CN107634016A - 用于将均匀的夹紧压力施加到衬底上的模塑系统 - Google Patents

Abstract

一种用于封装安装在衬底上的电子器件的模塑系统，所述模塑系统包括具有第一模套表面的第一模套和具有与第一模套表面相对的第二模套表面的第二模套，第一和第二模套表面用于夹紧到所述衬底上并对其施加夹紧压力。模塑系统还包括位于第一位置处的第一传感器，用于确定衬底与在所述第一位置处面向所述衬底的模套之间的第一相对距离；以及位于第二位置处的第二传感器，用于确定衬底与在第二位置处面向所述衬底的模套之间的第二相对距离。模塑系统还包括邻近第一位置定位的第一致动器和邻近第二位置定位的第二致动器，其中第一和第二致动器用于相对于第二相对距离调节第一相对距离，以将均匀的夹紧压力施加到衬底上。

Description

用于将均匀的夹紧压力施加到衬底上的模塑系统

技术领域

本发明涉及一种模塑系统，并且更具体地涉及一种用于封装半导体衬底的模塑系统。

背景技术

传递模塑是用于封装半导体器件的更常用的方法之一。在传递模塑中，将固体颗粒形式的模塑化合物引入模塑系统的模具供应罐中。随着热和压力的施加，固体颗粒模塑化合物熔化成液态。然后，将液化的模塑化合物通过柱塞压入连接模具供应罐与模塑腔的流道中，以便通过浇口进入模塑腔。因此，模塑化合物覆盖夹在模塑腔中的半导体衬底的表面，以便封装半导体衬底。

对较小半导体器件的需求不断增长导致了模塑腔高度的相应收缩。这意味着使半导体衬底的表面越来越靠近相对的模塑腔表面，这使得液化的模塑化合物流入模塑腔中的阻力更大。因此，在所得到的封装的半导体衬底中可能会出现空隙。

此外，当要被封装的半导体衬底是通常比引线框架大得多的整体晶片时，需要更宽的模塑腔。在这种情况下，液化的模塑化合物更难以适当地填充模塑腔。这是因为，液化的模塑化合物离开浇口越远，喷出的液化的模塑化合物就越难以适当地填充模塑腔。

并且，当半导体衬底被不正确地定位时，液化的模塑化合物可能会溢出模塑腔，从而导致模具漏铸。此外，在衬底厚度不均匀的情况下也可能发生模具漏铸。在这种情况下，由于半导体衬底的厚度不均匀，半导体衬底的表面将不会基本上平行于相对的模塑腔表面。换句话说，模塑腔表面的一部分将比模塑腔表面的另一部分基本上更靠近半导体衬底的表面。因此，液化的模塑化合物可能从模塑腔表面的基本上远离半导体衬底表面的部分溢出。

发明内容

因此，本发明的目的是寻求提供一种用于封装安装在衬底上的电子器件的模塑系统，其克服了现有技术的至少一些上述问题。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于封装安装在衬底上的电子器件的模塑系统。所述模塑系统包括：具有第一模套表面的第一模套和具有与第一模套表面相对的第二模套表面的第二模套，所述第一和第二模套表面用于夹紧到衬底上并对所述衬底施加夹紧压力；位于第一位置处的第一传感器，用于确定衬底与在所述第一位置处面向所述衬底的模套之间的第一相对距离；位于第二位置处的第二传感器，用于确定衬底与在所述第二位置处面向所述衬底的模套之间的第二相对距离；以及邻近第一位置定位的第一致动器和邻近第二位置定位的第二致动器，其中第一和第二致动器用于相对于第二相对距离调节第一相对距离，以将均匀的夹紧压力施加到衬底上。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于封装安装在衬底上的电子器件的方法。所述方法包括以下步骤：将第一模套的第一模套表面和与第一模套表面相对的第二模套的第二模套表面夹紧到衬底上并对所述衬底施加夹紧压力；通过位于第一位置处的第一传感器确定衬底和面向所述衬底的模套之间的第一相对距离；通过位于第二位置处的第二传感器确定衬底和面向所述衬底的模套之间的第二相对距离；通过邻近所述第一位置定位的第一致动器和邻近所述第二位置定位的第二致动器，相对于所述第二相对距离调节所述第一相对距离；以及之后，将液化的模塑化合物引入到衬底上以封装所述电子器件。

