发明内容
本发明要解决的技术问题在于,针对上述集成电路封装投资大、工期长,且小批量封装成本高的问题,提供一种集成电路封装设备。
本发明解决上述技术问题的技术方案是,提供一种集成电路封装设备,包括密闭腔室和控制装置,且所述密闭腔室内设有第一打印组件、晶粒贴装组件、第二打印组件和物料移送组件,且所述第一打印组件、晶粒贴装组件、第二打印组件和物料移送组件在所述控制装置控制下动作;所述第一打印组件,用于形成由多个依次相叠的第一光固化胶层构成的封装基板,且所述封装基板包括多个引脚;所述晶粒贴装组件,用于将待封装晶粒以主动表面朝向所述封装基板的方式粘贴固定到所述封装基板,同时将所述待封装晶粒的各个芯片焊盘分别与所述封装基板的各个引脚键接;所述第二打印组件,用于在所述封装基板的贴装有待封装晶粒的一侧依次形成多个相叠并绝缘的第二光固化胶层,且所述待封装晶粒包裹在多个所述第二光固化胶层内;所述物料移送组件,用于在所述第一打印组件、晶粒贴装组件以及第二打印组件之间进行物料移送。
优选地,所述集成电路封装设备还包括第三打印组件和第四打印组件;
所述第三打印组件在所述控制装置控制下在所述封装基板的每一引脚上打印第一导电柱,每一所述第一导电柱由多个依次相叠并处于非完全固化状态的第一导电胶层构成;所述第四打印组件在所述控制装置控制下在所述待封装晶粒的主动表面形成多个绝缘的第三光固化胶层,且所述第三光固化胶层避开所述待封装晶粒的芯片焊盘;所述物料移送组件还用于在所述第三打印组件、第四打印组件和晶粒贴装组件之间移送物料;
所述晶粒贴装组件将所述待封装晶粒以主动表面朝向所述封装基板的上表面的方式置于所述封装基板的上表面,使所述第一导电柱连接到所述待封装晶粒的芯片焊盘上,并通过加热方式使所述第一导电柱完全固化并将所述待封装晶粒与封装基板粘结在一起。
优选地,所述集成电路封装设备还包括第五打印组件,所述第五打印组件用于在待封装晶粒的每一芯片焊盘上打印第二导电柱,每一所述第二导电柱由多个依次相叠并处于非完全固化状态的第二导电胶层构成;所述物料移送组件还用于在所述第五打印组件和晶粒贴装组件之间移送物料;
所述晶粒贴装组件将所述待封装晶粒以主动表面朝向所述封装基板的上表面的方式置于所述封装基板的上表面,使所述第二导电柱连接到所述封装基板的引脚上,并通过加热方式使所述第二导电柱完全固化并将所述待封装晶粒与封装基板粘结在一起。
优选地,所述封装基板为引线框架,所述第一打印组件包括N个第一喷头以及分别集成到每一所述第一喷头的第一光源,所述N为大于或等于1的整数,且所述第一喷头用于喷涂导电光固化胶。
优选地,所述封装基板为基板,且至少部分第一光固化胶层包括绝缘支撑体以及导电信号线;所述第一打印组件包括M个第二喷头、M个第三喷头以及分别集成到每一所述第二喷头和第三喷头的第二光源,所述M为大于或等于1的整数,且所述第二喷头用于喷涂导电光固化胶,所述第三喷头用于喷涂绝缘光固化胶。
优选地,所述第二打印组件包括S个第四喷头以及分别集成到每一所述第四喷头的第三光源,所述S为大于或等于1的整数,且所述第四喷头用于喷涂绝缘光固化胶。
优选地,所述第二打印组件包括装有绝缘光固化胶溶液的容器、第四光源以及提升机构,所述提升机构用于将贴装有待封装晶粒的封装基板从所述容器内的绝缘光固化胶溶液中向上提起或将贴装有待封装晶粒的封装基板向下浸入到所述容器的绝缘光固化胶溶液,所述第四光源根据每一光固化胶层的固化图案,对贴装有待封装晶粒的底板露出于光固化胶溶液的液面的部分进行逐层光照固化。
优选地,所述控制装置包括识别单元、模型创建单元以及塑封控制单元,其中:所述识别单元,用于识别贴装有待封装晶粒的封装基板;所述模型创建单元,用于根据对贴装有待封装晶粒的封装基板的识别信息生成塑封模型;所述塑封控制单元根据所述塑封模型控制第二打印组件在所述封装基板的贴装有待封装晶粒的一侧形成多个所述第二光固化胶层。
