CN210403661U - 一种芯片封装治具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种芯片封装治具，该芯片封装治具用于对待封装部件进行封装；芯片封装治具包括上模具、下模具和伸缩装置，其中：上模具和下模具能够扣合形成用于容纳待封装部件的模腔；上模具上设有通孔；下模具上设有注料孔；伸缩装置包括：与上模具固定连接的固定板；上定位板和下定位板，上定位板与固定板固定连接；压杆和压块，压杆的一端与下定位板连接，另一端与压块连接；驱动组件，驱动组件用于驱动下定位板相对于上定位板运动，带动压块通过通孔进入模腔内，直至压块的下表面与芯片的背面相贴合。采用该芯片封装治具，无需进行贴膜和揭膜，即可获得裸露芯片的封装结构，节约了生产成本，提升了生产效率。

Description

一种芯片封装治具

技术领域

本实用新型涉及微电子技术领域，尤其涉及一种芯片封装治具。

背景技术

随着微电子技术的飞速发展，芯片的尺寸越来越小、功耗越来越大，发热量也就越来越大，为了确保芯片的结温(junction temperature)在正常范围内，需要对芯片的散热效率乃至配套的封装工艺进行改进。

在传统封装工艺中，芯片被塑封体所封装，为使芯片产生的热量尽快发散到环境中，多通过粘合胶在塑封体表面芯片贴附散热片，比如金属散热片。芯片工作时产生的热量通过塑封体依次传递给粘合胶及金属散热片，然后再通过金属散热片散发到环境中。在上述热量传递过程中，由于塑封体的导热性能不足，因此限制了芯片的散热效率。

为提高散热效率，业内人士提出了一种裸露芯片散热方案，事先将芯片的正面与基板电连接；在芯片封装时，控制芯片的背面裸露在外而不与塑封体接触；封装完成后，再通过导热胶将金属散热片与芯片背面粘合起来，使芯片产生的热量能够经由导热胶传递给金属散热片，解决了因塑封体导热性能不足所造成的散热能力较差的问题。

为配合上述裸露芯片散热方案，目前业内已经实现量产的芯片封装工艺可示例性的参考图1和图2。在封装前，将芯片500的正面通过焊锡球410或金属柱固定在基板400上，在芯片500背面贴装一层保护膜600，该贴装保护膜600的区域称为贴膜区域610，然后再进行常规的封装(塑封)：上模具100和下模具200合模后，将融化的塑封料310注入到模腔120中，使塑封料310包裹芯片500，然后再回温固化而形成塑封体450。在塑封过程中，由于保护膜600的隔离和保护作用，使得芯片500背面不会与塑封料310接触。塑封完成后，将贴膜区域610上的保护膜600撕除，形成已揭膜区域620，使该区域中的芯片500背面裸露在外。但是上述工艺较为复杂，生产效率较低；而且需要定制专门的保护膜600，导致芯片封装的原料成本较高。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的在于提供一种芯片封装治具，使用该芯片封装治具，无需进行贴膜和揭膜，即可实现裸露芯片散热方案，节约了生产成本，提升了封装效率。

为实现上述目的，本实用新型提供一种芯片封装治具，用于对待封装部件进行封装，该待封装部件包括基板和芯片，且芯片的正面与基板电连接；该芯片封装治具包括上模具、下模具和伸缩装置，其中：上模具和下模具能够扣合形成用于容纳待封装部件的模腔；上模具上设有通孔，通孔与模腔连通；下模具上设有用于向模腔中注入塑封料的注料孔；伸缩装置包括：固定板，固定板与上模具固定连接；上定位板和下定位板，上定位板的下表面和下定位板的上表面相向设置，且上定位板与固定板固定连接；压杆和压块，压杆的一端与下定位板的下表面连接，压杆的另一端与压块的上表面连接；驱动组件，驱动组件用于驱动下定位板相对于上定位板运动，带动压块通过通孔进入模腔内，使压块的下表面与芯片的背面相贴合。

