CN1223010A - 降低半导体封装件的翘曲的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用来减少半导体封装件,尤其是薄型方形扁平封装件(TQFP)的翘曲程度的装置和方法。所述装置包括:一具有一下板(55)和上板(50)的夹紧装置。所述下板与一加热器(60)相连,该加热器将下板加热到约50至70摄氏度。一空气供送控制器(62)将空气输送到上板。在各TQFP(65)被树脂封装且树脂硬化之后,立即将它们夹紧在所述下板和上板之间。所述夹紧装置以一较小的作用力将各TQFP夹紧在下板和上板之间。将各TQFP保持在所述夹紧装置内,一直到它们充分冷却为止。

Description

降低半导体封装件的翘曲的方法和装置

本发明的领域

本发明涉及半导体封装领域，特别涉及一种用来在封装作业过程中降低半导体封装件的翘曲程度的方法和装置。本发明的背景

翘曲是指在用树脂封装一半导体器件且在树脂硬化之后，半导体封装件立即冷却的过程中，在半导体封装件内形成的U形(或倒U形)弯曲。虽然各种类型的半导体封装件都会出现这种问题，但是，对通常使用在智能卡中的薄型封装件，诸如薄型方形扁平封装件(TQFP)，或其中薄型是非常重要的其它应用中问题最为严重。虽然翘曲可以产生种种功能性问题，但是，最引人注意的一个问题是：引线伸出封装件之外的突伸角度由于有所移动而使得各引线不能对齐。这种不对齐可以妨碍TQFP与各插座或电路板的适当配合。

图1是一具有翘曲问题的TQFP的示意图。翘曲程度通常是藉助测量图1中以“W”标注的间距来确定的。目前在半导体行业中，通常要求翘曲必须小于50微米。到现在为止，该行业仍极难找到一种既能制造出满足所需技术要求的封装件又能达到高成品率的生产方法。估计，成品率有的低达20至30％，按照通常的半导体封装标准，这是非常低的。因此，在产品中往往可以找到一批批产品其中大多数TQFP封装件具有高达70至90微米的翘曲值。鉴于该问题的存在和该行业不能解决该问题的现状，一些行业的TQFP使用者都被迫接受其翘曲值大于50微米的封装件。

在解决该翘曲问题的尝试中，人们提出并运用了很多解决方案但都未能获得完全成功。其中一种解决方案是：在树脂硬化之后立即冷却TQFP的过程中，将TQFP放置在一夹紧装置内，如图2所示的那样。所述夹紧装置具有一上板5和一下板7，它们都具有一能与TQFP8相接触的、基本上平整的表面。在为防止形成翘曲的尝试中，在翘曲形成之前，将一较小的作用力(例如，400牛顿或0.015牛顿/平方毫米)施加到所述上板上。让所述夹紧装置保持在夹紧状态，一直到封装件充分冷却接近室温为止。

目前可以使用的一些半导体封装工具都在封装加工的冷却工站装有该夹紧装置。该夹紧装置可以一定程度地减小翘曲程度，但是仍不足以将成品率提高到可以被人们接受的程度。因此，很多的封装件仍然是超过50微米的理想技术要求值，因此，仍有很大的必要对此作出改进。

为了增强夹紧作业的效果，有人建议：在冷却期间，将TQFP放置在一诸如图3所示的负向夹具内。图3所示的TQFP是一种具有朝下翘曲趋势的封装件，即，翘曲的形状为一倒置的U形。为了能另行补偿这种类型的翘曲，在这种情况中，在下板40上设置有一腔室35。将一较小的作用力施加在上板45上，一直到封装件朝着离开翘曲的方向稍稍弯曲为止，以对封装件朝着相反方向翘曲的趋势进行补偿。然后，让所述封装件自然冷却到室温。

和以前一样，由于很多TQFP仍然会发生翘曲并超出理想技术要求值，因此，负向夹紧也不能获得完全令人满意的结果。而且，由于可能会因补偿过度而出现损坏封装件的情况，因此，负向夹紧未被接受作为一种可行的解决方案，所以，人们未加以实施。

除此之外至少还有一些尝试试图解决翘曲问题。但是，据本发明人所知，目前，还没有一种有效的方法和装置可以消除或显著减小TQFP的翘曲程度，而且，可以肯定还没有一种使用和实施都很方便的方法。鉴于翘曲问题的严重性，以及该行业无法获得一种简单和有效的解决手段，显然有必要能提供一种可以显著减少半导体封装件尤其是TQFP的翘曲程度的方法和装置。本发明的目的

