CN118053791A - 一种全包覆的塑封装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全包覆的塑封装置及工艺，包括塑封压机顶板、模具上模以及模具下模，模具上模以及模具下模之间形成覆膜区域，模具型腔外侧安装有覆膜装置，所述覆膜装置包括控制上离型膜穿过模具型腔的上覆膜部件，以及控制下离型膜穿过模具型腔的下覆膜部件。该发明通过上、下两张离型膜对晶圆载板进行除底面以外所有面的全包覆的封装，且无须模具设置顶出动作即可脱模取出产品，提高了封装的效率，提高了晶圆表面的空间利用率。

Description

一种全包覆的塑封装置及工艺

技术领域

本发明涉及半导体芯片封装技术领域，尤其涉及一种全包覆的塑封装置及工艺。

背景技术

随着半导体芯片技术的进步、设备的改进，芯片集成度不断提高， 出现了扇出型晶圆级芯片，此晶圆级芯片为塑封压缩成型，这里塑封压缩成型工艺是指液化树脂覆盖于焊接后的芯片表面，再合模保压塑封成型，成型后由模具内顶出杆把产品顶出、脱模，再取出。

而晶圆级芯片封装后芯片尺寸达到了高度微型化，并随着晶圆尺寸的增大而显著减小芯片成本。正因晶圆芯片的微型化，芯片载板上树脂包覆的模具上模顶出杆位置的设计显得异常艰难。如模具无顶出杆，树脂料与模具型腔塑封时紧密结合，塑封好的产品无法顶出模具，也无法取出产品。

故出现了一种将离型膜覆盖在模具上模型腔表面的上覆膜装置，用离型膜隔开模具上模型腔和树脂料，来替代模具上模无顶出杆动作。又随着后期晶圆级芯片的继续发展，以前塑封后晶圆级芯片上的树脂直径小于晶圆载板直径，靠近晶圆圆周一圈不能排布芯片，造成很大的浪费。如在晶圆圆周一圈也焊接芯片，则需要一种塑封后树脂直径大于晶圆载板直径并将晶圆载板除底面以外完全包覆起来的封装技术。难点在于，下模中的晶圆载板圆周一圈须树脂料包覆，且塑封后树脂直径必须大于晶圆载板直径，塑封后树脂还需与晶圆载板下底面齐平才可完全包覆，又因树脂料包裹芯片，故模具下模此处也不可设置顶出杆。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种全包覆的塑封装置及工艺，该发明通过上、下两张离型膜对晶圆载板进行除底面以外所有面的全包覆的封装，且无须模具设置顶出动作即可脱模取出产品，提高了封装的效率，提高了晶圆表面的空间利用率。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：

一种全包覆的塑封装置，包括塑封压机顶板、模具上模以及模具下模，模具上模以及模具下模之间形成覆膜区域，模具型腔外侧安装有覆膜装置，所述覆膜装置包括控制上离型膜穿过模具型腔的上覆膜部件，以及控制下离型膜穿过模具型腔的下覆膜部件；其中，将表面布置有芯片的晶圆载板和液体树脂放置于模具型腔处且位于上离型膜和下离型膜之间，模具上模以及模具下模相互靠近抵紧完成对晶圆载板的压缩塑封。

优选地，还包括真空吸附装置，通过真空吸附装置将上离型膜、下离型膜分别平整紧密吸附在模具上模、模具下模表面；通过上述结构能够保证离型膜平铺的平整，便于后续塑封。

优选地，还包括电动压机，通过电动压机控制模具下模上升，模具上模以及模具下模完成合模，通过控制下模上升的方式能够通过下离型膜带动芯片以及晶圆同步上升，以保证晶圆和芯片得到稳定、准确的封装。

优选地，所述上覆膜部件和下覆膜部件均包括新膜放置机构和旧膜收卷机构，通过新膜放置机构和旧膜收卷机构控制上离型膜、下离型膜定向穿过模具型腔，通过设置上述结构能够实现离型膜的自动更换调整，实现自动的连续封装生产。