进一步地，驱动组件包括内螺纹管、螺纹杆和电机，其中内螺纹管垂直固定在下定位板的上表面上；螺纹杆的一端与上定位板的下表面固定连接，螺纹杆的另一端与内螺纹管螺纹连接；电机能够驱动螺纹杆沿内螺纹管的轴向运动。

进一步地，上定位板的侧面上设有第一轨道，下定位板的侧面上设有第二轨道；伸缩装置还包括支撑组件，支撑组件包括两根铰接的支撑杆；支撑杆的两端均设有滚轮，且支撑杆两端的滚轮能够分别在第一轨道和第二轨道内滑动。

进一步地，前述伸缩装置还包括用于检测压块下表面与芯片背面之间距离的位置传感器。

进一步地，前述伸缩装置还包括压力传感器，该压力传感器用于检测压块施加给芯片的压力。

进一步地，前述芯片封装治具还包括用于将塑封料通过注料孔注入到模腔内的注塑杆。

进一步地，模腔包括多个子腔室，每个子腔室用于容纳一个待封装部件。

进一步地，压块的数量与子腔室的数量相对应。

进一步地，子腔室之间相互独立，或者，子腔室之间相互连通。

本实用新型提供的芯片封装治具，由于伸缩装置的压块能够与芯片背面相贴合，所以在进行芯片封装时，该压块起到了隔离塑封料与芯片背面的作用，避免塑封料与芯片背面接触，从而最终形成裸露芯片的封装结构。采用该芯片封装治具进行芯片封装，省略了常规封装工艺中的贴膜及撕膜的步骤，因此简化了芯片封装的工艺；此外由于无需使用专用的保护膜，因此还节约了芯片封装的成本。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1为现有技术的芯片封装治具的结构示意图；

图2为现有技术的芯片揭膜的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的芯片封装治具的结构示意图；

图4为采用本实用新型实施例提供的芯片封装治具进行芯片封装的示意图；

图5为本实用新型实施例提供的芯片封装治具中伸缩装置的结构示意图；

图6为本实用新型实施例的封装治具进行芯片封装的流程图。

附图标记说明：

100-上模具； 110-通孔；

120-模腔； 200-下模具；

210-注料孔； 310-塑封料；

320-注塑杆； 400-基板；

410-焊锡球； 450-塑封体；

500-芯片； 600-保护膜；

610-贴膜区域； 620-已揭膜区域；

800-伸缩装置； 810-固定板；

820-上定位板； 821-第一轨道；

830-下定位板； 831-第二轨道；

840-驱动组件； 841-电机；

842-螺纹杆； 843-内螺纹管；

850-压杆； 851-定位基准；

860-压块； 871-压力传感器；

872-位置传感器； 880-支撑组件；

881-支撑杆； 882-滚轮；

883-铰轴。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

但是本实用新型并不仅仅限于这些实施例。在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。为了避免混淆本实用新型的实质，公知的方法、过程、流程没有详细叙述。

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。

图3为本实用新型实施例提供的芯片封装治具的结构示意图；图4为采用该芯片封装治具进行芯片封装的示意图；图5为本实用新型实施例提供的芯片封装治具中伸缩装置的结构示意图。结合图3至图5，本实用新型实施例提供一种芯片封装治具，用于对待封装部件进行封装，该待封装部件包括基板400和芯片500，且芯片500的正面与基板400电连接；该芯片封装治具包括上模具100、下模具200和伸缩装置800，其中：

上模具100和下模具200能够扣合形成用于容纳待封装部件的模腔120；上模具100上设有通孔100，该通孔100与模腔120连通；下模具200上设有用于向模腔120中注入塑封料310的注料孔210；

