共凹陷到设置有所述模腔的模具配件的接触表面中；本发明还涉及一种模制设备，一种用于至少部分地封装具有电子元件的载体的方法以及根据该方法用成型材料封装的具有电子元件的载体。
背景技术
根据现有技术，安装在载体上的电子元件的封装，更具体地是半导体电路(芯片)/集成电路(IC)的封装利用设置有至少两个配合的模具配件的封装压机。在至少一个模具配件中，设置有一个或多个模腔凹陷。在将具有用于封装的电子元件的载体放置在模具配件之间以后，模具配件可以朝向彼此移动，例如使得它们夹持载体。随后，通常可以通过传递模塑将一种正常加热的液态成型材料通过至少一个成型材料进料通道(也称为“流道”)送入一个模腔或多个模腔。环氧树脂可以作为通常设置有填充材料的成型材料(也称为树脂)来应用。在一个或多个模腔中的成型材料至少部分(化学)固化之后，将模具配件分开，并且从封装压机上移除具有封装的电子元件的载体。在随后的加工步骤中，封装的产品可以例如通过锯切、激光切割和/或水切割而彼此分离。至少部分覆盖的电子元件可以用于各种应用中。这种成型方法在大型工业规模上实现，并且能够良好地控制电子元件的模制。模制电子元件的问题涉及用成型材料填充一个/多个模腔的控制以及从封装压机中去除模制产品的控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种有效的方法和装置，其能够对两者进行增强的控制；用成型材料填充一个/多个模腔，并将模制产品从模具中取出。
该目的通过一种用于至少部分地封装具有电子元件的载体的模具来实现，所述模具包括：至少两个模具配件，其中至少一个模具配件设置有凹入到接触侧中的至少一个模腔，用于封闭放置在载体上的电子元件，所述接触表面至少部分地封闭所述模腔，用于中等紧密连接到所述载体上；以及用于成型材料的进料通道，共凹陷到设置有所述模腔的模具配件的接触表面中；其中在具有进料通道的模具配件中设置有连接到所述进料通道的可移位的阻挡元件，用于调节所述进料通道中的成型材料通道的尺寸，所述阻挡元件可在基本上垂直于所述接触表面的方向上移位。
模具配件可以相对于彼此移位，使得在关闭位置中，至少一个模腔封闭电子元件。成型材料(其也可以称为“封装材料”)的进料通常通过柱塞进行，通过该柱塞，由于加热而变成液体的成型材料，然后被压入模腔中。这种成型工艺也被称为“传递模塑”。然而，在本发明的上下文中，馈送成型材料的其它方法是可行的，例如通过注塑成型。关于成型材料，在本发明的上下文中还有其他替代方案，例如以液体形式(液体环氧树脂)提供的成型材料的进料或例如由至少两个单独提供的组分组成的由于混合而固化的热固化成型材料。因此可以调节成型材料的进料流量和压力。
本发明的优点之一是可移位的阻挡元件可以提供多种功能。首先，可以控制成型材料的进料，使得可以实现模腔的最佳填充。在这方面，情况环境可能会影响可移位的阻挡元件在进料通道中的最佳位置，其中尤其可以取决于成型材料的类型、成型材料的温度、连接到成型材料源的模腔的数量、模具配件的污染、具有电子元件的载体的规格等。取决于这些和其它变量，进料通道中的成型材料通道的尺寸可以通过在进料通道中或多或少的阻挡元件的位移来调节。可移位的阻挡元件的另一个优点是在进料通道中至少部分成型材料固化之后，阻挡元件也可以用于对进料通道中的成型材料施加压力，并且因此在模具配件分离的情况下，至少支持从模具配件释放模制产品。模制产品从模具配件的释放也被称为“去浇口”。由于从模具中释放模制产品的压力可以通过可移位的阻挡元件在进料通道中的成型材料处施加，因此可移位将不会在模制产品上留下任何痕迹，另一方面，压力可以施加在靠近模腔的模制产品上，该模腔支持有效且高效的模制产品释放。