优选地，所述新膜放置机构和旧膜收卷机构均包括支撑组件、测量计数组件、气缸支撑组件、主动轮组件、从动轮组件、快插座组件；新膜放置机构还包括新膜胀紧组件；旧膜收卷机构还包括旧膜卷绕组件。

优选地，所述支撑组件有四组，上覆膜部件与下覆膜部件均对称设置有两组，分别固定在塑封压机顶板的左右两侧，所述支撑组件包括底板、左侧板、右侧板，所述左侧板、右侧板之间通过第一轴承座和第一轴承转动连接有主支撑柱，左侧的第一轴承座表面安装有第一旋钮柱塞。

优选地，所述气缸支撑组件设置为四组，上覆膜部件与下覆膜部件均对称设置有两组，通过气缸支撑组件从两侧推动离型膜远离模具。

优选地，所述快换座组件设置为四组，上覆膜部件与下覆膜部件均对称设置有两组，快换座组件的滑动轴内部有凹槽，具体为，利用凹槽，滑动轴可方便快捷地伸出或缩回，从而快速更换新膜胀紧组件和旧膜卷绕组件。

优选地，还包括两组防碰撞结构，所述防碰撞结构位于上覆膜部件与下覆膜部件之间，通过防碰撞结构让上覆膜部件与下覆膜部件错开，具体为，在上、下装置气缸支撑组件两侧板做了42度互插式斜角，有效防止误操作导致的气缸碰撞。

一种全包覆的塑封工艺，包括如下步骤：

S1、通过上覆膜部件控制上离型膜穿过模具型腔，下覆膜部件控制下离型膜穿过模具型腔；S2、将表面布置有芯片的晶圆载板和液体树脂放置于模具型腔处，晶圆载板位于上离型膜和下离型膜之间；S3、驱动模具上模以及模具下模相互靠近完成对表面布置有芯片的晶圆载板的塑封。

这里需要说明的是，芯片在晶圆边缘处为部分伸出的状态，在上离型膜、下离型膜的封装下，树脂能够从晶圆载板上端以及侧面部分溢出的状态下对晶圆载板以及芯片进行塑封，保证芯片塑封后状态的稳定；通过上述塑封工艺，能够最大化利用晶圆载板表面的空间，晶圆载板表面空间利用最大化，同时封装后边缘处芯片处于完全包覆的状态，芯片包覆状态稳定，成品质量好。

以附图14、附图15为例。

附图14为芯片的第一种封装方式，芯片完全位于晶圆载板的内部，树脂能够从顶部的位置对芯片进行完全包覆，此实施方式的局限在于，受限于树脂封装的区域，在晶圆载板的边缘区域无法放置芯片，造成了晶圆载板表面区域的浪费。

附图15为芯片的第二种封装方式，此时采用该上下双层离型膜，晶圆载板边缘处的芯片能够部分溢出晶圆载板表面，树脂能够从晶圆载板的外侧对芯片进行封装，以保证芯片封装状态的稳定；通过上述方式，晶圆载板表面的空白区域得到了极大的降低，封装效率以及封装质量均得到了显著的提升。

本发明的有益效果为：

通过上、下两张离型膜对晶圆载板进行除底面以外所有面的全包覆的封装，且无须模具设置顶出动作即可脱模取出产品，提高了封装的效率，提高了晶圆表面的空间利用率；此装置优点在于整个模具内无顶出杆设计，且此种封装技术，模具型腔无需洗模，更不易损磨，同时也提高了设备的产能。

