CN112912224B - 用于转移模制封装安装在包括双重支撑表面的载体上的电子部件的半模和模制方法及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于转移模制封装安装在载体上的电子部件的模具的半模，其中用于支撑载体的模具部分具有接触表面，该接触表面包括主载体支撑表面和围绕主载体支撑表面的次表面，该围绕的次表面由驱动器支撑，由能够调节所述次表面与所述主载体支撑表面的相对高度的驱动器支撑。这样的半模可以用于电子部件的转移模制，同时相对容易地为载体提供平整的支撑并补偿载体中的任何厚度变化。本发明还提供一种具有至少两个模具部分的模具，以及使用这种模具转移模制封装安装在载体上的电子部件的方法。

Description

用于转移模制封装安装在包括双重支撑表面的载体上的电子 部件的半模和模制方法及其使用方法
本发明涉及一种用于转移模制封装安装在载体上的电子部件的模具的半模。本发明还涉及一种用于转移模制封装安装在包括这种半模的载体上的电子部件的模具，并且涉及一种使用这种半模或模具转移模制封装安装在载体上的电子部件的方法。
通过将模制材料转移到一个或多个模腔来封装安装在也通常称为基板的载体上的电子部件是已知技术。在工业规模上，这种电子部件通常已经完成封装，通常是其中添加填充材料的固化的环氧树脂或树脂的封装。在市场中存在这样一种趋势，即同时通过转移模制封装的大量电子部件，具有各种尺寸，且对精度要求仍不断提高。这也可能导致产品在单个包装中具有电子部件的异构组合。在这里可以设想电子部件为半导体，例如：通常变得越来越小的半导体(芯片，尽管LED在这方面也被认为是半导体)。在转移模制材料之后，将集体封装的电子部件放置在封装件(包装)中，该封装件布置在载体的一侧，但有时也布置在载体的两侧。模制或封装材料通常采取的形式是，将其连接到载体的平坦层，在载体中电子部件被完全或部分地嵌入/封装在该层中。载体可以由引线框、晶片、部分由环氧树脂制成的多层载体(也称为板或基板等)或另一种载体结构组成。
根据现有技术，在转移封装安装在载体上的电子部件的过程中，通常使用具有至少两个半模的封装压机，至少一个半模中设置有凹入的一个或多个模腔。将带有用于封装的电子部件的载体设置在半模之间，随后将半模彼此相对移动，例如：使得它们可以夹住载体。然后将通常加热的液体模制材料通过转移模制进给到模腔中。在模腔/腔体中的模制材料至少部分地(化学)固化之后，将具有封装电子部件的载体从转移模制封装压机中取出，并且在进一步处理的过程中，封装产品可以彼此分离。可以在封装过程期间使用箔来屏蔽掉一部分电子部件，从而防止被箔覆盖的电子部件部分被模制材料覆盖。至少部分覆盖有模制材料的电子部件(没有被包覆的电子部件称为“裸模”或“裸露的模”产品)可用于各种应用中；例如：各种类型的传感器部件、超低包装或散热部件。这种转移封装的方法在大规模工业上得到实践，并且能够对电子部件进行良好控制的封装。电子部件的现有技术的转移封装工艺的问题在于，模制质量高度依赖于载体厚度的精度，特别是当模具夹持在载体上时。载体厚度的变化可能会导致模制材料的飞边和/或渗出(尤其是在相对较薄的载体的情况下)，或由于模具在载体上的夹持压力增加而导致载体的损坏。
美国专利6,471,51公开了一种用于模压具有下模具和上模具的半导体设备的模具。下模具包括承载半导体设备和树脂片的内模，以及以相对于内模可上下移动的方式围绕内模设置的外模。在操作中，上模具的压板首先以解锁状态与下模具的外模具接合以实现上模具的压板和下模具的内模的精确定位。在锁定上模具的压板位置并融化树脂片后，将压板进一步推向下模具的内模，同时降低外模，以减小由下模、外模和压板形成的空间。
本发明的目的是提供一种可替代的模具和方法，用于转移模制封装电子部件，该电子部件对载体厚度的变化不那么敏感并且易于控制。