优选地,所述物料移送组件包括传送带,且所述第一打印组件、晶粒贴装组件以及第二打印组件沿所述传送带依次排列。
优选地,所述集成电路封装设备包括滤尘装置,所述滤尘装置用于过滤所述密闭腔室内的灰尘。
本发明的集成电路封装设备,通过集成到一个密闭腔室内的第一打印组件、晶粒贴装组件、第二打印组件和物料移送组件,可在上述密闭腔室内完成底板制造、引线键合以及塑封,大大降低了集成电路封装的投资及工期,特别适合小批量的集成电路封装。
具体实施方式
以下公开提供用于实施所提供的主题的不同特征的许多不同的实施例或实例。以下阐述组件、值、操作、材料、排列等的具体实例以简化本发明实施例。当然,这些仅为实例而不旨在进行限制。预期存在其他组件、值、操作、材料、排列等。例如,以下说明中将第一特征形成在第二特征“的上方”或第二特征“上”可包括其中第一特征及第二特征被形成为直接接触的实施例,且也可包括其中第一特征与第二特征之间可形成有附加特征、进而使得所述第一特征与所述第二特征可能不直接接触的实施例。另外,本发明实施例可能在各种实例中重复使用参考编号及/或字母。这种重复使用是出于简洁及清晰的目的,而不是自身表示所论述的各种实施例及/或配置之间的关系。
此外,为易于说明,本文中可能使用例如“在...下方(beneath)”、“下面(below)”、“下部的(lower)”、“上方(above)”、“上部的(upper)”等空间相对性用语来阐述图中所示的一个元件或特征与另一(其他)元件或特征的关系。所述空间相对性用语旨在除图中所绘示的取向外还囊括装置在使用或操作中的不同取向。设备可具有其他取向(旋转90度或其他取向),且本文中所用的空间相对性描述语可同样相应地进行解释。
另外,为易于说明,本文中可使用例如“第一”、“第二”等用语来阐述图中所示出的相似或不同的元件或特征,且这些用语可依据存在的次序或说明的上下文而互换使用。
如图1所示,是本发明实施例提供的集成电路封装设备的结构示意图,该集成电路封装设备用于对集成电路晶粒(die)进行塑料封装,以对晶粒进行机械或环境保护,并使集成电路晶粒能够发挥正常的功能,且该设备特别适用于小批量,甚至单颗集成电路晶粒的封装。上述集成电路晶粒的主动表面可具有钝化层,且钝化层包括一个或多个分别与裸晶的主动表面的一个或多个金属垫(pad)导电连接的导电柱,并由上述导电柱形成晶粒的芯片焊盘。当然,在实际应用中,晶粒的主动表面也可不具有钝化层,即晶粒的芯片焊盘可直接由晶粒上的金属垫构成。
本实施例的集成电路封装设备包括密闭腔室10、控制装置、第一打印组件、晶粒贴装组件、第二打印组件和物料移送组件11,上述第一打印组件、晶粒贴装组件、第二打印组件和物料移送组件在控制装置控制下动作,且第一打印组件、晶粒贴装组件、第二打印组件和物料移送组件11均设置在密闭腔室10内。上述密闭腔室10与外接隔绝,以保持无尘状态。此外,根据需要,上述密闭腔室10也可充满氮气等。
第一打印组件用于形成多个依次相叠的第一光固化胶层,该多个第一光固化胶层构成封装基板21,且每一封装基板21包括多个引脚。即封装基板21可直接在密闭腔室10内通过第一打印组件加工制造,而无需再送至工厂加工制造。具体地,上述封装基板21可形成于一个载体上,并且成型后的封装基板21可通过物料移送组件11移送到下一工位,例如晶粒贴装组件进行晶粒贴装的工位。上述第一打印组件可根据需要打印封装基板21,例如在需对单个集成电路晶粒进行封装时,第一打印组件可仅打印一个独立的封装基板21;当需要同时对多个集成电路晶粒进行封装时,第一打印组件可同时打印多个封装基板21,且该多个封装基板21相连并按阵列方式排布。