通过描述部分、所附权利要求和附图，这些和其它特征、方面和优点将会更好地被理解。

附图说明

图1是根据本发明的优选实施例的模塑系统的示意性剖视图。

图2A-2C是模塑腔和多个模具供应罐的示意性平面图，示出了在封装期间液化的模塑化合物的流动进展。

图3A-3C是模塑腔和多个模具供应罐的不同的可能布置的示意性平面图。

图4A-4B示出了进一步包括传感器和致动器的模塑系统，所述传感器和所述致动器用于调节顶模套和底模套之间的相对布置。

图5A-5B是夹紧到具有不均匀厚度的衬底之前和之后的模塑系统的侧视图。

图6示出了传感器的替代布置的侧视图，其中传感器被联接到顶模套。

在附图中，相同的部件由相同的附图标记表示。

具体实施方式

图1是根据本发明的优选实施例的模塑系统的示意性剖视图。模塑系统通常包括第一和第二模套，例如可相对于彼此移动的顶模套35和底模套36。包括安装在其上以由模塑系统封装的电子器件的衬底12被定位并夹紧到用于封装的模塑腔16中，其中安装在衬底12上的电子器件通常位于模塑腔16内。顶模套35具有顶模套表面，并且底模套36具有与顶模套表面相对的底模套表面，所述顶模套和底模套表面用于夹紧到所述衬底12上并对其施加夹紧压力；在封装期间，使用特定长度的膜（未示出）来覆盖顶模套35的模塑表面。

顶模套35包括空腔板20形式的可移动表面，该可移动表面适于可相对于顶模套表面移动。空腔板20位于膜上方并被膜覆盖。空腔板20用于在封装衬底12的模塑化合物上提供压缩力。这通过使空腔板20在第一位置和第二位置之间移动而实现，在第一位置处空腔板20与衬底12的顶表面形成第一间隙，并且在第二位置处空腔板20与衬底12形成第二间隙，其中第二间隙小于第一间隙。空腔板20从第一位置到第二位置的运动压缩引入模塑腔16中的模塑化合物，并且使模塑化合物在模塑腔16中成形以产生封装的半导体器件。在封装之后，封装的半导体器件与模塑腔16分离。

将模塑化合物以固体颗粒的形式提供给位于底模套36中的第一模具供应罐26和第二供应罐28。模具供应罐26、28接收固体颗粒并供应用于填充模塑腔16的模塑化合物。位于第一模具供应罐26中的第一柱塞22和位于第二模具供应罐28中的第二柱塞23用于压碎和液化固体颗粒，使得位于第一柱塞22、第二柱塞23上方的液化的模塑化合物40流出并且通过流道27从相应的模具第一供应罐26、第二供应罐28排出到模塑腔16中。每个模塑腔16连接到多个模具供应罐26、28，其中流道27将每个模具供应罐26、28连接到模塑腔16。

流道27将模具第一供应罐26、第二供应罐28流体地连接到模塑腔16。第一模具供应罐26位于模塑腔16的第一侧，并且第二模具供应罐28位于模塑腔16的相对的第二侧。使模塑腔16位于两个模具供应罐26、28之间的一个优点在于：来自每个模具供应罐26、28的模塑化合物仅需要流过模塑腔16的宽度的大约一半，以便填充模塑腔16。另一个优点在于：模塑化合物流入模塑腔16中的流动将更均匀。因此，本发明的模塑系统在用于大幅面封装工艺时特别有用，其中模塑化合物需要覆盖较大表面积（例如晶片的整个表面）以便填充模塑腔16。

当用模塑化合物填充模塑腔16时，可移动空腔板20可以向下推并压缩模塑化合物，以减小从第一间隙到第二间隙的间隙。通过压缩模塑化合物，空腔板20可以将一些模塑化合物从模塑腔16中推出回到模具供应罐26、28中。因此，可以通过使用传统的模塑化合物的固体颗粒的传递模塑，在衬底12的顶表面上有效地形成厚度对应于第二间隙的模塑化合物的薄层。