因此，本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种可以用来显著减少半导体封装件，尤其是TQFP的翘曲问题的简便的方法和装置。本发明的概述

本发明可以减少半导体封装件尤其是薄型方形扁平封装件(TQFP)的翘曲程度。所述装置包括一具有一下板和一上板的夹紧装置。所述下板与一加热器相连，该加热器将下板加热到约50至70摄氏度。一空气供送控制器将空气输送到上板。在TQFP被树脂封装且树脂硬化之后，立即将它们夹紧在所述下板和上板之间。所述夹紧装置将TQFP夹紧在下板和上板之间并施加一较小的作用力。将诸TQFP保持在所述夹紧装置内，一直到它们充分冷却为止。

附图简要说明

图1是一具有倒置U形翘曲的TQFP的侧视图。

图2(已有技术)是一被夹紧在已有技术夹紧装置内以减少TQFP的翘曲的TQFP的侧视图。

图3(已有技术)是一被夹紧在已有技术负向夹紧装置内以减少各TQFP的翘曲的TQFP的侧视图。

图4是一TQFP的截面侧视图。

图5是本发明较佳实施例的侧视图。本发明的具体描述

如图4所示，一电子电路10封装在一半导体封装件内，其引线25从所述封装件中凸伸出来。在该工业中，通常藉助将电子电路设置在一模具内来对所述电路进行封装，即将一种液态树脂挤压入该模具内来封装所述电路并让树脂硬化。这种方法是在高温下进行的，以确保将树脂适当液化。因此，即使在所述封装件硬化之后，仍有一些热量留在所述树脂封装件内，因此，必须让该封装件冷却到室温附近。所述翘曲就是在此时开始显现出来的。业内人士都知道产生翘曲的因素有很多，它们包括：模具和压料垫(冲模垫)的尺寸比；模具的热膨胀系数上的差异；以及模片固定环氧树脂和引线框架的类型，等等。其它的可能原因，以及与本发明最相关的原因是所述半导体封装件的两个半爿部分的冷却速率不相一致。所述封装件的上半部分15和下半部分20之间在冷却速率上的差异可能是由于它们各自的树脂容积上的不同所引起的。如果上半部冷却较快，翘曲是呈“U”形的；如果下半部冷却较快，则翘曲的形状是呈倒置的“U”形的。

本发明的各发明人认识到，虽然在背景技术部分中所描述的夹紧作业有助于防止TQFP弯曲，并由此可以一定程度地减少翘曲的程度，但是，它不能从根源上解决问题，即，封装件的上半部和下半部具有不同的冷却速率。图5示出了从根源上解决问题以显著减少翘曲的本发明。本发明包括一与背景技术部分中所描述的夹紧装置类似的夹紧装置。如图5中所示，这种夹紧装置包括一上板50和一下板55。上板50和下板55都分别具有一光滑平整的平面52、57，它们都足够长以容纳其中装有几个TQFP的引线框架。该较佳实施例还包括几个弹簧，它们设置在上板50和基座75之间以更好地控制加在各封装件上的该较小的作用力避免损坏封装件。但是，也可以不用该弹簧机构，并且不会对本发明的减少翘曲的作用产生不适当的影响。

当TQFP刚被树脂封装并发生硬化时，所述封装件的温度可高达120摄氏度。在本发明之前，是将各封装件留在一夹紧装置内让它们自然冷却，一直到整个封装件的温度接近室温为止。但是，封装件的上半部和下半部不一定以相同的速率达到室温，我们认为，这种差异至少部分地是造成翘曲的原因。为了使TQFP的上半部和下半部具有更均匀的冷却速率，本发明设置了一加热器控制器60，以便能可控制地将热量传递给下板55。并藉助一空气供送控制器62将空气送入上板50，以防止上板被来自下板的热量过度加热，并且能促进上半部15较快地冷却。

对于下板来说，可以使用多种的温度范围，但是温度应该是在被封装之后不久的温度和环境温度之间的某一温度。尽管没有对每一温度范围进行试验，但是，实验表明：近似50至70摄氏度的温度范围能显著地减少翘曲。在加设所述加热构件之前，每批产品中有50％至80％的封装件其翘曲值为70至90微米。在加设了所述加热构件之后，并且将下板保持在50至70摄氏度的相对恒定的温度范围内后，在每批产品中，有80％以上的封装件其翘曲值为35至40微米。

虽然对于本发明来说，50至70摄氏度的温度范围是有效的，但是，我们相信，其它的温度范围也可以获得显著的改善。此外，视所涉及到的具体因素而定，有效的温度范围可以因所使用的封装机、在被封装之后不久的各封装件的温度、封装件的类型等的不同而有所不同。