为了提供对安装在载体上的电子部件进行转移模制封装的模制解决方案，该解决方案对载体厚度变化不太敏感，本发明提供一种用于转移模制封装安装在载体上的电子部件的模具的半模，其中支撑载体的模具部分具有包括主载体支撑表面和主载体支撑表面所围绕的次表面的接触表面，该次表面由驱动器支撑，用于对次表面相对于主载体支撑表面的高度进行高度调节。这种半模可以包括半模基座，该半模基座与主载体支撑表面固定连接，并且通过驱动器与围绕在主载体支撑表面周围的次表面可调节地连接，以进行高度调节。主载体支撑表面因此可以相对容易地实现为载体提供水平支撑(平坦且均一的表面)的实心(且简单)构造，并且次表面的位移可以补偿载体中的任何厚度变化，如稍后将根据本发明的模制方法所解释的那样。主载体支撑表面也易于产生。此外，半模主表面和次表面的相互定位还可以补偿由于半模的温度变化引起的任何变化(例如，由于半模部分的温度变化引起的膨胀和/或收缩的变化)。主载体支撑表面和次表面通常将是平行的。本发明的半模的进一步优点是它提供更强的使用灵活性。因此，例如：可以将次表面降低到主载体支撑表面的水平或更低以使主载体支撑表面的更容易清洁(因为它可以轻松进入整个主表面)，而且还可以检查主载体支撑表面带有例如：掠光(这种类型的检查还可以观察到10-100μm左右的非常细小的颗粒)。另一个优点是，通过降低次表面，可以容易地接近位于主载体支撑表面上的载体的侧面。例如，这使得能够简单地拾取模制的载体。根据本发明的模具还提供防止在闭合时半模相对倾斜的机会(特别是在与载体双重接触时)，闭合期间半模的相对倾斜(即使非常有限时)可能导致载体上不均一的载荷和载体损坏的风险。通过在接触载体之前使次表面与相对的模具接触，可以将相对的模具部分“引导”到更平行的位置(与有限的倾斜相对位置相反)。尤其是晶片市场的实际发展，越来越多被用作待模制的电子部件，使本发明的优点甚至更加重要；主支撑表面是稳定且坚固的，并能够对晶片进行所需的精确定位。此外，在处理高敏感度晶片时，这种能够对小污垢颗粒的高精度检测也非常受欢迎的。
次表面相对于主载体支撑表面的高度调节的驱动器可以为压力(或载荷)驱动器。通过压力控制的高度调节，可以独立于载体的厚度来控制模制过程；闭合可以通过压力而不是位置来控制。这使过程更稳定并限制由于施加高压导致载体损坏(例如破裂)的机会，也能够限制由于施加低压而导致的泄漏(例如溢料，渗漏)的机会。作为次表面的压力(载荷)控制的高度调节的替代，次表面的高度调节也可以是位置控制的。本发明还使得能够在将次表面关闭到载体上的过程中首先关闭半模(半模的次表面不吸收任何关闭力)，然后将次表面移动到关闭位置，从而提供附加保护措施，以防止泄漏。
用于次表面的高度调节的驱动器可以包括至少一个可移动的楔形件，该楔形件可以使用气压缸或液压缸、主轴驱动器、齿和齿条系统或任何其他类型的精确线性驱动器来驱动。使用一个或多个楔形件来调节次表面的高度，除了精确地定位次表面的大支撑表面外，还可以防止次表面的任何不希望的变形。使用楔形件的另一个优点是，它们需要相对有限的力来移位，但是它们可能会承受较大的载荷。特别是(但不是排他性的)当应用带有较小角度的楔形件时，楔形件会自我抑制，这在过程控制中不易控制，但也有利于进一步限制载体开裂的机会。用于驱动楔形件位移的气动或液压缸提供易于压力控制的次表面闭合的能力，并且容易获得现成的产品。作为使用楔形件的替代方式，线性驱动器也可以与次表面直接耦合，使得次表面的位移方向与所使用的驱动系统一致(也参见图2)。除了这里提到的驱动器外，还可以使用其他驱动器，例如：主轴驱动系统、齿条和小齿轮驱动器等。
次表面还可以承载至少一个用于转移模制封装材料的引导件。这使得可以使用次表面来定位所谓的“顶部边缘”模制材料进料。顶部边缘模制材料进料是一种众所周知的技术，用于通过载体的侧面将模制材料送入载体，并能够避免泄漏，并且还能够保证载体的边界(轮缘/边缘)没有模制材料。现有技术的顶部边缘模制材料进料通常需要单独的顶部边缘进料支撑件，现在，该支撑件可以与次表面集成在一起，因此使得模制装置的构造更简单，更可靠且更便宜。
在另一个实施例中，主表面和次表面可以至少在主表面和次表面处于相同水平(或更低)的位置和次表面等于或大于高出主表面的载体的厚度的位置之间移动。前面已经提到了主表面和次表面处于相同水平或更低的优点(易于接近载体，易于清洁和检查)。为了防止模制材料在主表面和次表面的接合处之间发生泄漏，在主表面和次表面之间设置垫片可能是有利的。优选的，垫片是可控的(可操作)，例如：通过选择可充气的垫片，使其仅在需要密封功能时被用作垫片。通过使用垫片或可控垫片以防止泄漏，以使得在模腔中能够产生下压力(underpressure)，还可防止污染(以防止污物进入)，并且在具体实施方案中还可以防止(液体)模制材料的通过。
