CN114055711B - 一种芯片塑封模具及其二次塑封工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种芯片塑封模具及其二次塑封的工艺方法，该芯片塑封模具包括上模具、下模具、注塑组件和可升降的模具凸块，模具凸块下降时、模具凸块相对于上模具向下凸出，注塑组件包括注塑管、注塑控制块和连接管，注塑管嵌于上模具，注塑管管壁内设注塑槽，连接管与注塑槽连通，注塑管内壁设有注塑槽开口，注塑控制块可在注塑管内移动、以打开或关闭注塑槽开口，利用该模具对产品二次塑封的工艺方法简单，凸出的模具凸块使塑封后的产品表面形成具有凹槽的第一塑封层，然后冷却固化释放应力以缓解翘曲，再将凹槽填平且形成平整的第二塑封层。该二次塑封工艺有效解决了由于热膨胀系数不匹配产生局部热应力，使得塑封后的产品发生严重翘曲的问题。

Description

一种芯片塑封模具及其二次塑封工艺方法

技术领域

本发明涉及半导体封装技术领域，更具体涉及一种芯片塑封模具及其二次塑封工艺方法。

背景技术

随着消费类产品的更新迭代，在多功能轻小化的要求下，芯片的封装结构趋向于高密度集成化发展。

由于内部封装的器件和芯片种类较多、高度不一，在此影响下，整条封装后的产品较厚。因为芯片、器件与塑封料之间的热膨胀系数不匹配产生局部热应力，使得塑封后的产品产生翘曲。太大的翘曲，不仅使塑封之后的后续制程难度加大(例如植球、切割、贴片等制程)，且在成品芯片SMT组装上板时，制程不良率也显著增高，并易产生严重的器件失效问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种结构设计巧妙的芯片塑封模具，利用该芯片塑封模具可实现对产品进行两次塑封，该二次塑封工艺方法非常简便实用，容易推广，且塑封后的产品不会翘曲，大大提高了生产效率和良品率。

根据本发明的一个方面，提供了一种芯片塑封模具，包括上模具和下模具，上模具设有可升降的模具凸块，模具凸块下降时、模具凸块相对于上模具的下表面向下凸出，模具凸块复位时、模具凸块与上模具的下表面齐平，上模具内嵌有注塑组件，注塑组件包括注塑管、注塑控制块和连接管，注塑管的外壁嵌于上模具内，注塑管的管壁内设有注塑槽，连接管安装于注塑管、且连接管与注塑槽连通，注塑管的内壁下部设有注塑槽开口，注塑管的中心设有可供注塑控制块上下移动的活动腔体，注塑控制块上下移动以打开或关闭注塑槽开口。由此，利用该芯片塑封模具对产品整体塑封分为两次，在第一次塑封时，利用模具凸块相对于上模具的下表面向下凸出，使上模具和下模具在第一次合模完成第一次注塑后，在塑封后的产品表面形成具有多个凹槽的第一塑封层，待冷却固化后可以释放内部应力缓解翘曲，在第二次塑封时，模具凸块回缩至上模具内，上模具整体相对于下模具上升一定位置完成第二次注塑，通过第二次注塑，可以将第一塑封层的凹槽填平且在第一塑封层的上方形成平整的表面，可有效的缓解整条产品翘曲，为后续制程作业和产品品质提供有利的条件。

在一些实施方式中，注塑管的底部与上模具的下表面齐平，注塑控制块处于下移位置时、注塑控制块的底部与上模具的下表面齐平。由此，该芯片塑封模具的注塑组件设计合理，当关闭注塑槽开口时，注塑控制块位置下移，注塑控制块的底部、注塑管的底部和上模具的下表面齐平，这样可确保注塑组件所在的区域下方在塑封后的平整性，从而确保二次塑封后的整体产品表面平整。

在一些实施方式中，模具凸块通过升降杆连接于上模具，模具凸块下降时，模具凸块的下部相对于上模具的下表面向下凸出、模具凸块的上部位于上模具内。由此，在产品第一次塑封时，模具凸块下降后、模具凸块的上部位于上模具内，可防止液体塑封料进入模具凸块与上模具之间的间隙内，也避免模具凸块完全脱离上模具后、影响模具凸块的顺利回缩复位。

在一些实施方式中，升降杆包括外杆和内杆，内杆可上下滑动安装于外杆内，模具凸块连接于内杆，外杆安装于上模具。由此，通过升降杆实现模具凸块的升降位移，操作非常简单。

在一些实施方式中，注塑控制块的外壁与注塑管的内壁采用螺纹连接，注塑控制块的中心设有螺纹孔，螺纹孔内设有螺杆，螺杆连接有电机，电机安装于上模具。由此，电机驱动螺杆旋转，从而带动注塑控制块旋转，实现注塑控制块在注塑管的内部上下移动，实现注塑槽开口的打开或闭合，严格控制液体塑封料的释放量。