附图说明

图1为本发明中一种适用于晶圆级全包覆的塑封装置的整体示意图（图中包含晶圆级塑封压机部分铸件及晶圆级塑封模具结构示意图）。

图2为本发明中一种适用于晶圆级全包覆的塑封装置的离型膜缠绕方法示意图。

图3为本发明中上覆膜部件的整体示意图。

图4为本发明中下覆膜部件的整体示意图。

图5为本发明中下覆膜部件之新膜放置机构翻转支撑组件的局部示意图。

图6为本发明中下覆膜部件之新膜放置机构翻转支撑组件加测量计数组件的局部示意图。

图7为本发明中下覆膜部件之新膜放置机构气缸支撑组件的局部示意图。

图8为本发明中下覆膜部件之新膜放置机构主动轮组件的局部示意图。

图9为本发明中下覆膜部件之新膜放置机构从动轮组件的局部示意图。

图10为本发明中下覆膜部件之新膜放置机构快插座组件的局部示意图。

图11为本发明中下覆膜部件之新膜放置机构新膜胀紧组件的局部示意图。

图12为本发明中下覆膜部件之旧膜收卷机构旧膜卷绕组件的局部示意图。

图13为本发明中一种适用于晶圆级全包覆的塑封装置的实现90度翻转后的整体示意图（图中包含晶圆级塑封压机部分铸件及晶圆级塑封模具结构示意图）。

图14为芯片的第一种封装方式。

图15为芯片的第二种封装方式。

图中：1、塑封压机顶板；2、模具上模；3、模具下模；4、塑封压机活动台板；5、上覆膜部件；6、下覆膜部件；610、底板；611、左侧板；612、右侧板；613、支撑柱；614、固定座；615、第一轴承；616、第一轴承座；617、支柱；618、旋钮柱塞；620、编码器；621、传动测量轮；622、安装座；630、气缸固定板；631、气缸；632、气缸推板；633、推杆座；634、导柱；635、连接块；636、传感器挡光片；637、传感器；638、连接侧板；639、滚轴；640、伺服电机；641、减速机；642、电机安装板；643、主动带轮；644、免键袖衬；650、从动带轮；651、台阶轴；652、第二轴承；653、第二轴承座；654、带轮压环；660、插销轴；661、第三轴承座；662、第三轴承；663、固定轴；664、第一锁紧螺母；665、螺柱；666、把手；667、第二旋钮柱塞；670、橡皮圈；671、第一中心轴；672、内轴；673、中轴；674、外轴；675、制紧螺钉；676、压紧凸轮；677、第二锁紧螺母；680、第二中心轴；681、半环；682、盖板；683、底座；684、沉头螺钉。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明通过装置把两张离型膜覆盖在模具上、下表面，利用真空吸附装置将上、下两张离型膜分别平整紧密吸附在模具的上模和下模表面，晶圆载板芯片与液体树脂料在放置模具下模离型膜上，随着电动压机活动台板承载模具下模上升，模具合模，液体树脂料在温度和压力作用下，沿凹槽流动填充间隙，上、下离型膜也分别被树脂料压向模具型腔，并形成内凹，垫在模具上、下内表面之间。产品塑封完成后，破坏离型膜真空吸附状态，塑封压机活动台板下降，本发明所述装置气缸做伸出动作，因离型膜与模具型腔表面无粘性，故覆盖在模具上、下表面的离型膜离开模具表面，塑封后的产品表面树脂与离型膜有一定粘性，会随膜脱离模具型腔，从离型膜上取下塑封晶圆产品即可。此装置优点在于整个模具内无顶出杆设计，且此种封装技术，模具型腔无需洗模，更不易损磨，同时也提高了设备的产能。

本发明是所采用的技术方案是：一种适用于晶圆级全包覆的塑封装置，包括上覆膜部件和下覆膜部件，上覆膜部件包括新膜放置机构和旧膜收卷机构，下覆膜部件也包括新膜放置机构和旧膜收卷机构，两个部件工作原理相同，零件尺寸形状大小有所不同。上覆膜部件两个机构分别固定于塑封压机顶板右、左两侧，下覆膜部件两个机构分别固定于塑封压机活动台板右、左两侧，下覆膜部件随活动台板上升或下降。

新膜放置机构有翻转支撑组件、测量计数组件、气缸支撑组件、主动轮组件、从动轮组件、快插座组件和新膜胀紧组件。旧膜收卷机构有支撑组件、测量计数组件、气缸支撑组件、主动轮组件、从动轮组件、快插座组件和旧膜卷绕组件。