伸缩装置800包括：

固定板810，固定板810与上模具100固定连接；

上定位板820和下定位板830，上定位板820的下表面和下定位板830的上表面相向设置，且上定位板820与固定板810固定连接；

压杆850和压块860，压杆850的一端连接在下定位板830的下表面，压杆850的另一端连接压块860的上表面；

驱动组件840，驱动组件840用于驱动下定位板830相对于上定位板820运动，带动压块860通过通孔110进入模腔120内，使压块860的下表面与芯片500的背面相贴合。

如前述，待封装部件包括基板400和芯片500。其中基板400可为芯片500提供电连接、保护、支撑、散热、组装等功效，以实现多引脚化，缩小封装产品体积、改善电性能及散热性、超高密度或多芯片模块化的目的。基板400比如可以是电路板，尤其是印刷电路板。

芯片500的正面与基板400电连接，一般芯片500可通过焊锡球410或者金属柱等实现与基板400之间的电连接，其中金属柱比如可以是铜柱、金柱等。

上模具100与下模具200相互匹配，二者相对设置，扣合后可形成模腔120。具体地，上模具100可具有凹陷，在扣合后，该凹陷以及下模具200即对合形成了用于容纳待封装部件的模腔120。

使用上述芯片封装治具进行芯片封装作业的过程可示意性参考图6并结合图3至图5，大致可包括如下步骤：

S10、安装待封装结构：将贴装有芯片500的基板400固定在下模具200上。具体而言，是将基板400固定在下模具200上，芯片500的正面背离下模具200设置。

S20、合模：移动上模具100和/或移动下模具200，将二者扣合在一起，形成模腔120，且待封装结构位于模腔120内，芯片500的背面朝向上模具100。

S30、操作伸缩装置800：操作伸缩装置800，使驱动组件840驱动下定位板830远离上定位板820移动，带动压杆850及压块860运动，使压块860通过通孔110进入到模腔120中并与芯片500的背面相贴合。

S40、注塑封装：将高温熔化的塑封料310通过注料孔210注入到模腔120中，对待封装结构进行封装。

S50、产品脱模：对模腔120进行冷却，使塑封料310固化而形成塑封体；分离下模具200和上模具100，完成脱模，形成芯片500背面裸露在外的封装结构。

在上述作业过程中，由于芯片500背面与伸缩装置800的压块860的下表面贴合，因此芯片500背面不会与塑封料310接触，在冷却后，芯片500背面也不会被塑封体包裹，因此形成芯片500背面裸露在外的封装结构。在后续作业中，可沿用常规工艺，采用导热胶在芯片500背面贴附金属散热片，使封装完成的芯片500在工作时所产生的热量能够经由导热胶传递给金属散热片，实现高效散热。

实际上，在芯片500工作时，还有一小部分热量会经芯片500正面传导给基板400，再经由基板400将热量散布到环境中。这部分热量所占的比例比较小，可忽略不计，此处不再赘言。

因此，采用本实施例提供的芯片封装治具，无需再进行传统封装工艺中贴膜和揭膜的操作，因此简化了封装工序、提高了生产效率；并且，由于无需再专门定制保护膜，因此还降低了原料成本。

进一步地，该芯片封装治具还包括注塑杆320，通过推动该注塑杆320，将塑封料310通过注料孔210注入到模腔120内(图4中的实线箭头方向代表注塑杆320的运动方向)。

具体地，固定板810用于承载伸缩装置800的其它部件，其可通过焊接、螺栓连接等方式与上模具100固定连接。上定位板820与固定板810固定连接，比如可将上定位板820垂直固定在固定板810上。

驱动组件840用于驱动下定位板830运动，使下定位板830远离或者朝向上定位板820运动，进而带动压杆850及压块860运动。当驱动组件840驱动下定位板830远离上定位板820运动时，压块860能够通过通孔110进入模腔120内，直至压块860的下表面与芯片500的背面接触并紧密贴合，避免在向模腔120内注入塑封料310的过程中，塑封料310与芯片500背面接触，最终形成芯片500背面裸露在外的封装结构。当塑封料310固化完成后，可通过驱动组件840驱动下定位板830朝向上定位板820运动，使压块860离开模腔120。

