CN114220773B - 一种高精度的集成电路芯片封装装置及其封装工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度的集成电路芯片封装装置及其封装工艺，包括上壳体、下壳体及衬板，衬板上固定有芯片，上壳体及下壳体相对的一侧均设有第二导光框，第二导光框的框体内外侧均设有胶合凹槽，上壳体的第二导光框上设有对合块，四个对合块呈等角度均分排布，对合块的顶端延伸穿过上壳体并固定有第一导光框，下壳体的第二导光框上设有与对合块相匹配的对合槽，本发明结构简单，封装效率高，封装结构散热性和抗震性强，且封装后可完整拆卸，便于维护和重复使用，工艺简单，有效降低了制造成本，具有市场前景，适合推广。
Description
技术领域
本发明涉及芯片封装领域，更具体地说，涉及一种高精度的集成电路芯片封装装置及其封装工艺。
背景技术
在现有的半导体堆叠封装技术中，通常是在芯片与芯片之间直接设置粘合材料以完成键合，进而利用树脂材料封装上述键合完成的芯片封装。然而在实际的封装过程中，特别是在具有高精度的集成电路芯片的封装过程中，由于芯片键合稳定性不高，在利用树脂封装的过程中容易造成芯片发生剥离错位，进而影响半导体堆叠封装结构的稳定性，进而造成制造成本增加，同时现有的封装装置不具有抗震性能和高散热性，无法有效保护高精度的集成电路芯片。
发明内容
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精度的集成电路芯片封装装置及其封装工艺，可以实现通过带有第二导光框、胶合凹槽的上壳体、下壳体的结构设计，在使用时通过上壳体、下壳体对合，利用卡扣槽与卡扣的对合，初步固定上壳体、下壳体，在此过程中，卡扣挤压卡扣槽，使卡扣槽发生形变，进而使铝封膜剖裂，在弹性胶囊回缩弹力的作用下，将光固化胶充分挤压排至下壳体的胶合凹槽内，并通过连接框上的毛细孔进入上壳体的胶合凹槽内，通过光固作业，利用导光柱、反射柱使紫外线光充分传递至第二导光框，使胶合凹槽内的光固化胶受光照固定，使胶合凹槽与连接框胶接固定，达到快速密封连接下壳体与上壳体，封装芯片的目的，有效缩短了光固时间，提升了封装效率。
技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种高精度的集成电路芯片封装装置，包括上壳体、下壳体及衬板，所述衬板上固定有芯片，所述上壳体及下壳体相对的一侧均设有第二导光框，所述第二导光框的框体内外侧均设有胶合凹槽，所述上壳体的第二导光框上设有对合块，四个所述对合块呈等角度均分排布，所述对合块的顶端延伸穿过上壳体并固定有第一导光框，所述下壳体的第二导光框上设有与对合块相匹配的对合槽，所述对合块内设有弹性胶囊，所述弹性胶囊内饱和填充有光固化胶，所述弹性胶囊的底部通过铝封膜闭合，所述对合块的底端设有卡扣槽，所述对合槽的内底设有与卡扣槽相匹配的卡扣，所述对合槽与下壳体的胶合凹槽连通设置，所述衬板的两侧均设有与胶合凹槽相对应的连接框，所述连接框上设有贯穿的毛细孔，所述毛细孔连通上壳体、下壳体的胶合凹槽，所述对合槽的内壁两侧固定有反射柱，所述对合块的两侧固定有与反射柱相匹配的导光柱，所述衬板上设有与对合块相匹配的连接槽。通过带有第二导光框、胶合凹槽的上壳体、下壳体的结构设计，在使用时通过上壳体、下壳体对合，利用卡扣槽与卡扣的对合，初步固定上壳体、下壳体，在此过程中，卡扣挤压卡扣槽，使卡扣槽发生形变，进而使铝封膜剖裂，在弹性胶囊回缩弹力的作用下，将光固化胶充分挤压排至下壳体的胶合凹槽内，并通过连接框上的毛细孔进入上壳体的胶合凹槽内，通过光固作业，利用导光柱、反射柱使紫外线光充分传递至第二导光框，使胶合凹槽内的光固化胶受光照固定，使胶合凹槽与连接框胶接固定，达到快速密封连接下壳体与上壳体，封装芯片的目的，有效缩短了光固时间，提升了封装效率。