具体参照附图5；翻转支撑组件有2组，分别固定在塑封压机顶板的左右两侧，主要为机构搭起框架。包含底板610、左侧板611、右侧板612，还用1根主支撑柱613两端分别套入左侧板611、右侧板612，再分别套入固定座614，再次套入第一轴承615及第一轴承座616，利用第一轴承座616上销孔和固定孔固定在底板610上。另用3根支柱617在左侧板611、右侧板612内侧撑住加强稳固。左侧第一轴承座616上有1个第一旋钮柱塞618，方便组件翻转时拔插固定。

具体参照附图6；测量计数组件在新膜放置机构和旧膜收卷机构中各有1组，区别是新膜放置机构中的测量计数组件有可以计数长度的编码器620，旧膜收卷机构没有编码器620。从新膜放置这一侧设置编码器，主要考虑新膜没有受力拉扯变形，计量长度准确。除编码器620以外，测量计数组件有传动测量轮621两端支撑在左侧板611和右侧板612之间。编码器620、安装座622就装配在左侧板611的外侧面。

具体参照附图7；气缸支撑组件有2组，分别联接固定在支撑组件底板610的平面上。气缸支撑组件中的气缸固定板630中间安装气缸631，气缸631伸出杆端部卡在气缸推板632的对应开口中。气缸固定板630左右两侧对称安装推杆座633，推杆座633中间有导柱634可滑动，导柱634一端与气缸推板632联接，另一端呈自由状态。气缸推板632右侧还联接1个传感器挡光片636，伸入在气缸固定板630右侧的2个传感器637之间。气缸固定板上方两侧各有1个连接侧板638，2个连接侧板638同时固定2个滚轴639。气缸固定板平面下方两侧有连接块635用于联接支撑组件。

具体参照附图8；主动轮组件有2组，分别固定在翻转支撑组件的右侧板612上。组件有伺服电机640与减速机641联接，减速机641再安装在电机安装板642上，此时减速机641输出轴伸出再套入主动带轮643，再用一副免键袖衬644抱紧减速机641输出轴，同时胀紧主动带轮643。

具体参照附图9；从动轮组件有2组，分别固定在翻转支撑组件的右侧板612上，其组件从动带轮650与主动带轮643用一根同步带联接。具体组件是将一根端面有扁丝孔的台阶轴651与第二轴承652联接，轴承套入第二轴承座653，台阶轴651另一端与从动带轮650和带轮压环654固定锁紧。最后利用第二轴承座上的螺钉孔将整个组件联接在右侧板上612。

具体参照附图10；快插座组件有2组，分别固定在翻转支撑组件的左侧板611上，其作用是换新膜时可快速抽拔插销，取下新膜胀紧组件。其组件插销轴660右端有一处长凹槽和一处短凹槽，左端有呈扁丝状凸起台阶，插销轴660外圆依次套上第三轴承座661、第三轴承662和固定轴663，固定轴663端面与插销轴660右端面抵紧，第三轴承662与固定轴663、第三轴承座661端面抵紧，再加第一锁紧螺母664。固定轴663一端用第一锁紧螺母664锁紧，另一端有螺孔，可用螺柱665穿过螺孔插入其中长凹槽内。第三轴承座661另一端面安装把手666，把手上装有第二旋钮柱塞667，第二旋钮柱塞667正好卡入固定轴663短凹槽内。

具体参照附图11；新膜胀紧组件只有1组，安装在新膜放置机构中，当套入新膜时用组件橡皮圈670将其胀紧。新膜胀紧组件第一中心轴671一端为凹孔扁丝与快插座组件相连，另一端有凸起扁丝与从动带轮组件相连并连动。其包含内轴672、中轴673和外轴674，内轴672小径端间隔放入橡皮圈670和中轴673，再套上外轴674，用第一中心轴671穿入内轴672中心孔，并用4个制紧螺钉675固定在内轴上，第一中心轴671有螺纹的凸起扁丝端旋入与压紧凸轮676联接的第二锁紧螺母677。

具体参照附图12；旧膜卷绕组件只有1组，安装在旧膜收卷机构中，旧膜卷绕组件第二中心轴680一端为凹孔扁丝与快插座组件相连，另一端有凸起扁丝与从动带轮组件相连并连动。其包含2个半环681、1个盖板682和1个底座683。第二中心轴680两端分别装配底座683和盖板682，底座683和盖板682用沉头螺钉684固定在第二中心轴680的轴面扁丝上，不会发生滑动。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式做详细说明。