根据本发明的另一个方面，提供了一种芯片二次塑封的工艺方法，其可利用上述芯片塑封模具进行芯片二次塑封，包括如下步骤：

S1：将待塑封的产品送入下模具并吸附定位；

S2：模具凸块的位置下降，使模具凸块的下部相对于上模具的下表面向下凸出；

S3：上模具整体的位置下降，上模具和下模具合模，实现第一次合模，形成第一模具内腔体；

S4：液体塑封料通过连接管进入注塑槽内，注塑控制块相对于注塑管向上移动，打开注塑槽开口，液体塑封料进入第一模具内腔体并覆盖产品表面；

S5：注塑完设定容量的液体塑封料后，注塑控制块相对于注塑管向下移动，注塑槽开口关闭，完成第一次注塑；

S6：待塑封料冷却固化后，上模具整体的位置上升至设定位置，同时，模具凸块向上复位，模具凸块的下表面与上模具的下表面齐平，产品表面形成第一塑封层，第一塑封层的表面形成多个凹槽，第一塑封层与上模具的下表面形成第二模具内腔体；

S7：注塑控制块相对于注塑管向上移动，再次打开注塑槽开口，液体塑封料进入第二模具内腔体，液体塑封料填充凹槽并覆盖第一塑封层表面；

S8：注塑完设定容量的液体塑封料后，注塑控制块相对于注塑管向下移动，注塑槽开口关闭，完成第二次注塑；

S9：待塑封料冷却固化后，在第一塑封层表面形成第二塑封层，上模具整体的位置上升实现复位，上模具与下模具处于完全开模状态，取出经过两次塑封后的产品。

在一些实施方式中，上述二次塑封的工艺方法，步骤S9中得到的产品，第二塑封层的厚度小于第一塑封层的厚度。由此，通过该二次塑封工艺方法，第一次塑封形成具有凹槽的第一塑封层，在冷却固化后可以释放内部应力缓解翘曲后，再利用二次塑封形成相对薄一些的第二塑封层，即填充了释放应力的凹槽又确保了塑封后产品的表面平整度，避免产品翘曲的同时，降低了塑封的厚度。

在一些实施方式中，上述二次塑封的工艺方法，步骤S6中的多个凹槽呈均匀分布。由此，第一塑封层均匀分布的凹槽，能更快更好的释放内部热应力，缓解产品翘曲。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的芯片塑封模具结构设计巧妙，模具运作过程简单，利用该芯片塑封模具可实现对产品进行两次塑封，该二次塑封工艺方法非常简便实用，容易推广；在上模具和下模具在第一次合模完成第一次注塑时，利用模具凸块相对于上模具的下表面凸出，在塑封后的产品表面形成具有多个凹槽的第一塑封层，然后冷却固化释放内部应力以缓解翘曲，在第二次塑封时，模具凸块回缩至上模具内，上模具整体上升一定位置完成第二次注塑，将第一塑封层的凹槽填平且在第一塑封层的上方形成平整的第二塑封层；这种二次塑封的工艺可以有效解决了由于热膨胀系数不匹配产生局部热应力，使得塑封后的产品发生严重翘曲的问题，翘曲的释放有利于后续制程作业正常进行，避免因翘曲影响上板时的良品率以及一些器件失效的问题，在提高生产作业效率的同时避免良品率损失；第一塑封层的凹槽除了有利于释放应力外，在第二次塑封时，通过凹槽还可提高第一塑封层和第二塑封层的塑封强度，防止塑封层剥离；该芯片塑封模具的模具凸块和注塑组件设计结构合理，在第二次塑封时，可确保上模具的下表面处的部件齐平，确保二次塑封后的整体产品表面平整。