晶粒贴装组件用于将待封装晶粒22(即待封装的集成电路晶粒)以主动表面朝向封装基板21(由物料移送组件11移送而来)的方式粘贴固定到封装基板21,且待封装晶粒22的各个芯片焊盘分别与封装基板21的各个引脚键接,即晶粒贴装组件通过倒扣芯片焊接方式(flip-chip bonding)实现待封装晶粒22与封装基板22的粘结固定以及梆线
合。上述晶粒贴装组件具体可包括晶粒抓取装置等,其结构具体可参考现有的晶粒贴装(DieAttach)设备。贴装待封装晶粒22后的封装基板21可通过物料移送组件11移送到下一工位,例如第二打印组件的工位,进行塑封。
第二打印组件用于在封装基板21的贴装有待封装晶粒22的一侧依次形成多个相叠并绝缘的第二光固化胶层,且待封装晶粒22包裹在多个第二光固化胶层内,即该多个第二光固化胶层对待封装晶粒22形成塑封结构23。塑封完成的物料可由物料移送组件11移送出密闭腔室,进行其他操作。
上述集成电路封装设备通过集成到一个密闭腔室10内的第一打印组件、晶粒贴装组件、第二打印组件和物料移送组件,可在密闭腔室10内完成封装基板制造、晶粒贴装、梆线键合以及塑封等操作。由于第一打印组件、晶粒贴装组件、第二打印组件和物料移送组件共享由密闭腔室10提供的无尘环境,因此无需额外建造大型的无尘车间,大大降低了集成电路封装的投资及工期,特别适合小批量的集成电路封装。并且,本发明的集成电路封装设备还适合定制化的集成电路封装,例如可实现晶粒的透明材料封装等。
在本发明的一个实施例中,封装基板21可为引线框架(Lead Frame),此时第一打印组件可通过喷墨打印方式形成第一光固化胶层,上述第一光固化胶层可由导电的光固化胶固化形成。相应地,第一打印组件可包括N个第一喷头以及分别集成到每一第一喷头的第一光源,N为大于或等于1的整数,且第一喷头用于喷涂导电光固化胶。
当封装基板21为基板(Substrate),即多个第一光固化胶层构成基板时,至少部分第一光固化胶层包括绝缘支撑体以及导电信号线,且第一打印组件通过喷墨打印方式形成多个第一光固化胶层时,第一打印组件包括M个第二喷头、M个第三喷头以及分别集成到每一第二喷头和第三喷头的第二光源,M为大于或等于1的整数,且第二喷头用于喷涂导电光固化胶,第三喷头用于喷涂绝缘光固化胶,从而可通过第三喷头形成基板的绝缘部分,并通过第二喷头形成基板的导电部分。
如图2所示,第二打印组件可通过浸式固化方式形成由多个相叠的第二光固化胶层构成的塑封结构23。相应地,控制装置包括识别单元、模型创建单元以及塑封控制单元,上述识别单元可由传感器(例如摄像头、激光扫描设备或超声波扫描设备等)并结合运行于控制芯片中的软件构成,模型创建单元以及塑封控制单元则可由运行于控制芯片中的软件构成。
识别单元用于识别贴装有待封装晶粒22的封装基板21,例如通过摄像头扫描、激光扫描或超声波扫描等方式对贴装有集成电路裸晶的底板进行识别,从而获取封装基板21在贴装有集成电路裸晶22一侧的形状以及集成电路裸晶22的大小、位置、突出于封装基板21的高度等信息(即识别信息)。模型创建单元用于根据对贴装有待封装晶粒22的封装基板21的识别信息生成塑封模型,具体地,根据识别信息生成的塑封模型可包括封装基板21在贴装有待封装晶粒22一侧的各个高度的图案,例如在低于待封装晶粒21突出于封装基板21表面的高度的位置,塑封模型的图案为回形(外框与封装基板21的外轮廓匹配、内框与待封装晶粒22的外轮廓匹配);在高于待封装晶粒22突出于封装基板21表面的高度的位置,塑封模型的图案为与封装基板21匹配的矩形或其他形状。塑封控制单元根据塑封模型控制第二打印组件在封装基板21的一侧形成多个第二光固化胶层。
