CN107481944A - 一种半导体器件混合封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种半导体器件混合封装方法，包括制作由骨架和若干个排列设置在骨架上的PCB小板构成的PCB板，在每个PCB小板上对应固定元器件，并将元器件与对应的PCB小板进行焊接；将PCB板置于内部设有若干个底座的夹具上表面，并使得夹具内的底座与PCB板上的PCB小板上下一一对应设置，再将PCB小板与对应的底座固定；将所有PCB小板从PCB板的骨架上分离，使得PCB小板留在对应的底座上表面，且二者一一对应形成半成品底座；在每个半成品底座上盖上管帽，并将管帽与对应的半成品底座固定。本发明通过将元器件直接加工在PCB板上，简化了生产工艺，适合大批量生产，提高了生产效率，采用板上芯片封装COB工艺，焊点处镀金层厚度足够小，在保证质量的前提下，节约了成本。
Description
技术领域
本发明涉及光通信、光传感器件技术领域，尤其涉及一种半导体器件混合封装方法。
背景技术
由于裸芯片体积小且易碎、易被污染，为了充分利用这些半导体元器件的高性能，防止外界环境对其破坏，我们需要将裸芯片和其他元器件在框架和PCB板上进行合理布置并对其进行密封。一个好的封装方法设计至关重要，不仅能够充分发挥元器件自身性能，并且提高元器件的可靠性，同时也影响其所连接的电路板的设计、生产和制造。半导体器件的封装有如下作用：一是物理保护，保护元器件不受外界环境的影响和破坏；二是电气连接；三是标准规格化，指封装的形态、大小、引脚的数量、引线长度等有着严格的统一标准，只有标准统一后，相关企业的产品之间才能具有匹配性、通用性，以此来推动光电器件的发展。
传统的生产工艺步骤为：组装管座—点胶—贴陶瓷—固化—点胶—贴芯片—固化—焊线—封帽，如图1所示，该工艺中贴片形式采用立体贴片，先将陶瓷电容5粘贴在底座12上,再将第三芯片6粘贴在陶瓷电容5上，最后将管帽13与底座12固定，该工艺步骤复杂繁琐，且有明确的先后工序，不适合大批量生产。
具体地，传统的封帽工艺采用储能焊工作原理，把金属管帽、管座分别置于相应的上、下电极内腔中并施加一定的焊接压力，利用储能电容器在较长时间里储积的电能，而在焊接的一瞬间将能量释放出来的特点来获得极大的焊接电流，接触电阻将电能转换成热能而实现焊接过程，管帽底座接触点部位瞬间熔化进行焊接。储能焊封帽一次只能封焊一只，生产效率非常低。
另外，传统的金丝键合工艺是将芯片的焊盘与TO封装支架上的引线相连接，这需要支架的镀金层达到1.27um厚度(军标)才能满足金丝引线拉力要求，否则性能不可靠，这样会导致大量黄金浪费，成本非常高昂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种半导体器件混合封装方法，以此来解决现存在的生产效率低、成本高等主要问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种半导体器件混合封装方法，包括如下步骤：
步骤1：制作由骨架和若干个排列设置在所述骨架上的PCB小板构成的PCB板，在每个所述PCB小板上对应固定元器件，并将所述元器件与对应的所述PCB小板进行焊接；
步骤2：将所述PCB板置于内部设有若干个底座的夹具上表面，并使得所述夹具内的底座与所述PCB小板上下一一对应设置，再将所述PCB小板与对应的所述底座固定；
步骤3：将所有所述PCB小板从所述PCB板的骨架上分离，使得所述PCB小板留在对应的所述底座上表面，且二者一一对应结合并形成半成品底座；
步骤4：在每个所述半成品底座上盖上管帽，并将所述管帽与对应的所述半成品底座固定，完成封装。