附图说明

图1是本发明一种芯片塑封模具的一实施方式的结构示意图；

图2是注塑组件的结构示意图，其中2-1是注塑组件的外形结构示意图，2-2是沿着A-A的剖视图；

图3是升降杆与模具凸块的连接结构示意图；

图4是注塑组件与电机、螺杆的连接结构示意图；

图5是模具凸块与外杆、内杆、驱动机构的连接结构示意图；

图6是芯片塑封模具进行两次塑封的流程示意图；

图7是经过两次塑封后的产品示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

如图1、2和7所示，本发明所述一实施方式的一种芯片塑封模具，其包括上模具2和下模具1，下模具1和常规塑封下模具1相同，在产品100送入下模具1后，可实现产品100的定位和吸附。上模具2内安装有可升降的模具凸块3，当模具凸块3下降时，模具凸块3相对于上模具2的下表面向下凸出；模具凸块3向上回缩复位时，模具凸块3的下表面与上模具2的下表面齐平。上模具2内嵌有注塑组件5，注塑组件5具体包括注塑管51、注塑控制块52和连接管53，注塑管51的外壁固定嵌于上模具2内，注塑管51的管壁内开设有注塑槽511，连接管53安装于注塑管51的顶部、且连接管53与注塑槽511连通，在注塑管51的内壁下部开设有注塑槽开口512，注塑管51的中心为中空结构、形成可供注塑控制块52上下移动的活动腔体510，注塑控制块52上下移动以打开或关闭注塑槽开口512。

该芯片塑封模具中的模具凸块3和注塑组件5的实际数量，取决了实际产品100情况。需要确保模具凸块3均匀分布、以确保后期形成的第一塑封层101的凹槽102均匀分布。同时，注塑组件5在注塑时可以均匀的填充各个边角。

利用该芯片塑封模具对产品100整体塑封分为两次。在第一次塑封时，利用模具凸块3相对于上模具2的下表面向下凸出，使上模具2和下模具1在第一次合模完成第一次注塑后，在塑封后的产品100表面形成具有多个凹槽102的第一塑封层101，待冷却固化后可以释放内部应力缓解翘曲。在第二次塑封时，模具凸块3回缩至上模具2内，上模具2整体相对于下模具1上升一定位置完成第二次注塑，通过第二次注塑，可以将第一塑封层101的凹槽102填平且在第一塑封层101的上方形成平整的第二塑封层103，可有效的缓解整条产品100翘曲，为后续制程作业和产品100品质提供有利的条件。

安装注塑管51时，注塑管51的底部与上模具2的下表面齐平，当关闭注塑槽开口512时，注塑控制块52位置下移，注塑控制块52的底部、注塑管51的底部和上模具2的下表面齐平，这样可确保注塑组件5所在的区域下方在塑封后的平整性，从而确保二次塑封后的整体产品100表面平整。

如图4所示，注塑控制块52的外形为圆柱形结构，相应的注塑管51的内壁为圆柱孔结构。注塑控制块52的外壁与注塑管51的内壁采用螺纹(图未示出)连接，注塑控制块52的中心具有螺纹孔521，螺纹孔521内安装有一根螺杆54，螺杆54连接有电机55，电机55固定安装于上模具2。当电机55驱动螺杆54旋转，从而带动注塑控制块52旋转，实现注塑控制块52在注塑管51的内部上下移动，实现注塑槽开口512的打开或闭合，严格控制液体塑封料的释放量。

如图3所示，模具凸块3通过升降杆4连接于上模具2。当模具凸块3下降后，模具凸块3的下部相对于上模具2的下表面向下凸出，模具凸块3的上部位于上模具2内。这样，在产品100第一次塑封时，可防止液体塑封料进入模具凸块3与上模具2之间的间隙内，也避免模具凸块3完全脱离上模具2后、影响模具凸块3的顺利回缩复位。

升降杆4可以直接采用气缸，通过气缸直接驱动模具凸块3的位置升降。

本实施例中，升降杆4包括外杆41和内杆42，内杆42可上下滑动安装于外杆41内，模具凸块3通过螺纹连接于内杆42，外杆41通过螺纹安装于上模具2。为实现内杆42上下自由滑动，内杆42可连接有驱动机构。驱动机构可采用气缸。

在实际应用中，驱动机构还可以采用其他结构，比如，如图5所示，驱动机构包括伺服电机71、旋转螺母72和螺母座73，内杆42的上部有一段外螺纹，旋转螺母72设有与内杆42的外螺纹配合的内螺纹，旋转螺母72外套设螺母座73、且螺母座73与旋转螺母72之间的上下端均安装有轴承74，螺母座73安装于外杆41，通过一个端盖75将伺服电机71安装于螺母座73，在内杆42上开设有导向槽421，导向槽421内安装有限位杆76，限位杆76的两端固定于外杆41。这样，当伺服电机71驱动旋转螺母72旋转时，旋转螺母72与内杆42因为螺纹连接的因素，通过限位杆76限制内杆42、确保内杆42不转动，限位杆76起到导向作用、使导向槽421相对于限位杆76上下移动，可防止防止内杆42在移动的过程中转动、确保内杆42在外杆41内只能作上下移动，从而实现模具凸块3位置的下降或复位。