半模还可包括用于测量主表面和次表面的相对位置的测量传感器。测量主表面和次表面的相对位置可以用作在半模上加工的各个载体的厚度的测量信号，从而提供其他产品信息，例如：在后续工艺步骤中使用和/或作为与产品相关的信息。
本发明还提供一种用于转移模制封装安装在载体上的电子部件的模具，该模具包括至少两个可相对于彼此移位的模具部分，该模具部分包括根据本发明和如上所述的半模和与之相对的夹持模具部分。至少一个相对的夹持模具部分在其接触侧具有至少一个凹入的模腔，相对的夹持模具部分的接触侧与至少一个模腔的接触侧被构造成能够与围绕在待封装的电子部件周围的载体相接合。使用这种模具，可以实现本发明所公开的半模的优点。相对的半模可接触载体，从而使模具的模腔能够围绕待封装的电子部件设置，并且半模的夹持力可限制在至少可防止泄漏(渗漏和飞边)的水平；而不需要更高的压力。次支撑表面可以用于保持载体在主载体支撑表面上的位置，还被用作防止泄漏的附加封闭件(第二屏障)。相对的夹持模具部分的接触侧还可以提供用于模制材料的进料通道；因此，可以将模制材料进给到载体的顶部，该处即为相对的模具部分夹持到载体上的位置。这种转移模制技术也称为“顶边缘”模制。
在用于转移模制封装安装在载体上的电子部件的模具的又一实施例中，在相对的夹持模具部分之间提供模制材料进料(顶部边缘)，并且至少一个夹持模具部分设置有孔，以保持模制材料在相对的夹持模具部分的夹持位置进料。以这种方式进给的模制材料进料可以由下半模的次支撑表面支撑。通过正确的支撑，也通过次支撑表面的正确定位，可以成功地防止载体上的任何过大压力，即可能导致载体破裂(晶片破裂)的压力。
本发明还提供一种使用根据本发明和如上所述的半模转移模制对安装在载体上的电子部件进行封装的方法，该方法包括以下加工步骤：a)将载体放置在载体支撑半模的主表面上，使得电子部件面对模腔，其中所述次支撑表面位于载体的电子部件承载表面与主支撑表面的同一侧；b)模具部分相对彼此移动，以使模具部分将载体夹持在主支撑表面和模腔凹入的接触侧之间，同时将待封装的电子部件封闭在模腔中；c)将次支撑表面移向相对的夹持模具部分的模腔凹入的接触侧；d)经由设置在模腔凹入的接触侧中的进料通道将液体模制材料转移到模腔中；e)至少部分固化模制材料；f)将模具部分彼此分开；和g)将具有模制电子部件的载体从载体支撑半模的主支撑表面上移出。在半模移动分开之后，次支撑表面可以在载体的电子部件承载表面下方移动(也就是说，与载体的电子部件承载表面相比，更远离相对的模具部分)。在加工步骤c)中，可以将次支撑表面移向相对的模具部分的模腔凹入的接触侧，直到达到次支撑表面的特定闭合压力水平。通过这种方法，模制过程是基于对载体的厚度的“预期”。这种模制过程特别适合于转移模制；形成模腔，并且随后将液体模制材料进给到模腔中，优选地，经由用于使模制材料凹入到相对的夹持模具部分的接触侧中的进料通道进给到模腔中。这样可以独立于影响结果(模制电子部件的质量)的载体的确切厚度来执行该过程，并且更重要的是，该过程稳定的和便于执行的。
对于根据本发明所公开的模制方法，次支撑表面相对于主支撑表面的位置可以被记录，并且，例如：被反馈给自动过程控制。有关主载体支撑表面和次表面的相对位置的类似信息可用于提供有关载体的尺寸(厚度)的信息，并且因此提供的测量信息构成本发明的另一个优点。
基于以下附图中所示的示例性实施方案，但非限制性的进一步阐明本发明。
此处显示：
图1是根据本发明的模具部分的示意性分解透视图；
图2是根据本发明的模具部分的一个备选实施方案的示意性透视分解图；
图3A-3G是表示根据本发明的模制方法的后续步骤的示意图；
图4是表示根据本发明模具的横截面示意图；和
图5是本发明的备选(顶部边缘)模制方法中的步骤的示意图。