使用可移位的阻挡元件的另一个选择是在用液体成型材料填充模腔之后但在进料通道中的成型材料固化之前关闭进料通道。通过在模制过程的早期(在进料通道中的成型材料的至少部分固化之前)关闭进料通道，模腔的填充情况不再依赖于在封闭供给通道之前(例如柱塞将成型材料向模腔供给的情况)的这种情况。这也提供了另外的机会，通过控制模具配件的夹紧载体的力(也称为“模具配件的夹紧力”)来控制模腔中的液体成型材料上的压力(因此是在模腔内的成型材料固化之前)。例如，通过用可移位的阻挡元件阻挡进料通道，使模腔与进料通道“隔离”之后的夹持力的增大，甚至可以将模制过程与“压缩模制”进行比较，其中成型材料上的压力取决于夹紧力。一个优点可能是，与从流道施加压力的情况相比，模腔(多个模腔)中的成型材料上的压力可能比模腔更恒定，其中从流道的连接到模腔到与模腔的流道的连接相距一定距离处的模腔的位置发生压力变化。在模腔中更均匀的压力分布可导致成型质量的提高。在模制过程的早期阶段，模腔与流道“隔离”的另一个优点是能够在模制过程中使模腔中的成型材料的压力发生变化(所以例如在一段时间内一次或几次提高压力)。在模腔中的成型材料固化之前和期间，对成型材料的额外的压力控制自由度在模制过程中的控制提供了另外的自由度尺度。
具有进料通道和可移位的阻挡元件的所述模具配件可以设置有驱动器，所述驱动器用于控制所述可移位的阻挡元件与成型材料的进料通道的相对位置。提供驱动系统以控制可移位的阻挡元件的位置使得能够优化阻挡部分的使用。作为替代方式，或者与驱动的可移位的阻挡元件控制组合，可移位的阻挡元件可以弹性地连接到模具配件。弹性连接件可以设置有定位元件，以将可移位的阻挡元件保持在其中可移位的阻挡元件不(或仅有限地)阻塞在模具的封闭状态下用于成型材料的进料通道的位置。然而，当模具打开时，定位元件可以被构造成使得定位元件不再由反模具配件支撑，使得弹性连接件迫使定位元件进入进料通道。
模具配件还可以设置有箔处理机构。为了屏蔽可移位的阻挡元件与成型材料，箔层可以被应用在进料通道的壁和可移位的阻挡元件之间。使用箔层防止(液体)成型材料在进料通道的壁和可移位的阻挡元件之间渗透。箔层也可以覆盖模腔的壁。除了保持模具配件清洁之外，使用箔层的另外优点是来屏蔽模具配件，这支持从模具配件容易释放模制产品。释放的第一步可以通过启用推动到箔片上的可移位的阻挡元件来提供，并且在部分和/或局部释放箔片形式之后，可以通过例如气体压力来提供对模具配件的进一步释放。因此，这样也可以从至少一个气体出口提供模具配件，以在箔材料(覆盖模制产品)和模具配件之间吹送气体。
指向模具配件的接触侧的自由端的可移位的阻挡元件可以设置有锥形端部。这种锥形端部提供了利用可移位的阻挡元件将进料通道中的成型材料分离的机会，特别是当成型材料尚未完全硬化时。
所述模具配件还可以设置有用于成型材料的多个进料通道，每个进料通道连接到可移位的阻挡元件。通常，所述模具设置有多个进料通道。对于这种模具，选择是为多个进料通道中的一个或多个提供可移位的阻挡元件。根据情况条件，多个进料通道的一部分或全部可以各自设置有单独的可移位的阻挡元件。用于成型材料的多个进料通道可以连接到单个模腔。本发明可以应用于仅在模具配件中设置有单个模腔或多个模腔的模具构造。即使是均具有至少一个模腔的两个模具配件的组合也可以连接在载体的相对侧上，从而将成型材料层设置在载体的两个相对侧上。此外，具有用于成型材料的进料通道的所述模具配件还可以设置有凹入所述接触表面并连接到模腔的出口通道，用于从所述模腔排出气体。