结合图6具体阐述，利用上述芯片塑封模具进行芯片二次塑封，该二次塑封的工艺方法，具体包括如下步骤：

S1：将待塑封的产品100送入下模具1并吸附定位；

S2：模具凸块3的位置下降，使模具凸块3的下部相对于上模具2的下表面向下凸出，此时，模具凸块3的下表面距离上模具2的下表面的高度，就关系到后期形成的第一塑封层101的凹槽102深度；

S3：上模具2整体的位置下降，上模具2和下模具1合模，实现第一次合模，形成第一模具内腔体61，此时，上模具2的下表面距离产品100表面的高度，就决定了第一塑封层101的厚度；

S4：液体塑封料通过连接管53进入注塑槽511内，注塑控制块52相对于注塑管51向上移动，打开注塑槽开口512，液体塑封料进入第一模具内腔体61并覆盖产品100表面；

S5：注塑完设定容量的液体塑封料后，注塑控制块52相对于注塑管51向下移动，注塑槽开口512关闭，完成第一次注塑；

S6：待塑封料冷却固化后，上模具2整体的位置上升至设定位置，此时，设定的上模具2整体上升的高度，就决定了后期形成的第二塑封层103的厚度，同时，模具凸块3向上复位，模具凸块3的下表面与上模具2的下表面齐平，产品100表面形成第一塑封层101，第一塑封层101的表面形成多个均匀分布的凹槽102，第一塑封层101与上模具2的下表面形成第二模具内腔体62；

S7：注塑控制块52相对于注塑管51向上移动，再次打开注塑槽开口512，液体塑封料进入第二模具内腔体62，液体塑封料填充凹槽102并覆盖第一塑封层101表面；

S8：注塑完设定容量的液体塑封料后，注塑控制块52相对于注塑管51向下移动，注塑槽开口512关闭，完成第二次注塑；

S9：待塑封料冷却固化后，在第一塑封层101表面形成第二塑封层103，上模具2整体的位置上升实现复位，上模具2与下模具1处于完全开模状态，取出经过两次塑封后的产品100，得到的产品100如图7所示。

在步骤S9中得到的产品100，第二塑封层103的厚度小于第一塑封层101的厚度。这样，第一次塑封形成具有凹槽102的第一塑封层101，在冷却固化后可以释放内部应力缓解翘曲后，再利用二次塑封形成相对薄一些的第二塑封层103，即填充了释放应力的凹槽102又确保了塑封后产品100的表面平整度，避免产品100翘曲的同时，降低了塑封的厚度。

本发明提供的芯片塑封模具结构设计巧妙，模具运作过程简单，该芯片塑封模具的模具凸块3和注塑组件5设计结构合理，在第二次塑封时，可确保上模具2的下表面处的部件齐平，确保二次塑封后的整体产品100表面平整。

利用该芯片塑封模具可实现对产品100进行两次塑封，该二次塑封工艺方法非常简便实用，容易推广。在上模具2和下模具1在第一次合模完成第一次注塑时，利用模具凸块3相对于上模具2的下表面凸出，在塑封后的产品100表面形成具有多个凹槽102的第一塑封层101，然后冷却固化释放内部应力以缓解翘曲，在第二次塑封时，模具凸块3回缩至上模具2内，上模具2整体上升一定位置完成第二次注塑，将第一塑封层101的凹槽102填平且在第一塑封层101的上方形成平整的第二塑封层103。这种二次塑封的工艺可以有效解决了由于热膨胀系数不匹配产生局部热应力，使得塑封后的产品100发生严重翘曲的问题，翘曲的释放有利于后续制程作业正常进行，避免因翘曲影响上板时的良品率以及一些器件失效的问题，在提高生产作业效率的同时避免良品率损失。