图1显示用于承载具有电子部件的载体的模具部分1(在该图中未表示)，该电子部件具有与半模基座3牢固地集成的主载体支撑表面2。次表面4围绕在主载体支撑表面2周围，次表面4由楔形件5支撑。通过使楔形件5沿箭头P1所示方向上移动(在平行于主载体支撑表面2和次表面4的方向上)，次表面4相对于主载体支撑表面2的高度是可调节的。次表面2的朝向楔形件5的一侧通过倒角6以与楔形件5相配合。
在图2中，显示备选的模具部分10，其具有主载体支撑表面11，该主载体支撑表面11又与半模基座12牢固地集成在一起。次表面13围绕在主载体支撑表面11周围，该次表面13由缸体14支撑，该缸体(例如液压缸或气压缸)被集成在半模基座12中。通过沿箭头P2(在垂直于主载体支撑表面2和次表面4的方向上)启动气缸14，可调节次表面13相对于主载体支撑表面11的高度。
图3A显示具有主载体支撑表面21的半模20，该主载体支撑表面21与半模基座22牢固地集成在一起。次表面23围绕在主载体支撑表面21周围，该次表面23由楔形件24支撑，楔形件24可在电动主轴25的驱动下移动。次表面23与主载体支撑表面21齐平，从而使得例如：为了清洁和/或检查目的，容易接近主载体支撑表面21。
在图3B中，现在再次显示来自图3A的半模20，其中电子部件27的载体26放置在主载体支撑表面21上。如图3A所示，次表面23仍处于下部位置。
在图3C中，第二模具部分28(在此为上模具部分)沿箭头P3所示方向，下降到载体26上并与之闭合，将待封装的电子部件27包围在凹入第二模具28的接触侧30中的模腔29中。
在图3D中，次表面23沿箭头P4所示方向相对于第二模具部分28的接触表面30移动，从而进一步限制带有电子部件27的载体26。在随后的图3E中，将模制材料31进料到模制腔29中。在模制材料31固化之后，如图3F所示，可以将第二模具部分28移走(从带有主载体支撑表面21的半模20中移开)，从而可以将载体26上的模制电子部件32由第二模具部分28拆下。
在图3G中，显示次表面23在由主轴25驱动的楔形件24的作用下沿箭头P5向下移动，从而使得能够接近载体26的侧面，例如：允许抓握器33进入(参见箭头P6)，并从主载体支撑表面21上移开载体26上的模制电子部件32。
图4所显示的为具有模具基座41和集成的主载体支撑表面42的另一备选模具40的横截面，次表面43围绕着集成的主载体支撑表面42。通过移动楔形件44、45(参见箭头P8，P9)，可调节次表面43的高度(参见箭头P7)。在次表面43的基座46和主载体支撑表面42的基座47之间设置定位垫片48以防止灰尘进入，从而能够在载体49上方形成下压力，并且甚至防止模制材料的任何意外泄漏。也如该图所示，载体49的轮缘50是圆形的，并且在这里所示的实施例中，轮缘50距次表面43有一定距离，使得即使在次表面43位于更高的位置的情况下，抓握器也可以抓住载体49。
图5显示模制过程中的步骤，其中具有主载体支撑表面21的下半模20为与如图3A-3G所示的下模部分相对应。由于下半部20对应关系，对于模具的该部分也使用相同的附图标记。不同之处在于第二模具部分50，第二模具部分50现在提供有用于保持单个可移动模制材料进料52的孔51。这种模制材料进料52也被称为“顶部边缘”。模制材料进料52用于将模制材料通过载体26的侧面转移至载体26上，而不存在泄漏的问题，同时保持载体26的边缘不会含有模制材料。为了正确定位，通过将模制材料进料52移向载体26而使其与载体26相接触(参见箭头P10)。这种接触所存在的问题可能是使载体26被损坏(破裂)。本发明的一个重要优点是次表面23可以向上移动(这里通过移动楔形件24，如相对于图3A所解释的那样)，使得次表面23大概与载体26的上侧齐平。然后，次表面23将被用于支撑模制材料进料52，因此，由于与模制材料进料52接触而损坏载体26的机会现在是非常有限的。

Claims (16)

1.一种用于转移模制封装安装在载体上的电子部件的模具，其包括至少两个相对于彼此可移位的模具部分，所述模具部分包括半模和相对的夹持模具部分；
其中，用于支撑所述载体的半模部分具有接触表面，所述接触表面包括主载体支撑表面和围绕主载体支撑表面设置的次表面，所述围绕的次表面由能够调节所述次表面与所述主载体支撑表面的相对高度的驱动器支撑，和