本发明的有益效果是：本发明的半导体器件混合封装方法，元器件直接加工在PCB板上，简化了生产工艺，适合大批量生产，提高了生产效率，采用板上芯片封装COB工艺将PCB板置于装有底座的夹具上，并将PCB小板与对应的底座固定，形成半成品底座，焊点处镀金层厚度足够小，在保证质量的前提下，节约了成本，同时采用To-Can封装工艺在每个半成品底座上盖上管帽，实现了半导体器件的混合封装。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步：所述元器件包括贴片电容和半导体芯片，其固定过程具体包括：将贴片电容通过表面贴装技术SMT贴装在对应的所述PCB小板上，然后再将半导体芯片通过胶水固化在对应的所述PCB小板上。
上述进一步方案的有益效果是：通过采用表面贴装技术进行贴片电容贴片，贴片成本较低，生产工艺简单，通过胶水将半导体芯片准确地固定在对应的所述PCB小板上，便于后续将所述半导体与对应的所述PCB小板进行焊接。
进一步：所述胶水为环氧树脂胶，并采用自然固化的方式将所述第一芯片和第二芯片固定在对应的所述PCB小板上。
上述进一步方案的有益效果是：通过采用环氧树脂胶进行粘接，其粘接性能好、粘接力强、功能性好，价格比较低廉，粘接工艺简便，耐腐蚀性好，并且在自然条件下也可以在较短时间内固化，提高生产效率。
进一步：所述胶水为导电银胶，并采用烘烤固化的方式将所述第一芯片和第二芯片固定在对应的所述PCB小板上。
上述进一步方案的有益效果是：通过采用导电银胶可以在烘烤加热至适宜的固化温度将所述第一芯片和第二芯片快速固定在对应的所述PCB小板上，工艺简单,易于操作,可提高生产效率,也避免了锡铅焊料中重金属铅引起的环境污染。
进一步：所述夹具为长方体状，所述夹具的四周分别设有定位柱，所述PCB板上设有与所述定位柱一一对应的定位孔，且所述步骤3中先通过所述定位孔和定位柱将所述PCB板与所述夹具对准定位，使得所述底座的管脚上端分别穿过对应的所述PCB小板上的管脚孔隙，再将所述PCB小板与对应的所述底座固定。
上述进一步方案的有益效果是：通过在所述PCB板和夹具上分别设置相互匹配的定位孔和定位柱，可以实现所述PCB小板与对应的所述底座精准定位，提高焊接质量，
进一步：所述PCB小板与对应的所述底座的固定方式具体为：在所述底座的每个管脚上端预先设有植有焊锡球，通过对所述焊锡球进行回流焊工艺处理并在冷却后将所述PCB小板与对应的所述底座固定连接。
上述进一步方案的有益效果是：通过在所述底座的引脚上端预先设有植有焊锡球这样可以通过回流焊工艺实现批量所述PCB小板与对应的所述底座固定连接，提高了焊接效率，降低了成产成本。
进一步：所述PCB小板与对应的所述底座的固定方式具体为：采用导电银胶将所述PCB小板粘贴在对应的所述底座上表面，再通过烘烤固化的方式将所述PCB小板与对应的所述底座固定连接。
上述进一步方案的有益效果是：通过采用导电银胶可以在适宜的固化温度将所述PCB小板与对应的所述底座固定连接，工艺简单,易于操作,可提高生产效率,也避免了锡铅焊料中重金属铅引起的环境污染。
进一步：所述PCB小板与对应的所述底座的固定方式具体为：采用焊枪自动焊接的方式将所述PCB小板直接焊接在对应的所述底座上表面。
上述进一步方案的有益效果是：通过采用焊枪自动焊接的方式可以成批量的将所述PCB小板固定在对应的底座上表面，缩短生产时间，提高了焊接效率，降低了成产成本。
进一步：所述步骤4具体包括：沿着所述半成品底座的边缘处点上一圈环氧树脂胶，再在所述半成品底座上盖上对应的管帽，并通过环氧树脂胶将二者固定。
上述进一步方案的有益效果是：通过采用点胶粘接的方式，在确保质量的前提下，可以实现批量管帽同时盖在对应的所述半成品底座上，克服了传统储能焊方式中一次只能封帽一只效率低下的技术缺陷，大大提高生产效率。
进一步：所述半成品底座与对应的管帽通过所述环氧树脂胶的自然固化或烘烤固化进行固定。
上述进一步方案的有益效果是：采用所述环氧树脂胶的自然固化或烘烤固化均可以实现所述半成品底座与对应的管帽之间的固定，在实际生产过程中根据实际情况进行灵活选择。
附图说明
图1现有封装工艺形成的半导体器件结构示意图；