本发明中两次注塑使用的液体塑封料相同，不必更换。而现有的一些二次塑封手段，需要采用两种不同热膨胀系统的塑封料，以形成两层应力的抵消，工艺非常麻烦，现在的这种二次塑封手段会容易出现两层塑封层剥离。本发明提出的方案，第一塑封层101的凹槽102除了有利于释放应力外，在第二次塑封时，通过凹槽102还可提高第一塑封层101和第二塑封层103的塑封强度，防止塑封层剥离。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的创造构思的前提下，还可以做出其它变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种芯片塑封模具，包括上模具（2）和下模具（1），其特征在于，所述上模具（2）设有可升降的模具凸块（3），所述模具凸块（3）通过升降杆（4）连接于上模具（2），所述模具凸块（3）下降时、模具凸块（3）的下部相对于上模具（2）的下表面向下凸出且模具凸块（3）的上部位于上模具（2）内，所述模具凸块（3）复位时、模具凸块（3）与上模具（2）的下表面齐平，所述上模具（2）内嵌有注塑组件（5），所述注塑组件（5）包括注塑管（51）、注塑控制块（52）和连接管（53），所述注塑管（51）的外壁嵌于上模具（2）内，所述注塑管（51）的管壁内设有注塑槽（511），所述连接管（53）安装于注塑管（51）、且连接管（53）与注塑槽（511）连通，所述注塑管（51）的内壁下部设有注塑槽开口（512），所述注塑管（51）的中心设有可供注塑控制块（52）上下移动的活动腔体（510），所述注塑控制块（52）上下移动以打开或关闭注塑槽开口（512），所述注塑管（51）的底部与上模具（2）的下表面齐平，所述注塑控制块（52）处于下移位置时、注塑控制块（52）的底部与上模具（2）的下表面齐平；

使用所述芯片塑封模具对待塑封的产品进行两次塑封：在第一次塑封时，所述模具凸块（3）相对于上模具（2）的下表面向下凸出，使上模具（2）和下模具（1）在第一次合模完成第一次注塑后，在塑封后的产品表面形成了具有多个凹槽（102）的第一塑封层（101），待冷却固化后释放内部应力缓解翘曲；在第二次塑封时，所述模具凸块（3）回缩至上模具（2）内，所述上模具（2）整体相对于下模具（1）上升后完成第二次注塑，通过第二次注塑，可以将第一塑封层（101）的凹槽（102）填平且在第一塑封层（101）的上方形成平整的第二塑封层（103）。

2.根据权利要求1所述的芯片塑封模具，其特征在于，所述升降杆（4）包括外杆（41）和内杆（42），所述内杆（42）可上下滑动安装于外杆（41）内，所述模具凸块（3）连接于内杆（42），所述外杆（41）安装于上模具（2）。

3.根据权利要求2所述的芯片塑封模具，其特征在于，所述注塑控制块（52）的外壁与注塑管（51）的内壁采用螺纹连接，所述注塑控制块（52）的中心设有螺纹孔（521），所述螺纹孔（521）内设有螺杆（54），所述螺杆（54）连接有电机（55），所述电机（55）安装于上模具（2）。

4.采用如权利要求1至3任意一项所述的芯片塑封模具进行芯片二次塑封的工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将待塑封的产品送入下模具（1）并吸附定位；

S2：模具凸块（3）的位置下降，使模具凸块（3）的下部相对于上模具（2）的下表面向下凸出；

S3：上模具（2）整体的位置下降，上模具（2）和下模具（1）合模，实现第一次合模，形成第一模具内腔体（61）；

S4：液体塑封料通过连接管（53）进入注塑槽（511）内，注塑控制块（52）相对于注塑管（51）向上移动，打开注塑槽开口（512）， 液体塑封料进入第一模具内腔体（61）并覆盖产品表面；

S5：注塑完设定容量的液体塑封料后，注塑控制块（52）相对于注塑管（51）向下移动，注塑槽开口（512）关闭，注塑控制块（52）的底部与上模具（2）的下表面齐平，完成第一次注塑；

S6：待塑封料冷却固化后，上模具（2）整体的位置上升至设定位置，同时，模具凸块（3）向上复位，模具凸块（3）的下表面与上模具（2）的下表面齐平，产品表面形成第一塑封层（101），所述第一塑封层（101）的表面形成多个凹槽（102），所述第一塑封层（101）与上模具（2）的下表面形成第二模具内腔体（62）；

S7：注塑控制块（52）相对于注塑管（51）向上移动，再次打开注塑槽开口（512），液体塑封料进入第二模具内腔体（62），液体塑封料填充凹槽（102）并覆盖第一塑封层（101）表面；

S8：注塑完设定容量的液体塑封料后，注塑控制块（52）相对于注塑管（51）向下移动，注塑槽开口（512）关闭，注塑控制块（52）的底部与上模具（2）的下表面齐平，完成第二次注塑；

S9：待塑封料冷却固化后，在第一塑封层（101）表面形成平整的第二塑封层（103），上模具（2）整体的位置上升实现复位，上模具（2）与下模具（1）处于完全开模状态，取出经过两次塑封后的产品，得到的产品，第二塑封层（103）的厚度小于第一塑封层（101）的厚度。

5.根据权利要求4所述的芯片二次塑封的工艺方法，其特征在于，步骤S6中的多个凹槽（102）呈均匀分布。