进一步的，所述上壳体上的导光柱、第一导光框及第二导光框均为一体注塑成型的透明导光结构，所述下壳体的第二导光框及反射柱均为一体注塑成型的透明导光结构，所述注塑成型的材料为具有高导光性的非结晶热塑性塑料。
进一步的，所述上壳体与下壳体对合时，所述反射柱的顶端与导光柱的底端相对合，所述反射柱与导光柱的对合端面为四十五度斜坡面结构。在光固作业中，紫外线光通过第一导光框导入上壳体的第二导光框内，通过导光柱、反射柱的对接折射导入下壳体的第二导光框内，进而使第二导光框两侧胶合凹槽内的光固化胶能充分光固，有效提升了光固化效率。
进一步的，所述弹性胶囊底部的铝封膜设有预开口压痕，所述卡扣槽为弹性结构，所述卡扣对合在卡扣槽内使卡扣槽的形变力大于预开口压痕的连接力。
进一步的，所述光固化胶为紫外线光固化胶，所述光固化胶在弹性胶囊内的总填充体积等于胶合凹槽的总容积；在下壳体与上壳体的对合过程中，卡扣挤压卡扣槽，使卡扣槽扩张形变，进而使铝封膜沿预开口压痕剖裂，弹性胶囊内的光固化胶在弹性胶囊的回缩过程中，充分挤压排至下壳体的胶合凹槽内，并通过连接框上的毛细孔进入上壳体的胶合凹槽内，通过光固作业，使胶合凹槽与连接框胶接固定，达到快速密封连接下壳体与上壳体，封装芯片的目的。
进一步的，所述衬板为DBC衬板结构，所述衬板的边侧设有针脚，所述芯片的接线端子通过柔性电路板与针脚电性连接，所述衬板的中部设有与芯片相对应的安装豁口，所述安装豁口与芯片间通过柔性膜片胶接固定，所述上壳体与下壳体相对的一侧均设有柔性内衬。通过柔性膜片和柔性内衬的结构设计，使芯片柔性封装在下壳体与上壳体间，在遇到外界震动时，利用柔性膜片和柔性内衬的形变来吸收震动，达到芯片具有抗震性能，有效保护了其内部的高精度集成电路。
进一步的，所述柔性内衬为复合导热填料，所述柔性内衬上设有与芯片相匹配的导热硅胶垫，所述上壳体外壁设有散热单元，所述下壳体外壁设有散热翅片。
进一步的，所述复合导热填料按质量比包括碳纳米管1-2份、氧化石墨烯2-3份，所述复合导热填料的平均颗粒直径为10-150纳米。
进一步的，所述散热单元为多个等距排布的热管，所述热管为真空铜管结构，所述热管的内壁设有吸液芯，所述吸液芯为毛细多孔结构，所述热管内填充有液氨。通过具有复合导热填料的柔性内衬、带有热管的散热单元及散热翅片的结构设计，能从芯片两侧吸附其运行时产生的热量，散热效率高，有效提升了芯片运行的稳定性。
一种高精度的集成电路芯片封装装置的封装工艺，包括以下步骤：
S1、在衬板上钻设连接槽，并依次安装芯片、针脚，并将安装芯片、针脚通过柔性电路板焊接；
S2、对安装芯片及针脚进行检测；
S3、在检测的合格的衬板的上下两侧安装上壳体、下壳体，并通过外力使上壳体、下壳体对合；
S4、将步骤S3中对合的上壳体、下壳体及衬板进行光固作业，作业过程中保持上壳体顶端向上，完成封装作业。本发明结构简单，封装效率高，封装结构散热性和抗震性强，且封装后可完整拆卸，便于维护和重复使用，工艺简单，有效降低了制造成本，具有市场前景，适合推广。
有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
（1）本方案通过带有第二导光框、胶合凹槽的上壳体、下壳体的结构设计，在使用时通过上壳体、下壳体对合，利用卡扣槽与卡扣的对合，初步固定上壳体、下壳体，在此过程中，卡扣挤压卡扣槽，使卡扣槽发生形变，进而使铝封膜剖裂，在弹性胶囊回缩弹力的作用下，将光固化胶充分挤压排至下壳体的胶合凹槽内，并通过连接框上的毛细孔进入上壳体的胶合凹槽内，通过光固作业，利用导光柱、反射柱使紫外线光充分传递至第二导光框，使胶合凹槽内的光固化胶受光照固定，使胶合凹槽与连接框胶接固定，达到快速密封连接下壳体与上壳体，封装芯片的目的，有效缩短了光固时间，提升了封装效率。
（2）在光固作业中，紫外线光通过第一导光框导入上壳体的第二导光框内，通过导光柱、反射柱的对接折射导入下壳体的第二导光框内，进而使第二导光框两侧胶合凹槽内的光固化胶能充分光固，有效提升了光固化效率。