图2为本发明的混合封装工艺形成的半导体器件的结构示意图；
图3为本发明的PCB板俯视图；
图4为本发明中PCB板置于夹具上的俯视图；
图5为本发明中PCB板置于夹具上的侧视图；
图6为本发明中PCB小板从PCB板上分离后的示意图；
图7为图6的局部放大图；
图8为本发明中在半成品底座上盖上管帽的示意图；
图9为本发明中封装完成后的单个半导体器件结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、贴片电容，2、第一芯片，3、第二芯片，4、PCB小板，5、陶瓷电容，6、第三芯片，7、PCB板，8、定位孔，9、夹具，10、定位柱，11、管脚孔隙，12、底座、13、管帽。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
需要说明的是，本发明中，由于半导体器件容易因为受到静电冲击而出现损坏，所以整个封装过程需要在防静电的环境中进行，避免封装过程中由于静电导致产品质量出现瑕疵。
一种半导体器件混合封装方法，包括如下步骤:
步骤1：制作由骨架和若干个排列设置在所述骨架上的PCB小板4构成的PCB板7，在每个所述PCB小板4上对应固定元器件，并将所述元器件与对应的所述PCB小板4进行焊接；
如图3和图7所示，本实施例中，所述元器件包括贴片电容1和半导体芯片，其固定过程具体包括：将贴片电容1通过表面贴装技术SMT贴装在对应的所述PCB小板4上，然后再将半导体芯片通过胶水固化在对应的所述PCB小板4上。通过采用表面贴装技术SMT进行贴片电容1贴片，贴片成本较低，生产工艺简单，通过胶水将半导体芯片准确地固定在对应的所述PCB小板4上，便于后续将所述半导体芯片与对应的所述PCB小板4进行焊接。如图2所示，本发明中，先将元器件固定在PCB板7上的每个PCB小板4上，再采用COB工艺将PCB板7置于装有底座12的夹具9上，并将PCB小板4与对应的底座12固定形成半成品底座，去除PCB板7上的骨架，然后再采用To-Can封装工艺在每个半成品底座上盖上管帽13并固定，完成半导体器件封装。
本发明中，所述贴片电容1用于进行滤波和稳压，所述半导体芯片包括第一芯片2和第二芯片3，所述第一芯片2用于进行光电转换，所述第二芯片3用于信号处理，所述第一芯片2先接收光信号，并将其转化为电信号，再由所述贴片电容1用于进行滤波和稳压，最后由所述第二芯片3用于信号处理并对外输出。
这里，将所述贴片电容1、第一芯片2和第二芯片3固定在所述PCB小板上，属于同一个平面上，并且没有明确固定的先后贴片顺序，这样对于生产任务安排可以灵活调整，非常方便，适合大批量生产。
优选地，作为本发明的一个实施例，该实施例中，所述胶水为环氧树脂胶，并采用自然固化的方式将所述第一芯片2和第二芯片3固定在对应的所述PCB小板4上。通过采用环氧树脂胶进行粘接，其粘接性能好、粘接力强、功能性好，价格比较低廉，粘接工艺简便，耐腐蚀性好，并且在自然条件下也可以在较短时间内固化，提高生产效率。
优选地，作为本发明的一个实施例，该实施例中，所述胶水为导电银胶，并采用烘烤固化的方式将所述半导体芯片固定在对应的所述PCB小板4上。通过采用导电银胶可以在烘烤加热至适宜的固化温度将所述半导体芯片快速固定在对应的所述PCB小板4上，工艺简单,易于操作,可提高生产效率,也避免了锡铅焊料中重金属铅引起的环境污染。
步骤2：将所述PCB板7置于内部设有若干个底座12的夹具9上表面，并使得所述夹具9内的底座12与所述PCB板7上的PCB小板4上下一一对应设置，再将所述PCB小板4与对应的所述底座12固定；如图4和图5所示。
如图5所示，本实施例中，所述夹具9为长方体状，所述夹具9的四周分别设有定位柱10，所述PCB板7上设有与所述定位柱10一一对应的定位孔8，且所述步骤3中先通过所述定位孔8和定位柱10将所述PCB板7与所述夹具9对准定位，使得所述底座12的管脚上端分别穿过对应的所述PCB小板4上的管脚孔隙11，再将所述PCB小板4与对应的所述底座12固定。通过在所述PCB板7和夹具9上分别设置相互匹配的定位孔8和定位柱10，可以实现所述PCB小板4与对应的所述底座12精准定位，提高焊接质量，