对于模制条件的进一步控制，具有模腔的所述模具配件可以设置有至少一个传感器，用于检测所述模腔和/或用于成型材料的进料通道中的压力。
在另外的替代实施例中，第一模具配件可以设置有附加的夹紧模具配件，所述附加的夹紧模具配件可相对于第一模具配件移动以将板的至少一个边缘夹持到所述第一模具配件，所述夹持模具配件在所述模具的闭合位置与成型材料的进料装置连接上。通过包括这种夹紧模具配件，可以保持板的覆盖侧没有成型材料，这在模制产品的进一步加工期间可能是有用的。
本发明还提供了一种用于至少部分地封装具有电子元件的载体的模制设备，所述模制设备包括：压机，包括至少两个模具载体和用于模具载体的相对运动的驱动器；根据本发明的如上所公开的模具；以及用于连接到成型材料的进料通道上的液体成型材料的进料装置。用于液体成型材料的进料装置可以包括一个或多个柱塞，每个柱塞可在缸套中移动。此外，模制设备还可以设置有用于控制压机、用于液体封装材料的进料装置以及模具中的可移位的阻挡元件的智能控制器。在这种模制设备中，可移位的阻挡元件将提供如已经关于根据本发明的模具所解释的附加功能。对于可移位的阻挡元件的智能控制和/或操纵，模制设备可以设置有(电子的)智能控制系统。这种智能控制系统中还包括用于控制模具配件与载体连接的关闭压力的装置，使得液体成型材料施加在模具上的压力可以通过调节的关闭压力部分地或完全地得到补偿。
本发明还提供了一种用于至少部分地封装具有电子元件的载体的方法，所述方法包括下列步骤：A)将具有电子元件的载体放置在第一模具配件上；B)使所述模具配件朝向彼此移动，使得具有电子元件的载体被夹持在至少两个模具配件之间，并且待封装的电子元件被凹入到模具配件的接触侧中的模腔封闭；C)通过凹入模具配件的接触侧的用于液体封装材料的进料装置将液体成型材料供给到所述模腔中；并且D)使所述模具配件分开以从所述模具配件去除具有至少部分固化的模制电子元件的载体；其中在处理步骤C)期间，可移位的阻挡元件移动到用于液体封装材料的进料装置以控制液体成型材料流动，并且其中在处理步骤D)期间，所述可移位的阻挡元件移动以将所述至少部分固化的成型材料推出所述进料装置。利用该方法，可以进一步优化具有电子元件的载体的模制工艺，因为其能够更好地控制封装材料的进料，并且有助于改善从模具中去除模制产品。所述可移位的阻挡元件可以在基本上垂直于所述模具配件的接触表面的方向上移动，其中用于液体封装材料的进料装置是凹陷的。为了进一步说明根据本发明的方法的优点，参考根据本发明的模具的上述所列优点。在模具闭合期间，至少部分地封闭模腔的接触表面可以是中等紧密(紧密到使得介质如气体或液体不能通过)连接到载体上，以防止液体成型材料在模具配件的接触表面和载体之间的渗漏。此外，在成型材料的供给期间，可以控制由模具配件施加到载体上的闭合压力，以防止接触表面在液体成型材料不提供实质的反压力时在载体上施加高压，并且防止在液体成型材料提供实质的反压力时接触表面在载体上施加低压。在完成成型工艺并且模制产品从模具中移除之后，载体可以被细分成更小的部分。
在根据处理步骤A)可以将具有电子元件的载体放置在第一模具配件上之后并且在根据处理步骤B)将所述模具配件朝着彼此移动使得带有电子元件的载体被夹持在两个模具配件之间以前，所述板的至少一个边缘被夹持在具有附加模具配件的第一模具配件上，所述附加模具配件在处理步骤C)期间也引导所述液体成型材料到所述模腔。这种类型的模制也被称为“顶部边缘模制”，因为液体成型材料在边缘上进料，并具有覆盖载体边缘的中间模具配件。优点在于，载体的边缘没有成型材料，并且载体被夹紧在位。