（3）在下壳体与上壳体的对合过程中，卡扣挤压卡扣槽，使卡扣槽扩张形变，进而使铝封膜沿预开口压痕剖裂，弹性胶囊内的光固化胶在弹性胶囊的回缩过程中，充分挤压排至下壳体的胶合凹槽内，并通过连接框上的毛细孔进入上壳体的胶合凹槽内，通过光固作业，使胶合凹槽与连接框胶接固定，达到快速密封连接下壳体与上壳体，封装芯片的目的。
（4）通过柔性膜片和柔性内衬的结构设计，使芯片柔性封装在下壳体与上壳体间，在遇到外界震动时，利用柔性膜片和柔性内衬的形变来吸收震动，达到芯片具有抗震性能，有效保护了其内部的高精度集成电路。
（5）通过具有复合导热填料的柔性内衬、带有热管的散热单元及散热翅片的结构设计，能从芯片两侧吸附其运行时产生的热量，散热效率高，有效提升了芯片运行的稳定性。
（6）本发明结构简单，封装效率高，封装结构散热性和抗震性强，且封装后可完整拆卸，便于维护和重复使用，工艺简单，有效降低了制造成本，具有市场前景，适合推广。
附图说明
图1为本发明的顶面结构示意图；
图2为本发明的底面结构示意图；
图3为本发明的顶面爆炸结构示意图；
图4为本发明的底面爆炸结构示意图；
图5为本发明中提出的上壳体的爆炸结构示意图；
图6为本发明的剖面结构示意图；
图7为图6中A部的放大结构示意图；
图8为紫外线光在第二导光框内的流向示意图；
图9为光固化胶在胶合凹槽内的流向示意图；
图10为本发明的封装工艺流程示意图。
图中标号说明：
上壳体1、散热单元11、第一导光框12、对合块13、弹性胶囊14、铝封膜15、卡扣槽16、导光柱17、衬板2、针脚21、连接框22、毛细孔221、连接槽23、柔性膜片24、下壳体3、散热翅片31、对合槽32、卡扣321、反射柱322、芯片4、第二导光框5、柔性内衬6、导热硅胶垫61、胶合凹槽7、紫外线光8、光固化胶9。
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1：
请参阅图1-图10，一种高精度的集成电路芯片封装装置，包括上壳体1、下壳体3及衬板2，衬板2上固定有芯片4，上壳体1及下壳体3相对的一侧均设有第二导光框5，第二导光框5的框体内外侧均设有胶合凹槽7，上壳体1的第二导光框5上设有对合块13，四个对合块13呈等角度均分排布，对合块13的顶端延伸穿过上壳体1并固定有第一导光框12，下壳体3的第二导光框5上设有与对合块13相匹配的对合槽32，对合块13内设有弹性胶囊14，弹性胶囊14内饱和填充有光固化胶9，弹性胶囊14的底部通过铝封膜15闭合，对合块13的底端设有卡扣槽16，对合槽32的内底设有与卡扣槽16相匹配的卡扣321，对合槽32与下壳体3的胶合凹槽7连通设置，衬板2的两侧均设有与胶合凹槽7相对应的连接框22，连接框22上设有贯穿的毛细孔221，毛细孔221连通上壳体1、下壳体3的胶合凹槽7，对合槽32的内壁两侧固定有反射柱322，对合块13的两侧固定有与反射柱322相匹配的导光柱17，衬板2上设有与对合块13相匹配的连接槽23；通过带有第二导光框5、胶合凹槽7的上壳体1、下壳体3的结构设计，在使用时通过上壳体1、下壳体3对合，利用卡扣槽16与卡扣321的对合，初步固定上壳体1、下壳体3，在此过程中，卡扣321挤压卡扣槽16，使卡扣槽16发生形变，进而使铝封膜15剖裂，在弹性胶囊14回缩弹力的作用下，将光固化胶9充分挤压排至下壳体3的胶合凹槽7内，并通过连接框22上的毛细孔221进入上壳体1的胶合凹槽7内，通过光固作业，利用导光柱17、反射柱322使紫外线光8充分传递至第二导光框5，使胶合凹槽7内的光固化胶9受光照固定，使胶合凹槽7与连接框22胶接固定，达到快速密封连接下壳体3与上壳体1，封装芯片4的目的，有效缩短了光固时间，提升了封装效率。