在本实施例中,第二打印组件可包括装有绝缘光固化胶溶液(例如紫外线固化胶溶液)的容器31、光源32(例如紫外线光源)以及提升机构,其中提升机构用于将贴装有晶粒22的封装基板21倒置浸入容器31的绝缘光固化胶溶液中,即封装基板21的贴装有待封装的晶粒22的一侧浸入光固化胶溶液,并将该封装基板21慢慢向上提起,同时光源32(位于封装基板21下方)根据塑封模型(由控制装置中模型创建单元所创建)中每一光固化胶层的固化图案,对贴装有待封装晶粒22的封装基板21露出于光固化胶溶液的液面的部分进行逐层光照固化,以形成多个依次相叠的第二光固化胶层。
具体地,在对光固化胶溶液进行光照固化时,可使用面光源(例如紫外光)对贴装有待封装晶粒22的封装基板21脱离光固化胶溶液的液面的部分进行光照固化,该面光源包括多个独立控制的发光点,且该多个发光点发出的光覆盖贴装有待封装晶粒22的封装基板21的表面,即每一第二光固化胶层可整层同时形成。
由于上述第二光固化胶层在形成过程中,无需将封装胶(即光固化胶溶液)进行加热熔解以及冷却(在整个塑封过程中的最高温度不会超过60℃),因此在塑封过程中不会因为封装基板21与封装胶导热系数不同而导致封装基板21翘曲及键合绷断,相较于现有最高温度达到180℃的注塑方案,可大大提高集成电路晶粒封装的良品率。
特别地,上述面光源32可位于光固化胶溶液的下方。即面光源32发出的光(或经面镜或三棱镜反射的光)穿过光固化胶溶液进行光照固化。
当然,在实际应用中,也可将封装基板21以背向贴装有待封装晶粒22的一侧浸入容器33的光固化胶溶液,如图3所示,然后将封装基板21缓慢向下浸入容器33的光固化胶溶液,此时光源34可位于装有光固化胶溶液的容器33的上方,并对封装基板21露出于光固化胶溶液的液面的部分进行光照固化。
除了采用上述浸式固化形成第二光固化胶层外,还可通过喷墨打印方式形成光第二固化胶层。结合图4,第二打印组件可包括S个第四喷头41以及分别集成到每一第四喷头41的光源42,S为大于或等于1的整数,且第四喷头41用于喷涂绝缘光固化胶。控制装置根据塑封模型控制第四喷头41和光源42在每一光固化胶层移动,同时控制第四喷头41将绝缘光固化胶溶液43喷涂在封装基板21的贴装有待封装晶粒22的一侧,并通过光源42对附着在封装基板21的贴装有待封装晶粒22的一侧的光固化胶溶液43进行光照固化,以形成多个相叠的第二光固化胶层。
具体地,上述第二打印组件可包括排列成一行的多个第四喷头41,且该多个第四喷头41的喷射范围与封装基板21的一边的长度相等,从而在形成第二光固化胶层时,可控制多个第四喷头41按照垂直于第四喷头41排列的方向移动即可,此时每一第二光固化胶层由多个光固化胶直线拼接形成。
特别地,上述光源42具体可包括发光体421以及导光体422,且光源42的照射区域与对应第四喷头41的喷涂区域一致(例如稍滞后于喷涂区域)。从而在喷涂光固化胶溶液43的同时,对附着在封装基板21的贴装有待封装晶粒22的一侧的光固化胶溶液进行光照固化,简化控制。
上述物料移送组件具体可包括传送带,且第一打印组件、晶粒贴装组件以及第二打印组件沿传送带依次排列。此外,根据需要,上述物料移送组件还可包括机械臂、升降台等设备。
为保持密闭腔室10的无尘状态,上述集成电路封装设备还可包括滤尘装置,该滤尘装置用于过滤密闭腔室内的灰尘(例如结合排风扇等)。
如图5~6所示,是本发明另一实施例提供的集成电路封装设备的结构示意图,与图1的实施例类似地,本实施例的集成电路封装设备包括密闭腔室50、控制装置、第一打印组件、晶粒贴装组件、第二打印组件和物料移送组件51,上述第一打印组件、晶粒贴装组件、第二打印组件和物料移送组件在所述控制装置控制下动作,且第一打印组件、晶粒贴装组件、第二打印组件和物料移送组件51均设置在密闭腔室10内。