所述方法还可以包括：在根据处理步骤C)通过凹入到模具配件的接触侧中的用于液体封装材料的进料装置将液体成型材料供给到所述模腔中之前，所述模具配件的至少一部分被箔层覆盖。上面已经对于根据本发明的模具配件更详细地解释了使用箔层、保护模具不受污染并且能够容易地释放模制产品的优点，这些动机通过引用将关于本发明的方法并入本文中。
所述方法还可以包括：所述可移位的阻挡元件在完成处理步骤C)之后进一步移动到用于液体封装材料的进料装置中，以使填满液体成型材料的模腔背离所述模腔与流道部分分开，并且使所述模具配件闭合的力发生变化以改变施加在所述模腔中的成型材料上的压力。此外，根据本发明的方法的这个实施例的另外一些优点，特别是在固化期间对模腔中的成型材料的压力的增强控制在上面解释，并且通过引用并入本文。
最后，本发明还提供一种具有电子元件的载体，根据如上所述的根据本发明的方法用成型材料至少部分地封装电子元件。载体可以是半导体晶片、层状基板、玻璃载体或用于电子元件的任何其它载体或载体组合。
附图说明
将基于以下附图中所示的非限制性示例性实施例进一步阐明本发明。这里示出了：
图1是根据本发明的模具的模具配件的透视图；
图2A-2C是根据本发明的封装具有电子元件的载体的方法的三个连续剖视图；
图3A是根据本发明的模具的第二实施例的剖视图；
图3B是图3A所示的模具配件的可移位的阻挡元件的前视图；以及
图4是可移位的阻挡元件的替代实施例的透视图。
具体实施方式
图1示出了用于封装电子元件的载体的模具的模具配件1的示意性透视图。在模具配件1中，模腔2和成型材料进料通道3凹陷，而除了进料通道之外的接触表面4包围模腔2。为了模制，载体(图中未示出)抵靠接触表面4，使得待模制的电子元件(此处也未示出)位于模腔2中。通过进料通道3(也称为“流道”)随后将液体成型材料供给到模腔2。为了调节进料通道3中的成型材料的流动，并且因此也调节成型材料流入到模腔2中，可移位的阻挡元件5可以在进料通道3中沿箭头P1移动。可移位的阻挡元件5的移动方向基本上垂直于接触面4。当可移位的阻挡元件5更多地移动到进料通道3中时，可移位的阻挡元件5将更加阻碍进料通道3，因此在模制期间，液体成型材料流入模腔2的流动将受到限制。通过将可移位的阻挡元件5移动到进料通道3之外，进料通道将被较少地阻挡，因此液体成型材料流入模腔2中的流动将增加。
在图2A中，模具配件10和具有电子元件12的载体11的剖视图示出了成型材料供给到模腔13之前的加工步骤。在模具配件10中，用于成型材料的进料通道14凹入到接触表面15中。该图还示出了连接到进料通道14的可移位的阻挡元件16，用于调节进料通道14中的成型材料通道的尺寸。图中示出了可移位的阻挡元件16处于其部分地阻碍进料通道14的位置。对于阻挡元件16在模具配件10中的位移，包含了驱动器17，该驱动器能够沿着大致垂直于模具配件10的接触表面15的方向移动阻挡元件16。为了控制驱动器17，并且因此控制可移位的阻挡元件16的位置，电源和控制线18连接到将与智能控制系统(其在图中未示出)连接的驱动器。在该图中还示出了覆盖模具配件10的箔层21，至少形成进料通道14的壁和形成模腔13的壁从进料通道14和模腔13的体积中填充成型材料(见图2B)。箔层21使阻挡元件16不与成型材料接触(并且因此防止其被残留的成型材料污染)，并且有助于模制产品从模具配件10容易地释放。
在图2B中，再次示出了图2A的模具配件10的剖视图，然而现在是在成型材料19通过进料通道14进料并且还填充模腔13的情况下。为了控制在该特定情况下模腔13的填充，与图2A所示的阻挡元件16的位置相比，阻挡元件16移动离开(在这种情况下向上)进料通道14更远。箔层21使模具配件10不与成型材料19接触。