图2A-2C是模塑腔16和多个模具供应罐25的示意性平面图，示出了在封装期间液化的模塑化合物的流动进展。图2A示出了圆形模塑腔16相对于六个模具供应罐25的布置。虽然为了便于描述，模塑腔16是圆形的，但是假设模塑腔16在概念上包括与模塑系统的前侧、后侧、左侧和右侧对应的四个侧面。六个模具供应罐25位于模塑腔16的任意两个相对侧，其中三个模具供应罐25在模塑腔16的一侧排列成一排，并且另外三个模具供应罐25在模塑腔16的相对侧上排列成另一排。模塑腔16位于两排模具供应罐25之间。流道27沿着模塑腔16的圆周对称地分布在模塑腔16的相对侧。

图2B示出了在封装期间液化的模塑化合物40如何从多个模具供应罐25流入模塑腔16中。来自多个模具供应罐25中的每一个的液化的模塑化合物40以相同的速率流动，因此液化的模塑化合物40被示出为从每个模具供应罐25行进相似的距离。如图2C所示，液化的模塑化合物40已经覆盖整个模塑腔16。应该理解，与传统的包括位于模塑腔16的一侧的单个模具供应罐的模塑系统相比，本发明的模塑系统有效地使液化的模塑化合物40行进的距离减半。本发明的模塑系统的液化的模塑化合物40的较短流动路径使得液化的模塑化合物40更有效地填充模塑腔16，从而实现衬底12的更好的封装。因此，本发明的模塑系统能够解决与外观瑕疵、流痕、填料分层等不均匀模塑化合物流动相关的常见问题。

图3A-3C是模塑腔16和多个模具供应罐25的不同的可能布置的示意性平面图，其中，多个模具供应罐25中的每一个与模塑腔16间隔开相同的距离，使得每个流道27具有基本相同的长度。图3A示出了具有位于两排模具供应罐25之间的四边形形状的模塑腔16，每排模具供应罐25位于模塑腔16的相对侧。类似地，图3B示出了四边形形状的模塑腔16，但是在这种布置中，四排模具供应罐25围绕模塑腔16。每排模具供应罐25与四边形模塑腔16的相应侧间隔相同的距离。如图3C所示，多个模具供应罐25围绕圆形模塑腔16，其中每个模具供应罐25与模塑腔16间隔相同的距离。

图4A-4B示出了进一步包括传感器44和致动器46的模塑系统，所述传感器44和所述致动器46用于调节顶模套35和底模套36之间的相对布置。图4A和图4B分别是包括所述传感器44和所述致动器46的模塑系统的是侧视图和平面图。尽管在这种情况下，图中所示的衬底12以电子器件的面向下的芯片向下（die-down）形式保持抵靠顶模套35，但是应当理解的是，模塑系统还可被配置成将衬底12 以电子装置面向上的芯片向上（die-up）形式保持到底模套36上。

底模套36安装在夹板50上。夹紧构件（例如夹环54）邻近底模套表面的顶部弹性地安装，并且夹环54由弹性构件例如弹簧52支撑。因此，夹环54可以弹性地安装到夹板50的外周边缘，邻近并围绕底模套36。尽管它被称为环，但是应当理解，夹环54不限于圆形，并且其可以是其他形状，例如四边形。事实上，夹环54优选地被设计成与待封装的模塑腔16和/或衬底12具有相同的形状。在这种情况下，模塑腔16呈四边形形状，所以夹环54也呈四边形形状。底模套36朝着顶模套35移动，直到夹环54至少部分地夹紧在衬底12上并形成模塑腔16。夹环54还适于相对于顶模套和底模套模套表面在与衬底12接触时能够被强制移动。

每个传感器44位于不同的位置，用于确定衬底12和在不同位置处面对衬底12的模套35、36之间的相对距离。具体而言，通过各传感器44检测与衬底12上的位置对应的夹紧环54上的相应位置。

如图4B所示，底模套36和底模套36的夹板50的形状都是四边形。传感器44安装在夹板50的邻近底模套表面的相应拐角的四个拐角处。传感器44用于检测夹环54相对于底模套36的夹板50的距离。因此，当夹环54夹紧到衬底12上时，弹簧52将被压缩，在夹板50进一步朝向衬底12移动以压缩模塑腔16时，夹环54将更靠近夹板50移动。每个传感器44检测夹环54和安装在夹板50上的传感器44之间的相对距离。致动器46联接到夹板50并且邻近相应的传感器44的位置。它们也靠近夹板50的四个拐角。每个致动器46用于使底模套36的一部分（例如夹板50的相应拐角）向上或向下朝向或远离顶模套35的相应部分移动，以调节传感器44和在传感器44的每个位置处的夹紧环54之间的相对距离，以将均匀的夹紧压力施加到衬底12上。特别地，当所述相对距离被调节为基本相同时，夹紧压力将更均匀。

