CN113488440B - 一种高强度半导体封装壳及其封装方法 - Google Patents

一种高强度半导体封装壳及其封装方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度半导体封装壳及其封装方法，属于半导体器件领域，通过在现有塑封的基础上增加外部的塑封壳来提高整个塑封体的强度，有效避免注塑、运输和安装过程树脂中的开裂，同时也为半导体额外增添了一道保护屏障，通过将树脂注入到塑封壳内来保护半导体，塑封壳的内部设置有驱气球，利用熔融树脂的热量使得驱气球破裂释放出绝缘气体，这样在树脂逐渐填满塑封壳的时候可将内部的空气挤出去，有效减少气泡的产生，通过在塑封壳的内部设置与芯片和基岛接触的抗冲击垫来提高抗冲击性能，有效提高半导体的稳定性，与现有技术相比可以有效提高整个塑封体的强度和使用耐久性。

Description

一种高强度半导体封装壳及其封装方法
技术领域
本发明涉及半导体器件领域，更具体地说，涉及一种高强度半导体封装壳及其封装方法。
背景技术
半导体封装是指将通过测试的晶圆按照产品型号及功能需求加工得到独立芯片的过程。封装过程为：来自晶圆前道工艺的晶圆通过划片工艺后被切割为小的晶片（Die），然后将切割好的晶片用胶水贴装到相应的基板（引线框架）架的小岛上，再利用超细的金属（金锡铜铝）导线或者导电性树脂将晶片的接合焊盘（Bond Pad）连接到基板的相应引脚（Lead）,并构成所要求的电路；然后再对独立的晶片用塑料外壳加以封装保护，塑封之后还要进行一系列操作，封装完成后进行成品测试，通常经过入检Incoming、测试Test和包装Packing等工序，最后入库出货。
半导体封装主要有塑料封装（环氧树脂）、陶瓷封装和金属封装。其中塑料封装用于消费电子，因为其成本低，工艺简单，可靠性高而占有绝大部分的市场份额，塑料封装主要功能是在熔融状态下将芯片包裹起来，提供物理和电气保护，防止外界干扰。
目前塑料封装实行的方式是在合模中用注塑机完成注塑，待树脂固化成型后与半导体形成一体化，过程简单、成本低，但是对于大体积的半导体来说，其在注塑的过程中由于合模中空气的存在，容易使得树脂内部产生气泡，气泡不仅易使树脂开裂，而且气泡中的氧气会降低半导体的电气性能，另外安装和运输过程中的震动、挤压、压力等也容易使树脂开裂。
发明内容
1．要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高强度半导体封装壳及其封装方法，通过在现有塑封的基础上增加外部的塑封壳来提高整个塑封体的强度，有效避免注塑、运输和安装过程树脂中的开裂，同时也为半导体额外增添了一道保护屏障，通过将树脂注入到塑封壳内来保护半导体，塑封壳的内部设置有驱气球，利用熔融树脂的热量使得驱气球破裂释放出绝缘气体，这样在树脂逐渐填满塑封壳的时候可将内部的空气挤出去，有效减少气泡的产生，通过在塑封壳的内部设置与芯片和基岛接触的抗冲击垫来提高抗冲击性能，有效提高半导体的稳定性，与现有技术相比可以有效提高整个塑封体的强度和使用耐久性。
2．技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种高强度半导体封装壳，包括塑封壳和内部的半导体元件，所述塑封壳包括上壳体和下壳体，所述上壳体的上表面开设有多个注料口，所述上壳体和下壳体的内壁均固定连接有抗冲击垫，且半导体的芯片和基岛分别与两个抗冲击垫相抵接触，所述下壳体的下端内壁固定连接有多个驱气球，且多个驱气球分布于抗冲击垫的两侧对称设置。
进一步的，所述驱气球为半球体状，所述驱气球包括气膜，所述气膜的内部填充有绝缘气体，且气膜的内部设置有多个与下壳体固定连接的导热杆一，利用熔融树脂的热量将气膜熔化使得绝缘气体释放出来，在树脂逐渐将塑封壳内部填充满的过程中将塑封壳内部的空气由让位口的缝隙挤压出去，从而有效减少气泡的产生和提高半导体的电气性能，导热杆一可将树脂内部的热量传递至下壳体上，有效提高整体的散热性能。