请参照图1，本发明提供了一种晶圆级全包覆的塑封装置，用于实现晶圆级芯片全包覆式的封装，正因有上、下两张离型膜把晶圆级芯片和液化树脂夹压在模具上、下模内凹型腔中，树脂固化也不与模具型腔直接接触，故整个模具无顶杆设置，也可以顺利脱模，打破常规塑封模具设计壁垒，有效保护整个塑封模具型腔，延长使用寿命。

请参照图1，本发明还提供了一种晶圆级塑封压机的局部结构示意图；包含晶圆级塑封压机的顶板，和吊装固定的塑封模具的上模；还有晶圆级塑封压机的活动台板，和固定的塑封模具的下模；当塑封压机合模时，顶板和上模不动，活动台板托举下模上升，直到下模与上模分模面接触抵紧至标定合模压力。开模时，活动台板联动下模下降，与上模分离。

本发明实施方法1：请参照图1、图7、图11、图12将上、下覆膜部件含有新膜胀紧组件的新膜放置机构固定于塑封压机顶板右侧，含有旧膜卷绕组件的旧膜收卷机构固定于塑封压机顶板左侧；不同之处在于，上覆膜部件的气缸支撑组件内气缸伸出方向朝下，下覆膜部件中的气缸支撑组件内气缸伸出方向朝上。

参照图4、图11，以下覆膜部件的新离型膜安装实施为例：将新的一卷离型膜从新膜胀紧组件的右端套入，如果压紧凸轮处于图11的横卧状态，可以让其竖起，新膜套入，用螺母将外轴向内侧中轴方向抵紧，处于中轴两旁的2对橡皮圈，受到挤压向外侧拱起，最后与新的离型膜卷轴内径接触并抵紧，此时，离型膜内径与新膜胀紧组件已有足够的摩擦力。可随新膜胀紧组件的转动而转动。再用力将压紧凸轮压向横位即可。

参照图4右侧新膜放置机构结构示意图和图10、图11，将套上新离型膜的新膜胀紧组件装入机构实施如下：将快插座组件中的旋转柱塞拔出并旋转固定住，螺柱解除压制，锁紧螺母松驰，此时插销轴凸起扁丝端可拔出与锁紧螺母端面平齐；再将新膜胀紧组件凸起扁丝端塞入从动轮组件的有凹扁丝孔的台阶轴内，后把新膜胀紧组件扁丝凹孔端对准快插座组件，再把刚被拔出的插销轴推回原始位，插销轴凸起扁丝正好联接新膜胀紧组件扁丝凹孔。

参照图2、图12，将离型膜牵引缠绕，把离型膜头部卡在两个半环之间，再手动将旧膜卷绕组件多转动几圈，将膜卷绕固定在旧膜收卷机构上。旧膜卷绕组件与从动轮组件、快插座组件连接、联动方式相同，不再赘述。

参照图1、图4、图8、图9，以下覆膜部件的新离型膜运动传输实施为例：下覆膜部件2个气缸伸出状态时，离型膜高出模具下模型腔表面，此时上方传感器接受到信号，输入指令让下覆膜部件两个机构的伺服电机同时驱动主动轮转动，同步带联动从动轮组件一端有凹扁丝孔的台阶轴跟随转动，新膜胀紧组件和新膜也跟随转动，同时旧膜卷绕组件也跟随转动，离型膜从新膜放置机构开始向旧膜收卷机构传输。测量计数组件计算长度达到预设值后发出信号，伺服电机停止转动，各组件和新膜停止输送和接收。再输入指令让2个气缸同时收回伸出杆，新膜高度低于模具下模型腔表面并覆盖，处于下方传感器接受信号，发出指令让模具内真空气路吸附离型膜，使离型膜紧贴于下模型腔表面。