其中至少所述相对的夹持模具部分在其接触侧具有至少一个凹入的模腔，具有至少一个模腔的所述相对的夹持模具部分的接触侧被配置为接合在待封装的电子部件周围的载体上。
2.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，所述半模包括半模基座，所述半模基座与所述主载体支撑表面固定连接，并且通过所述能够进行高度调节的驱动器与所述围绕的次表面可调节地连接。
3.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，用于调节所述次表面与所述主载体支撑表面的相对高度的驱动器是通过压力或位置控制的。
4.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，用于调节所述次表面的高度的驱动器包括至少一个可移动的楔形件。
5.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，用于调节所述次表面的高度的驱动器包括至少一个气压缸或液压缸。
6.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，所述次表面还承载至少一个用于封装材料的引导件。
7.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，所述主载体支撑表面和所述次表面至少可在其中所述主载体支撑表面和所述次表面处于相同水平的位置与其中所述次表面高出所述主载体支撑表面的等于或大于载体的厚度的位置之间移动。
8.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，在所述主载体支撑表面和所述次表面之间设置有垫片。
9.根据权利要求8所述的模具，其特征在于，设置在所述主载体支撑表面和所述次表面之间的所述垫片是可操作的垫片。
10.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，所述半模包括用于测量所述主载体支撑表面和所述次表面的相对位置的测量传感器。
11.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，所述相对的夹持模具部分的接触侧还提供有用于进给模制材料的进料通道。
12.根据权利要求1所述的模具，其特征在于，在所述相对的夹持模具部分之间提供模制材料进料，并且所述夹持模具部分中的至少一个提供有孔以将所述模制材料进料保持在所述相对的夹持模具部分的夹持位置中。
13.用于使用根据权利要求1中所述的模具转移模制封装安装在载体上的电子部件的方法，所述方法包括以下加工步骤：
a）将载体放置在所述载体支撑半模的主载体支撑表面上，从而使所述电子部件面对模腔，其中所述次表面位于所述载体的电子部件承载表面与所述主载体支撑表面的同一侧；
b）所述模具部分相对彼此移动，以使所述模具部分将所述载体夹持在所述主载体支撑表面和所述模腔凹入的接触侧之间，同时将待封装的电子部件封闭在所述模腔中；
c）将所述次表面移向所述相对的夹持模具部分的模腔凹入的接触侧；
d）经由所述设置在模腔凹入的接触侧中的进料通道将液体模制材料转移到所述模腔中；
e）至少部分固化所述模制材料；
f）将所述模具部分彼此分开；和
g）将具有模制的电子部件的载体从所述载体支撑半模的主载体支撑表面移出。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在将所述模具部分移开之后，所述次表面比所述载体的电子部件承载表面更远离所述相对的模具部分移动。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，在加工步骤c）中，所述次表面移向所述相对的模具部分的所述模腔凹入的接触侧，直到达到所述次表面的特定闭合压力水平。
16.用于使用根据权利要求1-10任一项中所述的模具转移模制封装安装在载体上的电子部件的方法，其特征在于，记录所述次表面相对于所述主载体支撑表面的位置。
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