请参阅图6-图9，上壳体1上的导光柱17、第一导光框12及第二导光框5均为一体注塑成型的透明导光结构，下壳体3的第二导光框5及反射柱322均为一体注塑成型的透明导光结构，注塑成型的材料为具有高导光性的非结晶热塑性塑料，上壳体1与下壳体3对合时，反射柱322的顶端与导光柱17的底端相对合，反射柱322与导光柱17的对合端面为四十五度斜坡面结构；在光固作业中，紫外线光8通过第一导光框12导入上壳体1的第二导光框5内，通过导光柱17、反射柱322的对接折射导入下壳体3的第二导光框5内，进而使第二导光框5两侧胶合凹槽7内的光固化胶9能充分光固，有效提升了光固化效率。
请参阅图6-图7，弹性胶囊14底部的铝封膜15设有预开口压痕，卡扣槽16为弹性结构，卡扣321对合在卡扣槽16内使卡扣槽16的形变力大于预开口压痕的连接力，光固化胶9为紫外线光固化胶，光固化胶9在弹性胶囊14内的总填充体积等于胶合凹槽7的总容积。在下壳体3与上壳体1的对合过程中，卡扣321挤压卡扣槽16，使卡扣槽16扩张形变，进而使铝封膜15沿预开口压痕剖裂，弹性胶囊14内的光固化胶9在弹性胶囊14的回缩过程中，充分挤压排至下壳体3的胶合凹槽7内，并通过连接框22上的毛细孔221进入上壳体1的胶合凹槽7内，通过光固作业，使胶合凹槽7与连接框22胶接固定，达到快速密封连接下壳体3与上壳体1，封装芯片4的目的。
请参阅图1-图7，衬板2为DBC衬板2结构，衬板2的边侧设有针脚21，芯片4的接线端子通过柔性电路板与针脚21电性连接，衬板2的中部设有与芯片4相对应的安装豁口，安装豁口与芯片4间通过柔性膜片24胶接固定，上壳体1与下壳体3相对的一侧均设有柔性内衬6。通过柔性膜片24和柔性内衬6的结构设计，使芯片4柔性封装在下壳体3与上壳体1间，在遇到外界震动时，利用柔性膜片24和柔性内衬6的形变来吸收震动，达到芯片4具有抗震性能，有效保护了其内部的高精度集成电路。
请参阅图1-图7，柔性内衬6为复合导热填料，柔性内衬6上设有与芯片4相匹配的导热硅胶垫61，上壳体1外壁设有散热单元11，下壳体3外壁设有散热翅片31，复合导热填料按质量比包括碳纳米管1-2份、氧化石墨烯2-3份，复合导热填料的平均颗粒直径为10-150纳米，散热单元11为多个等距排布的热管，热管为真空铜管结构，热管的内壁设有吸液芯，吸液芯为毛细多孔结构，热管内填充有液氨。通过具有复合导热填料的柔性内衬6、带有热管的散热单元11及散热翅片31的结构设计，能从芯片4两侧吸附其运行时产生的热量，散热效率高，有效提升了芯片4运行的稳定性。
本发明还提供一种高精度的集成电路芯片封装装置的封装工艺，包括以下步骤：
S1、在衬板2上钻设连接槽23，并依次安装芯片4、针脚21，并将安装芯片4、针脚21通过柔性电路板焊接；
S2、对安装芯片4及针脚21进行检测；
S3、在检测的合格的衬板2的上下两侧安装上壳体1、下壳体3，并通过外力使上壳体1、下壳体3对合；
S4、将步骤S3中对合的上壳体1、下壳体3及衬板2进行光固作业，作业过程中保持上壳体1顶端向上，完成封装作业。
本发明结构简单，封装效率高，封装结构散热性和抗震性强，且封装后可完整拆卸，便于维护和重复使用，工艺简单，有效降低了制造成本，具有市场前景，适合推广。
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)
1.一种高精度的集成电路芯片封装装置，包括上壳体（1）、下壳体（3）及衬板（2），其特征在于：所述衬板（2）上固定有芯片（4），所述上壳体（1）及下壳体（3）相对的一侧均设有第二导光框（5），所述第二导光框（5）的框体内外侧均设有胶合凹槽（7），所述上壳体（1）的第二导光框（5）上设有对合块（13），四个所述对合块（13）呈等角度均分排布，所述对合块（13）的顶端延伸穿过上壳体（1）并固定有第一导光框（12），所述下壳体（3）的第二导光框（5）上设有与对合块（13）相匹配的对合槽（32），所述对