注意，上述实施实例只阐述了下覆膜部件工作原理及过程，上覆膜部件工作原理及过程相同，可参照。注意，当本发明所提供了一种全包覆的封装装置全部按例实施后，才可将晶圆级芯片和液化树脂放置在吸附于模具下模型腔表面的离型膜上，塑封压机开始合模。合模过程参见上述，不再赘述。

开模前，先发出指令停止整个晶圆级全包覆塑封装置的真空吸附，再开模，下覆膜部件2个伺服电机位置不变，离型膜依然处于被拉伸状态，塑封压机活动台板下降，固定在活动台板之上的模具下模也下降，覆盖于模具下模型腔表面的离型膜高度位置不变，与模具下模具受力脱离，无须常规模具做顶出动作就可实现脱模。再发出指令，让整个装置4个气缸做伸出动作，覆盖于模具上模的离型膜高度下降，脱离上模型腔表面。取下封装后产品，将用过旧膜传输收卷，新一轮周而复始。

此发明实施重点在于，上、下两张离型膜同时全包覆式覆盖于模具整个型腔表面，对晶圆级芯片进行压缩塑封，实现了一种模具无顶杆机构的新型塑封技术。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全包覆的塑封装置，包括塑封压机顶板（1）、模具上模（2）以及模具下模（3），模具上模（2）以及模具下模（3）之间形成覆膜区域，模具型腔外侧安装有覆膜装置，其特征在于：

所述覆膜装置包括控制上离型膜穿过模具型腔的上覆膜部件（5），以及控制下离型膜穿过模具型腔的下覆膜部件（6）；

其中，将表面布置有芯片的晶圆载板和液体树脂放置于模具型腔处且位于上离型膜和下离型膜之间，模具上模（2）以及模具下模（3）相互靠近抵紧完成对晶圆载板的压缩塑封。

2.根据权利要求1所述的塑封装置，其特征在于，还包括真空吸附装置，通过真空吸附装置将上离型膜、下离型膜分别平整紧密吸附在模具上模（2）、模具下模（3）表面。

3.根据权利要求1所述的塑封装置，其特征在于，还包括电动压机，通过电动压机控制模具下模（3）上升，模具上模（2）以及模具下模（3）完成合模。

4.根据权利要求1所述的塑封装置，其特征在于，所述上覆膜部件（5）和下覆膜部件（6）均包括新膜放置机构和旧膜收卷机构，通过新膜放置机构和旧膜收卷机构控制上离型膜、下离型膜定向穿过模具型腔。

5.根据权利要求4所述的塑封装置，其特征在于，所述新膜放置机构和旧膜收卷机构均包括翻转支撑组件、测量计数组件、气缸支撑组件、主动轮组件、从动轮组件、快插座组件；新膜放置机构还包括新膜胀紧组件；旧膜收卷机构还包括旧膜卷绕组件。

6.根据权利要求5所述的塑封装置，其特征在于，所述翻转支撑组件有四组，所述翻转支撑组件包括底板（610）、左侧板（611）、右侧板（612），所述左侧板（611）、右侧板（612）之间通过第一轴承座（616）和第一轴承（615）转动连接有主支撑柱（613），左侧的第一轴承座（616）表面安装有第一旋钮柱塞（618）。

7.根据权利要求5所述的塑封装置，其特征在于，所述气缸支撑组件设置为四组，通过气缸支撑组件从两侧推动离型膜远离模具。

8.根据权利要求5所述的塑封装置，其特征在于，所述快换座组件设置为四组，快换座组件的滑动轴内部有凹槽。

9.根据权利要求1所述的塑封装置，其特征在于，还包括两组防碰撞结构，所述防碰撞结构位于上覆膜部件（5）与下覆膜部件（6）之间，通过防碰撞结构让上覆膜部件（5）与下覆膜部件（6）错开。

10.一种全包覆的塑封工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1、通过上覆膜部件（5）控制上离型膜穿过模具型腔，下覆膜部件（6）控制下离型膜穿过模具型腔；

S2、将表面布置有芯片的晶圆载板和液体树脂放置于模具型腔处，晶圆载板位于上离型膜和下离型膜之间；

S3、驱动模具上模（2）以及模具下模（3）相互靠近完成对表面布置有芯片的晶圆载板的塑封。