进一步的，所述气膜为由绝缘材料制成的薄膜，是为了避免气膜导电而造成半导体电气性能下降，所述导热杆一采用绝缘导热材料，导热杆一有效增大了树脂与下壳体热交换的面积，有助于内部热量的快速散热。
进一步的，所述抗冲击垫包括网状体，所述网状体的内部镶嵌有多个垂直设置的导热杆二，网状体对半导体有很好的缓冲作用，有效避免外部的冲击而造成半导体的损坏，导热杆二将芯片和基岛的热量传递至上壳体和下壳体上，可有效提高热量的快速散热。
进一步的，所述网状体为由绝缘弹性材料制成的网状结构，网状结构不影响树脂对半导体的包裹成型，所述导热杆二采用软质导热材料，实现导热的同时也具有缓冲作用。
进一步的，所述上壳体和下壳体的两侧侧壁均开设有与引脚匹配的让位口，是为了让引脚穿过，且让位口处镶嵌有绝缘垫圈，绝缘垫圈是为了保护引脚以免被压坏。
进一步的，多个所述注料口的内壁均固定连接有防尘膜，所述防尘膜为由绝缘材料制成的薄膜，防尘膜主要是为了在封装前对塑封壳起到防尘的作用，以免外界的杂质进入到塑封壳内。
进一步的，所述上壳体和下壳体均采用耐高温绝缘材料，且上壳体和下壳体的外表面均涂覆有感温变色材料，在使用的过程中当塑封壳内部的热量过高时，感温变色材料会相应的变色，从而方便使用者了解到半导体的使用状态，能更好的保护半导体。
进一步的，所述抗冲击垫的面积均大于芯片和基岛的面积，是为了确保抗冲击垫能与芯片和基岛完全接触，且两个抗冲击垫的结构一致，是为了方便封装。
进一步的，一种高强度半导体封装壳的封装方法，包括以下封装步骤：
S1，先将焊接好的半导体元件放在下壳体内，确保每个引脚都处在让位口中，然后盖上上壳体进行合模；
S2，将合模形成后的塑封壳放在注塑机出料口的下方，并用下压模具抵在下壳体的上方，熔融的树脂先将防尘膜融化，然后由注料口进入到塑封壳内部，树脂由底部开始逐渐将芯片包裹住；
S3，注塑开始时树脂先将驱气球融化以让绝缘气体将塑封壳内部的空气由让位口处的缝隙挤出去，树脂注入满后停止注塑，直至树脂成型固化即完成封装。
3．有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
（1）本方案通过在现有塑封的基础上增加外部的塑封壳来提高整个塑封体的强度，有效避免注塑、运输和安装过程树脂中的开裂，同时也为半导体额外增添了一道保护屏障，通过将树脂注入到塑封壳内来保护半导体，塑封壳的内部设置有驱气球，利用熔融树脂的热量使得驱气球破裂释放出绝缘气体，这样在树脂逐渐填满塑封壳的时候可将内部的空气挤出去，有效减少气泡的产生，通过在塑封壳的内部设置与芯片和基岛接触的抗冲击垫来提高抗冲击性能，有效提高半导体的稳定性，与现有技术相比可以有效提高整个塑封体的强度和使用耐久性。
（2）驱气球为半球体状，驱气球包括气膜，气膜的内部填充有绝缘气体，且气膜的内部设置有多个与下壳体固定连接的导热杆一，利用熔融树脂的热量将气膜熔化使得绝缘气体释放出来，在树脂逐渐将塑封壳内部填充满的过程中将塑封壳内部的空气由让位口的缝隙挤压出去，从而有效减少气泡的产生和提高半导体的电气性能，导热杆一可将树脂内部的热量传递至下壳体上，有效提高整体的散热性能。
（3）气膜为由绝缘材料制成的薄膜，是为了避免气膜导电而造成半导体电气性能下降，导热杆一采用绝缘导热材料，导热杆一有效增大了树脂与下壳体热交换的面积，有助于内部热量的快速散热。
（4）抗冲击垫包括网状体，网状体的内部镶嵌有多个垂直设置的导热杆二，网状体对半导体有很好的缓冲作用，有效避免外部的冲击而造成半导体的损坏，导热杆二将芯片和基岛的热量传递至上壳体和下壳体上，可有效提高热量的快速散热。
（5）网状体为由绝缘弹性材料制成的网状结构，网状结构不影响树脂对半导体的包裹成型，导热杆二采用软质导热材料，实现导热的同时也具有缓冲作用。
（6）上壳体和下壳体的两侧侧壁均开设有与引脚匹配的让位口，是为了让引脚穿过，且让位口处镶嵌有绝缘垫圈，绝缘垫圈是为了保护引脚以免被压坏。
（7）多个注料口的内壁均固定连接有防尘膜，防尘膜为由绝缘材料制成的薄膜，防尘膜主要是为了在封装前对塑封壳起到防尘的作用，以免外界的杂质进入到塑封壳内。