优选地，作为本发明的一个实施例，该实施例中，所述PCB小板4与对应的所述底座12的固定方式具体为：在所述底座12的每个管脚上端预先设有植有焊锡球，通过对所述焊锡球进行回流焊工艺处理并在冷却后将所述PCB小板4与对应的所述底座12固定连接。通过在所述底座12的引脚上端预先设有植有焊锡球，这样可以通过回流焊工艺融化焊锡球，并在冷却后实现批量所述PCB小板4与对应的所述底座12固定连接，提高了焊接效率，降低了成产成本。
优选地，作为本发明的一个实施例，该实施例中，所述PCB小板4与对应的所述底座12的固定方式具体为：采用导电银胶将所述PCB小板4粘贴在对应的所述底座12上表面，再通过烘烤固化的方式将所述PCB小板4与对应的所述底座12固定连接。通过采用导电银胶可以在适宜的固化温度将所述PCB小板4与对应的所述底座12固定连接，工艺简单,易于操作,可提高生产效率,也避免了锡铅焊料中重金属铅引起的环境污染。
优选地，作为本发明的一个实施例，该实施例中，所述PCB小板4与对应的所述底座12的固定方式具体为：采用焊枪自动焊接的方式将所述PCB小板4直接焊接在对应的所述底座12上表面。通过采用焊枪自动焊接的方式可以成批量的将所述PCB小板4固定在对应的底座12上表面，缩短生产时间，提高了焊接效率，降低了成产成本。
步骤3：将所有所述PCB小板4从所述PCB板7的骨架上分离，使得所述PCB小板4留在对应的所述底座12上表面，且二者一一对应结合并形成半成品底座12，如图6所示。
需要指出的是，本实施例中，所示步骤3中通过工装夹具对所述PCB板进行裂片，使得所有所述PCB小板4从所述PCB板7的骨架上分离，分离后的所述PCB小板4由于和对应的底座12固定在一起会留在对应的底座12上，而PCB板7只剩下骨架，此时只需将剩余的骨架取走即可。
步骤4：在每个所述半成品底座12上盖上管帽13，并将所述管帽13与对应的所述半成品底座12固定，完成封装，如图8和图9所示。
本实施例中，所述步骤4具体包括：沿着所述半成品底座12的边缘处点上一圈环氧树脂胶，再在所述半成品底座12上盖上对应的管帽13，并通过环氧树脂胶将二者固定。通过采用点胶粘接的方式，在确保质量的前提下，可以实现批量管帽13同时盖在对应的所述半成品底座12上，克服了传统储能焊方式中一次只能封帽一只效率低下的技术缺陷，大大提高生产效率。
实际中，首先用点胶机沿着每一个所述半成品底座12边缘点上一圈环氧树脂胶，点胶时需要对点胶的位置和点胶量进行控制；点胶位置为所述半成品底座12的边缘位置处，点较量不宜过多也不能太少，胶量太少时管帽13和所述的半成品底座12如果不能完全密封便会产生漏气，该成品的漏气率不合格，该成品即为不合格品。比如可以沿着每一个所述半成品底座12边缘点上一圈环氧树脂胶，约0.02ml，以管帽13盖合后无胶体溢出为准。点胶完毕，再通过匹配的工装夹具并以该夹具为单位进行盖帽，每次可以盖多个。如图8所示，本实施例中，该工装夹具可以同时将162只管帽13盖到对应的半成品底座12上。
优选地，作为本发明的一个实施例，该实施例中，所述半成品底座12与对应的管帽13通过所述环氧树脂胶的自然固化或烘烤固化进行固定。采用所述环氧树脂胶的自然固化或烘烤固化均可以实现所述半成品底座12与对应的管帽13之间的固定，在实际生产过程中根据实际情况进行灵活选择。
封装完成后，经过检验、包装后即可入库。