图5A-5B是夹紧到具有不均匀厚度的衬底12之前和之后的模塑系统的侧视图。衬底12的不均匀性已经被放大以便于描述。如图5A所示，具有不均匀厚度的衬底12被保持在顶模套35上。在封装期间，夹板50和底模套36相对于顶模套35移动，直到夹环54夹紧到衬底12上为止。由于衬底12在右端部12b处比在其左端部12a处更厚，所以支撑夹环54的右端部54b的弹簧52b将比支撑夹环54的左端部54a的弹簧52a被压缩的更多。每个弹簧52a、52b的压缩量由相应的传感器44a、44b检测。

模塑系统接收来自传感器44a、44b的反馈，并激活左致动器46a和右致动器46b，以调节模套35、36的相对布置，使得待模塑的衬底12的表面基本上平行于模塑腔16的与衬底12的表面相对的表面。因此，每个致动器46调节各自的相对距离以使顶模套或底模套表面相对于衬底12倾斜，使得所述相对距离基本相同，并且衬底12的表面平行于面向其的模套表面。这有助于确保衬底12的表面与夹紧到衬底12的表面上的模塑腔16的表面之间的间隙在预定范围内。在图5B所示的场景中，左致动器46a向上推动夹板50的左端50a，而右致动器46b可以相应地将夹板50的右端50b向下拉。如图5B所示，致动器46a、46b调节夹板50的对准，直到弹簧52a、52b被压缩大致相同的距离。因此，模塑系统可补偿衬底12的表面上的任何不均匀性和/或整个衬底12上的任何厚度差异，从而有助于实现整个衬底12上的均匀夹紧力。

之后，如上文关于图1所述，将模塑化合物引入模塑腔16中。当用模塑化合物填充模塑腔16时，流入模塑腔16的模塑化合物施加压力到模套35、36上。由模塑化合物施加的压力可能导致底模套36的顶表面与衬底12的表面之间的间隙变宽和/或导致模套35、36的相对布置改变。间隙尺寸和/或模套35、36的相对布置的任何变化将通过传感器44检测，并由致动器46通过相应地调节夹板50的对准进行补偿。在进行封装处理时，传感器44和致动器46继续进行监测和补偿，直到模塑化合物已经凝固并固化。之后，封装的半导体器件与模塑腔16分离。

图6示出了传感器44的替代布置的侧视图，其中传感器44被联接到顶模套35。夹板50也被联接到顶模套35。传感器44安装在夹板50上，并且夹环54通过弹簧52弹性地安装到夹板50上。衬底12以芯片向上（die-up）形式保持在底模套36上。在这种结构中，致动器46联接到底模套36。

虽然已经参考某些实施例相当详细地描述了本发明，但是其他实施例也是可能的。

例如，除了四个传感器44和四个致动器46以外，模塑系统可以包括任何其他数量的传感器44和致动器46，以实现不同程度的控制。传感器44也可以是用于确定间隙的任何适当类型的传感器，例如光束传感器或接近传感器。

传感器44和致动器46可以以任何其它形式安装，例如，即使当传感器44位于联接到底模套36的夹板50上时，致动器46也可以安装到顶模套35上。

此外，模塑腔16除了可以是圆形的或包括四个侧面以外，模塑腔16还可以具有任何其它形状或者包括任何其它数量的侧面。

而且，除了固体颗粒以外，本发明的模塑系统也可以被配置成接受液体模塑化合物。

因此，所附权利要求的精神和范围不应限于对本文包含的实施例的描述。

Claims (16)