为了获得最佳的温度范围，本技术领域的熟练人员需要将多批TQFP在不同温度范围内冷却。应该对各批中的每一TQFP测量其翘曲值，并将该值仔细记录下来。然后，可以利用几种方法中的一种将各批产品作比较。一种方法是数一数符合所需技术要求(按客户所要求的规格)的封装件的个数有多少，并选择对每一批而言能获得最高成品率(yield)的温度范围。另一种可能的方法是，取平均翘曲值，并选择对每一批而言能获得最低翘曲值的温度范围。其它的比较方法也是可用的，并且可以根据使用者的需要和要求来决定。

虽然在较佳实施例中，加热构件附连于底板，但本技术领域中的普通技术人员应该理解的是，加热构件也可以附连于上板或附连于上、下板两者之上。例如，在半导体封装件的上半部冷却速率大于下半部冷却速率的情况下(通常这将导致U形翘曲)，可能需要将加热构件与上板相连而不是与下板相连。在其它情况下，在使用者希望对所述封装件的上下半部的冷却速率加以控制的情况下，可以将加热器与夹紧装置的上下板相连，但需对每一板供送不同程度的热量。而且，还可以有以下的情况，即，所供送的热量是可变而不是恒定的。因此，在不背离如所附权利要求书所揭示的本发明的精神的情况下，对于本文所描述的本发明作出种种改变、添加和替换是完全有可能的。

Claims (14)

1．一种用来减少半导体封装件翘曲程度的方法，它包括：

对一夹紧装置内的板进行加热，所述夹紧装置具有一下板和一上板，所述下板和下板具有一基本平整的平面；

在半导体封装件封装之后立即将所述所述半导体封装件放置在所述下板和所述上板之间；

将所述半导体封装件夹紧在所述下板和上板之间；以及

当半导体充分冷却时，取出所述半导体封装件。

2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包括将空气输送到一未被加热的板上。

3．如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述半导体封装件是一TQFP。

4．如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述加热步骤仅仅对所述下板进行。

5．如权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述下板加热到一在25至120摄氏度之间的温度。

6．如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述下板加热到一在大约50至70摄氏度范围内的温度。

7．如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述半导体封装件朝着下板方向翘曲。

8．一种用来减少半导体封装件的翘曲程度的装置，它包括：

一具有一下板和上板的夹紧装置，所述下板和上板具有一基本上平整的平面；

一与所述夹紧装置相连以可控制地将热量提供给其中一板的加热器；

由此半导体封装件在被封装之后，立即将其夹紧在所述下板和上板之间，所述半导体封装件一直保持在所述下板和上板内，直到所述半导体封装件被充分冷却为止。

9．如权利要求8所述的装置，其特征在于，它还包括空气供送控制器，用来将空气可控制地输送到一不与加热器控制器相连的板。

10．如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述半导体封装件是一TQFP。

11．如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述加热器控制器与所述下板相连。

12．如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述加热器控制器将下板加热到一在大约50至70摄氏度范围内的温度。

13．一种用来利用一夹紧装置来减少倒U形翘曲的方法，所述夹紧装置具有一下板、一上板、一与所述下板相连的加热器控制器，以及与所述上板相连的空气供送控制器，所述方法包括：

将所述夹紧装置的所述下板加热到一在大约50至70摄氏度范围内的温度；

将空气输送到所述上板；

在各TQFP封装完毕之后立即将各TQFP放置在所述下板和所述上板之间；

将各TQFP夹紧在所述下板和上板之间；以及

当各TQFP充分冷却时，将它们取出。

14．一种为减少半导体封装件内翘曲程度的装置确定一最佳温度范围的方法，所述装置包括一具有一下板、一上板的夹紧装置，所述下板和所述上板具有一基本平整的平面，一加热器控制器与所述一板相连以可控制地提供热量，一空气供送控制器用来将空气输送至一不与所述加热器控制器相连的板，所述方法包括：

a)将一板加热到一在预选温度范围内的温度；

b)将空气输送到一未被加热的板；

c)在所述半导体封装件封装完毕之后，立即将一批半导体封装件放置在所述下板和所述上板之间；

d)夹紧所述半导体封装件，一直到各半导体封装件充分冷却为止；

e)将所述的各半导体封装件从所述夹紧装置上取出；

f)对所述一批产品内的每一所述半导体封装件的翘曲值进行测量；

g)选择另一个不同的温度范围，并重复步骤a)至f)；

h)将一批产品的翘曲值与另一批产品的翘曲值相比较；以及

I)选择与翘曲值为最低值的一批产品相对应的温度范围。

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