合块（13）内设有弹性胶囊（14），所述弹性胶囊（14）内饱和填充有光固化胶（9），所述弹性胶囊（14）的底部通过铝封膜（15）闭合，所述对合块（13）的底端设有卡扣槽（16），所述对合槽（32）的内底设有与卡扣槽（16）相匹配的卡扣（321），所述对合槽（32）与下壳体（3）的胶合凹槽（7）连通设置，所述衬板（2）的两侧均设有与胶合凹槽（7）相对应的连接框（22），所述连接框（22）上设有贯穿的毛细孔（221），所述毛细孔（221）连通上壳体（1）、下壳体（3）的胶合凹槽（7），所述对合槽（32）的内壁两侧固定有反射柱（322），所述对合块（13）的两侧固定有与反射柱（322）相匹配的导光柱（17），所述衬板（2）上设有与对合块（13）相匹配的连接槽（23）。
2.根据权利要求1所述的一种高精度的集成电路芯片封装装置，其特征在于：所述上壳体（1）上的导光柱（17）、第一导光框（12）及第二导光框（5）均为一体注塑成型的透明导光结构，所述下壳体（3）的第二导光框（5）及反射柱（322）均为一体注塑成型的透明导光结构。
3.根据权利要求1所述的一种高精度的集成电路芯片封装装置，其特征在于：所述上壳体（1）与下壳体（3）对合时，所述反射柱（322）的顶端与导光柱（17）的底端相对合，所述反射柱（322）与导光柱（17）的对合端面为四十五度斜坡面结构。
4.根据权利要求1所述的一种高精度的集成电路芯片封装装置，其特征在于：所述弹性胶囊（14）底部的铝封膜（15）设有预开口压痕，所述卡扣槽（16）为弹性结构，所述卡扣（321）对合在卡扣槽（16）内使卡扣槽（16）的形变力大于预开口压痕的连接力。
5.根据权利要求1所述的一种高精度的集成电路芯片封装装置，其特征在于：所述光固化胶（9）为紫外线光固化胶，所述光固化胶（9）在弹性胶囊（14）内的总填充体积等于胶合凹槽（7）的总容积。
6.根据权利要求1所述的一种高精度的集成电路芯片封装装置，其特征在于：所述衬板（2）为DBC衬板结构，所述衬板（2）的边侧设有针脚（21），所述芯片（4）的接线端子通过柔性电路板与针脚（21）电性连接，所述衬板（2）的中部设有与芯片（4）相对应的安装豁口，所述安装豁口与芯片（4）间通过柔性膜片（24）胶接固定，所述上壳体（1）与下壳体（3）相对的一侧均设有柔性内衬（6）。
7.根据权利要求6所述的一种高精度的集成电路芯片封装装置，其特征在于：所述柔性内衬（6）为复合导热填料，所述柔性内衬（6）上设有与芯片（4）相匹配的导热硅胶垫（61），所述上壳体（1）外壁设有散热单元（11），所述下壳体（3）外壁设有散热翅片（31）。
8.根据权利要求7所述的一种高精度的集成电路芯片封装装置，其特征在于：所述复合导热填料按质量比包括碳纳米管1-2份、氧化石墨烯2-3份，所述复合导热填料的平均颗粒直径为10-150纳米。
9.根据权利要求7所述的一种高精度的集成电路芯片封装装置，其特征在于：所述散热单元（11）为多个等距排布的热管，所述热管为真空铜管结构，所述热管的内壁设有吸液芯，所述吸液芯为毛细多孔结构，所述热管内填充有液氨。
10.一种高精度的集成电路芯片封装装置的封装工艺，其特征在于：包括权利要求1-9中任一所述的一种高精度的集成电路芯片封装装置，该工艺包括以下步骤：
S1、在衬板（2）上钻设连接槽（23），并依次安装芯片（4）、针脚（21），并将安装芯片（4）、针脚（21）通过柔性电路板焊接；
S2、对安装芯片（4）及针脚（21）进行检测；
S3、在检测的合格的衬板（2）的上下两侧安装上壳体（1）、下壳体（3），并通过外力使上壳体（1）、下壳体（3）对合；
S4、将步骤S3中对合的上壳体（1）、下壳体（3）及衬板（2）进行光固作业，作业过程中保持上壳体（1）顶端向上，完成封装作业。
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