同样在图2C中，示出了图2A和2B的模具配件10的剖视图，然而，该图示出了在进料通道14和模腔13中的成型材料19至少部分固化之后的情况。在这种情况下，阻挡元件16用作推动器(“推出器”)，以使具有电子元件12的模制载体11与模具配件10分离。在固化的成型材料19的释放过程中，箔层21保持附着在成型材料19上。例如，可以用气体压力系统(这里未示出)进一步支撑模制产品20的分离。
在图3A中，示出了完整模具30的一部分的剖视图以及用于液体成型材料的进料装置31。成型材料32由可在缸套34中移动的柱塞33供给。模具30设置有上模具配件35和下模具配件36。为了放置用于封装的载体37或去除封装后的载体38，两个模具配件35、36都可以移开。成型材料32由柱塞33通过进料通道39转移并随后进入模腔40。在该图中，还提供了附加的模具配件41，其将顶靠下模具配件36夹持载体37的边缘部分。本实施例中的附加模具配件41与缸套34组合。因此，成型材料32通过进料通道39经过附加模具配件41的一部分流到模腔40。在上模具配件35中，可移位的阻挡元件42被并入以连接到进料通道39中，该可移位的阻挡元件42可以由弹簧组件43驱动。为了进一步解释通过弹簧组件43进行的驱动器的工作，也参见图3B，其中可移位的阻挡元件42以侧视图示出(与图3A的剖视图相比)。可移位的阻挡元件42设置有突出部分44，其在模具30的关闭状态下靠在下模具配件36上。当上、下模具配件35、36移开时，可移位的阻挡元件42的突出部分44不再被下模具配件支撑，并且因此由弹簧43施加的压力可以向下推动可移位的阻挡元件42，使得可移位的阻挡元件42用作推出器。
在图4中示出了可移位的阻挡元件50的替代实施例。取决于进料通道的形状，阻挡元件50与形状配合可以适应。在所示的实施例中，可移位的阻挡元件50的接触部分51是弯曲的。与前述附图中所示的实施例相比不同之处还在于，驱动器52包含两个汽缸。
不同实施例中讨论的措施显然可以彼此组合。

Claims (16)

1.一种用于至少部分地封装具有电子元件的载体的模具，包括：
-至少两个模具配件，其中至少一个模具配件设置有凹入到接触侧中的至少一个模腔，用于封闭放置在载体上的电子元件，所述接触表面至少部分地封闭所述模腔，用于中等紧密连接到所述载体上；以及
-用于成型材料的进料通道，凹陷到设置有所述模腔的模具配件的接触表面中；
其中在具有进料通道的模具配件中设置有连接到所述进料通道的可移位的阻挡元件，用于调节所述进料通道中的成型材料通道的尺寸并且用于封闭进料通道，从而将所述模腔与所述进料通道隔离，所述阻挡元件可在基本上垂直于所述接触表面的方向上移位；以及
在进料通道的壁和可移位的阻挡元件之间的箔层，并且，从至少一个气体出口提供模具配件，以在覆盖模制产品的箔层和模具配件之间吹送气体。
2.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，具有进料通道和可移位的阻挡元件的所述模具配件设置有驱动器，所述驱动器用于控制所述可移位的阻挡元件与成型材料的进料通道的相对位置。
3.根据权利要求1或2所述的模具，其特征在于，所述可移位的阻挡元件弹性地连接到所述模具配件。
4.根据权利要求1或2所述的模具，其特征在于，所述模具配件设置有箔处理机构。
5.根据权利要求1或2所述的模具，其特征在于，所述模具配件设置有用于成型材料的多个进料通道，每个进料通道连接到可移位的阻挡元件。