第一打印组件用于形成由多个依次相叠的第一光固化胶层构成的封装基板61,且该封装基板61包括多个引脚;晶粒贴装组件用于将待封装晶粒62以主动表面朝向封装基板61的方式粘贴固定到封装基板61,且待封装晶粒62的各个芯片焊盘分别与封装基板61的各个引脚健接;第二打印组件用于在封装基板61的贴装有待封装晶粒62的一侧依次形成多个相叠并绝缘的第二光固化胶层,且待封装晶粒62包裹在多个第二光固化胶层内(多个第二光固化胶层构成塑封结构63);物料移送组件51用于在第一打印组件、晶粒贴装组件以及第二打印组件之间进行物料移送。
此外,相较于图1的实施例,本实施例的集成电路封装设备还包括位于密闭腔室10内的第三打印组件和第四打印组件,本实施例的第三打印组件在控制装置的控制下,在封装基板61的每一引脚上打印第一导电柱611,每一第一导电柱611由多个依次相叠并处于非完全固化状态的第一导电胶层(该第一导电胶可以为光固化胶或热固化胶)构成,且第一导电柱611突出于封装基板61的表面;第四打印组件在控制装置控制下在待封装晶粒62的主动表面形成由多个绝缘的第四光固化胶层构成的分隔部621,上述第四光固化胶层避开待封装晶粒62的芯片焊盘;相应地,物料移送组件还用于在第三打印组件、第四打印组件和晶粒贴装组件之间移送物料。
在实际应用中,上述第一导电胶层也可由第一打印组件打印生成,即第一导电柱611可与封装底板61同时形成。并且,分隔部621可由第四打印组件在整个晶圆(即on-wafer)上打印成型,然后再切割为各个晶粒,并贴装到封装基板61。
相应地,晶粒贴装组件通过抓取装置将待封装晶粒62以主动表面朝向封装基板61的上表面的方式置于封装基板61的上表面,使第一导电柱611连接到待封装晶粒62的芯片焊盘上,并通过加热方式使第一导电柱611完全固化,将集成电路晶粒62与封装基板61粘结在一起。同时,由于第一导电柱611的两端分别连接待封装晶粒62的芯片焊盘与封装基板61的引脚,因此在该过程中还实现了待封装晶粒62的各个芯片焊盘与封装基板61的对应引脚的键接。具体地,晶粒贴装组件可通过高频加热使第一导电柱611固化。
通过上述方式,可提高待封装晶粒62的芯片焊盘与封装基板61的引脚之间导电连接的可靠性。并且,上述第一导电柱611也可由独立的打印组件生成。且该方案对于待封装晶粒62的主动表面的每一芯片焊盘的尺寸小于或等于预设尺寸的情况较为适用。
此外,结合图7所示,上述密封腔体50内还包括第五打印组件,该第五打印组件用于在待封装晶粒62的每一芯片焊盘上打印第二导电柱622,每一第二导电柱622由多个依次相叠并处于非完全固化状态的第二导电胶层(该第二导电胶可为光固化胶或热固化胶)构成,且第二导电柱622突出于待封装晶粒62的主动表面。物料移送组件还用于在第五打印组件和晶粒贴装组件之间移送物料。
类似地,晶粒贴装组件通过抓取装置将待封装晶粒62以主动表面朝向封装基板61的上表面的方式置于封装基板61的上表面,使第二导电柱622连接到封装基板61的引脚上,并通过加热方式使第二导电柱622完全固化,将待封装晶粒62与封装基板61粘结在一起。同时,由于第二导电柱622的两端分别连接待封装晶粒62的芯片焊盘与封装基板61的引脚,因此在该过程中还实现了待封装晶粒62的各个芯片焊盘与封装基板61的对应引脚的键接。且该方案对于待封装晶粒62的主动表面的每一芯片焊盘的尺寸大于预设尺寸的情况较为适用。
上述第一打印租组件、第二打印组件、第三打印组件、第四打印组件以及第五打印组件的打印精度最高可达2880DPI(Dots Per Inch,每英寸点数),当然,也可根据需要选择不同精度。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。