（8）上壳体和下壳体均采用耐高温绝缘材料，且上壳体和下壳体的外表面均涂覆有感温变色材料，在使用的过程中当塑封壳内部的热量过高时，感温变色材料会相应的变色，从而方便使用者了解到半导体的使用状态，能更好的保护半导体。
（9）抗冲击垫的面积均大于芯片和基岛的面积，是为了确保抗冲击垫能与芯片和基岛完全接触，且两个抗冲击垫的结构一致，是为了方便封装。
附图说明
图1为现有技术与本发明的对比示意图；
图2为本发明的塑封壳立体示意图；
图3为本发明的塑封壳拆分示意图；
图4为本发明的封装状态示意图；
图5为本发明的塑封壳主视拆分示意图；
图6为本发明的塑封壳主视合体示意图；
图7为本发明的驱气球示意图；
图8为本发明的 结构示意图；
图9为现有技术封装流程示意图；
图10为本发明的封装流程示意图。
图中附图标记说明：
1塑封壳、101上壳体、102下壳体、2注料口、3驱气球、301气膜、302导热杆一、4抗冲击垫、401网状体、402导热杆二、5防尘膜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例：
请参阅图1-10，一种高强度半导体封装壳，包括塑封壳1和内部的半导体元件，请参阅图1、2、3，塑封壳1包括上壳体101和下壳体102，上壳体101和下壳体102的两侧侧壁均开设有与引脚匹配的让位口，是为了让引脚穿过，且让位口处镶嵌有绝缘垫圈，绝缘垫圈是为了保护引脚以免被压坏，上壳体101和下壳体102均采用耐高温绝缘材料，且上壳体101和下壳体102的外表面均涂覆有感温变色材料，在使用的过程中当塑封壳1内部的热量过高时，感温变色材料会相应的变色，从而方便使用者了解到半导体的使用状态，能更好的保护半导体；
请参阅图4，上壳体101的上表面开设有多个注料口2，多个注料口2的内壁均固定连接有防尘膜5，防尘膜5为由绝缘材料制成的薄膜，防尘膜5主要是为了在封装前对塑封壳1起到防尘的作用，以免外界的杂质进入到塑封壳1内；
请参阅图4、5、6，上壳体101和下壳体102的内壁均固定连接有抗冲击垫4，且半导体的芯片和基岛分别与两个抗冲击垫4相抵接触，抗冲击垫4的面积均大于芯片和基岛的面积，是为了确保抗冲击垫4能与芯片和基岛完全接触，且两个抗冲击垫4的结构一致，是为了方便封装，抗冲击垫4包括网状体401，网状体401的内部镶嵌有多个垂直设置的导热杆二402，网状体401对半导体有很好的缓冲作用，有效避免外部的冲击而造成半导体的损坏，导热杆二402将芯片和基岛的热量传递至上壳体101和下壳体102上，可有效提高热量的快速散热，网状体401为由绝缘弹性材料制成的网状结构，网状结构不影响树脂对半导体的包裹成型，导热杆二402采用软质导热材料，实现导热的同时也具有缓冲作用；
请参阅图7，下壳体102的下端内壁固定连接有多个驱气球3，且多个驱气球3分布于抗冲击垫4的两侧对称设置，驱气球3为半球体状，驱气球3包括气膜301，气膜301的内部填充有绝缘气体，且气膜301的内部设置有多个与下壳体102固定连接的导热杆一302，利用熔融树脂的热量将气膜301熔化使得绝缘气体释放出来，在树脂逐渐将塑封壳1内部填充满的过程中将塑封壳1内部的空气由让位口的缝隙挤压出去，从而有效减少气泡的产生和提高半导体的电气性能，导热杆一302可将树脂内部的热量传递至下壳体102上，有效提高整体的散热性，气膜301为由绝缘材料制成的薄膜，是为了避免气膜301导电而造成半导体电气性能下降，导热杆一302采用绝缘导热材料，导热杆一302有效增大了树脂与下壳体102热交换的面积，有助于内部热量的快速散热。
请参阅图8、9、10，本方案的封装方法，包括以下封装步骤：
S1，先将焊接好的半导体元件放在下壳体102内，确保每个引脚都处在让位口中，然后盖上上壳体101进行合模；
S2，将合模形成后的塑封壳1放在注塑机出料口的下方，并用下压模具抵在下壳体102的上方，熔融的树脂先将防尘膜5融化，然后由注料口2进入到塑封壳1内部，树脂由底部开始逐渐将芯片包裹住；