6.根据权利要求1或2所述的模具，其特征在于，具有用于成型材料的进料通道的所述模具配件还设置有凹入所述接触表面中并连接到模腔的出口通道，用于从所述模腔排出气体。
7.根据权利要求1或2所述的模具，其特征在于，具有模腔的所述模具配件设置有至少一个传感器，用于检测所述模腔和/或用于成型材料的进料通道中的压力。
8.根据权利要求1或2所述的模具，其特征在于，在第一模具配件处设置有附加的夹紧模具配件，所述附加的夹紧模具配件可相对于第一模具配件移动以将板的至少一个边缘夹持到所述第一模具配件，所述夹持模具配件在所述模具的闭合位置与成型材料的进料装置连接。
9.一种用于至少部分地封装具有电子元件的载体的模制设备，包括：
- 压机，包括至少两个模具载体和用于模具载体的相对运动的驱动器；
- 根据前述权利要求中任一项所述的模具；以及
- 用于连接到成型材料的进料通道上的液体成型材料的进料装置。
10.根据权利要求9所述的模制设备，其特征在于，用于液体成型材料的所述进料装置包括可在缸套中移动的柱塞。
11.一种用于至少部分地封装具有电子元件的载体的方法，包括以下处理步骤：
A）将具有电子元件的载体放置在第一模具配件上；
B）使所述模具配件朝向彼此移动，使得具有电子元件的载体被夹持在至少两个模具配件之间，并且待封装的电子元件被凹入到模具配件的接触侧中的模腔封闭；
C）通过凹入模具配件的接触侧的用于液体封装材料的进料装置将液体成型材料供给到所述模腔中；并且
D）使所述模具配件分开以从所述模具配件去除具有至少部分固化的模制电子元件的载体；
其中在处理步骤C）期间，可移位的阻挡元件移动到用于液体封装材料的进料装置中以控制液体成型材料流动，包括关闭进料通道，从而将模腔与进料通道隔离，并且其中在处理步骤D）期间，所述可移位的阻挡元件移动以将所述至少部分固化的成型材料推出所述进料装置，并且，从至少一个气体出口提供模具配件，以在覆盖模制产品的箔层和模具配件之间吹送气体。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述可移位的阻挡元件在基本上垂直于所述模具配件的接触表面的方向上移动，其中用于液体封装材料的进料装置是凹陷的。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，在根据处理步骤A）将具有电子元件的载体放置在第一模具配件上之后并且在根据处理步骤B）使所述模具配件朝着彼此移动使得具有电子元件的载体被夹持在两个模具配件之间以前，所述载体的至少一个边缘被夹持在具有附加模具配件的第一模具配件上，所述附加模具配件在处理步骤C）期间也引导所述液体成型材料到所述模腔。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在根据处理步骤C）通过凹入到模具配件的接触侧的用于液体封装材料的进料装置将液体成型材料供给到所述模腔中之前，所述模具配件的至少一部分被箔层覆盖。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述可移位的阻挡元件在完成处理步骤C）之后进一步移动到用于液体封装材料的进料装置中，以使填满液体成型材料的模腔背离所述模腔与流道部分分开，并且使所述模具配件闭合的力发生变化以改变施加在所述模腔中的成型材料上的压力。
16.具有电子元件的载体，其特征在于，根据权利要求11-15任一所述的方法用成型材料至少部分地封装所述电子元件。
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