1.一种用于封装安装在衬底上的电子器件的模塑系统，其特征在于：所述模塑系统包括：

具有第一模套表面的第一模套和具有与第一模套表面相对的第二模套表面的第二模套，所述第一和第二模套表面用于夹紧到所述衬底上并对所述衬底施加夹紧压力；

位于第一位置处的第一传感器，用于确定所述衬底与在所述第一位置处面向所述衬底的模套之间的第一相对距离；

位于第二位置处的第二传感器，用于确定所述衬底与在第二位置处面向所述衬底的模套之间的第二相对距离；以及

邻近所述第一位置定位的第一致动器和邻近所述第二位置定位的第二致动器，其中所述第一和第二致动器用于相对于所述第二相对距离调节所述第一相对距离，以将均匀的夹紧压力施加到所述衬底上。

2.根据权利要求1所述的模塑系统，其特征在于：还包括夹紧构件，所述夹紧构件邻近所述第一或第二模套表面弹性地安装，所述夹紧构件被布置和配置成：当所述第一和第二模套表面夹紧到所述衬底上时，至少部分地夹紧到所述衬底上；所述夹紧构件适于在相对于所述第一和第二模套表面与所述衬底接触时能够被强制地移动。

3.根据权利要求2所述的模塑系统，其特征在于：每个所述传感器用于检测所述夹紧构件上的相应位置与所述传感器之间的距离。

4.根据权利要求1所述的模塑系统，其特征在于：所述第一和第二模套的形状为四边形，并且所述模塑系统包括一共四个传感器，每个传感器邻近模套表面的拐角定位。

5.根据权利要求4所述的模塑系统，其特征在于：所述模塑系统还包括一共四个致动器，每个致动器邻近相应的传感器定位。

6.根据权利要求1所述的模塑系统，其特征在于：所述第一和第二传感器被弹性地安装到夹板上，所述夹板被配置成：当所述第一和第二模套表面夹紧到所述衬底上时，能够朝向所述衬底移动以压缩模塑腔。

7.根据权利要求6所述的模塑系统，其特征在于：所述第一和第二致动器联接到所述夹板。

8.根据权利要求6所述的模塑系统，其特征在于：所述夹板联接到所述第一模套，并且所述第一和第二致动器联接到所述第二模套。

9.根据权利要求1所述的模塑系统，其特征在于：每个致动器用于将一个模套的一部分朝向或远离另一个模套的对应部分移动。

10.根据权利要求1所述的模塑系统，其特征在于：每个致动器用于调节所述第一或第二相对距离以使所述第一或第二模套表面相对于所述衬底倾斜，使得所述第一和第二相对距离相同，并且所述衬底的所述表面平行于面向其的模套表面。

11.根据权利要求1所述的模塑系统，其特征在于：还包括所述第一和/或第二模套中的一个或多个模塑腔，以及将所述或每个模塑腔连接到多个模具供应罐的多个流道。

12.根据权利要求11所述的模塑系统，其特征在于：每个模塑腔位于至少两个模具供应罐之间，并且单独的流道将每个模具供应罐连接到所述模塑腔。

13.根据权利要求11所述的模塑系统，其特征在于：所述多个流道中的每一个均具有基本上相同的长度。

14.根据权利要求11所述的模塑系统，其特征在于：所述或每个模塑腔的形状为圆形，并且所述多个流道沿所述模塑腔的圆周对称分布在所述模塑腔的相对侧。

15.一种用于封装安装在衬底上的电子装置的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

将第一模套的第一模套表面和与第一模套表面相对的第二模套的第二模套表面夹紧到所述衬底上并对所述衬底施加夹紧压力；

通过位于第一位置处的第一传感器确定所述衬底和面向所述衬底的模套之间的第一相对距离；

通过位于第二位置处的第二传感器确定所述衬底和面向所述衬底的所述模套之间的第二相对距离；

通过邻近所述第一位置定位的第一致动器和邻近所述第二位置定位的第二致动器，相对于所述第二相对距离调节所述第一相对距离；以及之后

将液化的模塑化合物引入到所述衬底上以封装所述电子器件。

16.根据权利要求15所述的封装电子装置的方法，其特征在于：还包括以下步骤：在将液化的模塑化合物引入到所述衬底上之后：

通过所述第一传感器确定所述衬底和面向所述衬底的模套之间的所述第一相对距离；

通过所述第二传感器确定所述衬底和面向所述衬底的所述模套之间的所述第二相对距离；

通过所述第一和第二制动器相对于所述第二相对距离调节所述第一相对距离；以及

使得液化的模塑化合物固化。