S3，注塑开始时树脂先将驱气球3融化以让绝缘气体将塑封壳1内部的空气由让位口处的缝隙挤出去，树脂注入满后停止注塑，直至树脂成型固化即完成封装。
通过在现有塑封的基础上增加外部的塑封壳1来提高整个塑封体的强度，有效避免注塑、运输和安装过程树脂中的开裂，同时也为半导体额外增添了一道保护屏障，通过将树脂注入到塑封壳1内来保护半导体，塑封壳1的内部设置有驱气球3，利用熔融树脂的热量使得驱气球3破裂释放出绝缘气体，这样在树脂逐渐填满塑封壳1的时候可将内部的空气挤出去，有效减少气泡的产生，通过在塑封壳1的内部设置与芯片和基岛接触的抗冲击垫4来提高抗冲击性能，有效提高半导体的稳定性，与现有技术相比可以有效提高整个塑封体的强度和使用耐久性。
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，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高强度半导体封装壳，包括塑封壳（1）和内部的半导体元件，其特征在于：所述塑封壳（1）包括上壳体（101）和下壳体（102），所述上壳体（101）的上表面开设有多个注料口（2），所述上壳体（101）和下壳体（102）的内壁均固定连接有抗冲击垫（4），且半导体的芯片和基岛分别与两个抗冲击垫（4）相抵接触，所述下壳体（102）的下端内壁固定连接有多个驱气球（3），且多个驱气球（3）分布于抗冲击垫（4）的两侧对称设置。
2.根据权利要求1所述的一种高强度半导体封装壳，其特征在于：所述驱气球（3）为半球体状，所述驱气球（3）包括气膜（301），所述气膜（301）的内部填充有绝缘气体，且气膜（301）的内部设置有多个与下壳体（102）固定连接的导热杆一（302）。
3.根据权利要求2所述的一种高强度半导体封装壳，其特征在于：所述气膜（301）为由绝缘材料制成的薄膜，所述导热杆一（302）采用绝缘导热材料。
4.根据权利要求1所述的一种高强度半导体封装壳，其特征在于：所述抗冲击垫（4）包括网状体（401），所述网状体（401）的内部镶嵌有多个垂直设置的导热杆二（402）。
5.根据权利要求4所述的一种高强度半导体封装壳，其特征在于：所述网状体（401）为由绝缘弹性材料制成的网状结构，所述导热杆二（402）采用软质导热材料。
6.根据权利要求1所述的一种高强度半导体封装壳，其特征在于：所述上壳体（101）和下壳体（102）的两侧侧壁均开设有与引脚匹配的让位口，且让位口处镶嵌有绝缘垫圈。
7.根据权利要求1所述的一种高强度半导体封装壳，其特征在于：多个所述注料口（2）的内壁均固定连接有防尘膜（5），所述防尘膜（5）为由绝缘材料制成的薄膜。
8.根据权利要求1所述的一种高强度半导体封装壳，其特征在于：所述上壳体（101）和下壳体（102）均采用耐高温绝缘材料，且上壳体（101）和下壳体（102）的外表面均涂覆有感温变色材料。
9.根据权利要求1所述的一种高强度半导体封装壳，其特征在于：所述抗冲击垫（4）的面积均大于芯片和基岛的面积，且两个抗冲击垫（4）的结构一致。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种高强度半导体封装壳的封装方法，其特征在于：包括以下封装步骤：
S1，先将焊接好的半导体元件放在下壳体（102）内，确保每个引脚都处在让位口中，然后盖上上壳体（101）进行合模；
S2，将合模形成后的塑封壳（1）放在注塑机出料口的下方，并用下压模具抵在下壳体（102）的上方，熔融的树脂先将防尘膜（5）融化，然后由注料口（2）进入到塑封壳（1）内部，树脂由底部开始逐渐将芯片包裹住；
S3，注塑开始时树脂先将驱气球（3）融化以让绝缘气体将塑封壳（1）内部的空气由让位口处的缝隙挤出去，树脂注入满后停止注塑，直至树脂成型固化即完成封装。
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