本发明的半导体器件混合封装方法，元器件直接加工在PCB板上，简化了生产工艺，适合大批量生产，提高了生产效率，采用板上芯片封装COB工艺将PCB板置于装有底座的夹具上，并将PCB小板与对应的底座固定，形成半成品底座，焊点出镀金层厚度足够小，在保证质量的前提下，节约了成本，同时采用To-Can封装工艺在每个半成品底座上盖上管帽，实现了半导体器件的混合封装。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种半导体器件混合封装方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：制作由骨架和若干个排列设置在所述骨架上的PCB小板(4)构成的PCB板(7)，在每个所述PCB小板(4)上对应固定元器件，并将所述元器件与对应的所述PCB小板(4)进行焊接；
步骤2：将所述PCB板(7)置于内部设有若干个底座(12)的夹具(9)上表面，并使得所述夹具(9)内的底座(12)与所述PCB小板(4)上下一一对应设置，再将所述PCB小板(4)与对应的所述底座(12)固定；
步骤3：将所有所述PCB小板(4)从所述PCB板(7)的骨架上分离，使得所述PCB小板(4)留在对应的所述底座(12)上表面，且二者一一对应结合并形成半成品底座(12)；
步骤4：在每个所述半成品底座(12)上盖上管帽(13)，并将所述管帽(13)与对应的所述半成品底座(12)固定，完成封装。
2.根据权利要求1所述的半导体器件混合封装方法，其特征在于，所述元器件包括贴片电容(1)和半导体芯片，其固定过程具体包括：将贴片电容(1)通过表面贴装技术贴装在对应的所述PCB小板(4)上，然后再将半导体芯片通过胶水固化在对应的所述PCB小板(4)上。
3.根据权利要求2所述的半导体器件混合封装方法，其特征在于：所述胶水为环氧树脂胶，并采用自然固化的方式将所述第一芯片(2)和第二芯片(3)固定在对应的所述PCB小板(4)上。
4.根据权利要求2所述的半导体器件混合封装方法，其特征在于：所述胶水为导电银胶，并采用烘烤固化的方式将所述第一芯片(2)和第二芯片(3)固定在对应的所述PCB小板(4)上。
5.根据权利要求1所述的半导体器件混合封装方法，其特征在于：所述夹具(9)为长方体状，所述夹具(9)的四周分别设有定位柱(10)，所述PCB板(7)上设有与所述定位柱(10)一一对应的定位孔(8)，且所述步骤3中先通过所述定位孔(8)和定位柱(10)将所述PCB板(7)与所述夹具(9)对准定位，使得所述底座(12)的管脚上端分别穿过对应的所述PCB小板(4)上的管脚孔隙(11)，再将所述PCB小板(4)与对应的所述底座(12)固定。
6.根据权利要求5所述的半导体器件混合封装方法，其特征在于，所述PCB小板(4)与对应的所述底座(12)的固定方式具体为：在所述底座(12)的每个管脚上端预先设有植有焊锡球，通过对所述焊锡球进行回流焊工艺处理并在冷却后将所述PCB小板(4)与对应的所述底座(12)固定连接。
7.根据权利要求5所述的半导体器件混合封装方法，其特征在于，所述PCB小板(4)与对应的所述底座(12)的固定方式具体为：采用导电银胶将所述PCB小板(4)粘贴在对应的所述底座(12)上表面，再通过烘烤固化的方式将所述PCB小板(4)与对应的所述底座(12)固定连接。
8.根据权利要求5所述的半导体器件混合封装方法，其特征在于，所述PCB小板(4)与对应的所述底座(12)的固定方式具体为：采用焊枪自动焊接的方式将所述PCB小板(4)直接焊接在对应的所述底座(12)上表面。
9.根据权利要求1至8任一项所述的半导体器件混合封装方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：沿着所述半成品底座(12)的边缘处点上一圈环氧树脂胶，再在所述半成品底座(12)上盖上对应的管帽(13)，并通过环氧树脂胶将二者固定。
10.根据权利要求9所述的半导体器件混合封装方法，其特征在于，所述半成品底座(12)与对应的管帽(13)通过所述环氧树脂胶的自然固化或烘烤固化进行固定。
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