进一步地，为了方便脱模、避免压块860在封装过程中发生形变，压块860应选用能够耐受一定高温的塑料材质。

可以理解，压块860下表面的尺寸最好不小于芯片500背面的尺寸，比如压块860下表面的形状和面积分别与芯片500背面的形状和面积一致，避免塑封料310接触芯片500背面。此外，通孔110的径向尺寸最好与压块860的尺寸相匹配，以确保压块860能够经通孔110顺利进入模腔120中。

进一步参考图4，压块860的厚度(即高度)最好与模腔120高度、待封装部件的高度以及通孔110的厚度相匹配，以在压块860紧密贴合在芯片500背面时，有部分压块860保留在通孔110中，这样压块860还起到了一定的密封作用，防止塑封料310经由通孔110排出。

如前述，驱动组件840用于驱动下定位板830相对于上定位板820运动。请进一步参考图5并结合图3和图4，驱动组件840具体可以包括内螺纹管843、螺纹杆842和电机841，其中内螺纹管843垂直固定在下定位板830的上表面上；螺纹杆842的一端与上定位板820的下表面固定连接，螺纹杆842的另一端与内螺纹管843螺纹连接；电机841能够驱动螺纹杆842沿内螺纹管843的轴向运动。

具体地，螺纹杆842与内螺纹管843螺纹配合，且螺纹杆842与上定位板820固定连接，内螺纹管843与下定位板830固定连接，开启电机841，驱动螺纹杆842沿螺纹旋转，从而驱动螺纹杆842沿内螺纹管843的轴向运动，带动下定位板830远离或朝向上定位板820运动。这样在进行封装时，可开启电机841，使下定位板830远离上定位板820，带动压杆850和压块860运动，使压块860穿过通孔110进入到模腔120内，并最终与芯片500的背面贴合；在产品脱模时，可通过电机841控制螺纹杆842旋转，使下定位板830朝向上定位板820运动，带动压块860自通孔110穿出而离开模腔120。

此外，上述驱动组件840所包含的各个部件，比如螺纹杆842、电机841以及内螺纹管843均为常规设备，比如电机841可采用线性马达或其它常规马达。因此，可将购置的或工厂闲置的零件或设备进行简单的组装和改造即可获得，因此具有成本低、加工改造方便的优势，易于推广使用。

进一步地，驱动组件840可以为多组。在实际作业时，多组驱动组件840同步动作，驱动下定位板830上下移动，从而带动下定位板830下方的压杆850和压块860运动。

当然，驱动组件840也可以采用其它形式，只要能够驱动下定位板830相对于上定位板820上下移动即可，比如液压杆、气压杆、滚珠丝杠等其他结构，其同样可以驱动下定位板830朝向或远离上定位板820运动。

不难理解，上定位板820和下定位板830之间最好保持相互平行，以更准确地控制二者之间的相对位移。进一步参考图5，为了确保下定位板830相对于上定位板820的运动更加平稳，还可以在上定位板820与下定位板830之间连接支撑组件880。具体的，支撑组件880包括两根铰接的支撑杆881，使两根支撑杆881可绕铰轴883转动；支撑杆881的两端均设有滚轮882；相应地，在上定位板820的侧面上设有第一轨道821，下定位板830的侧面上设有第二轨道831，通过支撑杆881两端的滚轮882分别在第一轨道821和第二轨道831内滑动，确保在下定位板830远离和朝向上定位板820运动时，下定位板830与上定位板820之间保持平行。

当然地，还可通过控制第一轨道821和第二轨道831的长度，从而对下定位板830的移动距离进行限位。

为了保证该伸缩装置800的精度，避免出现压块860未能与芯片500充分贴合或压坏芯片500的情况发生，还可设置压力传感器871，用于检测压块860施加给芯片500的压力。压力传感器871例如可设置在压杆850上，比如压杆850为金属材料制成，具有多段结构，在相邻的两段之间安装压力传感器871以检测压杆850所受的压力，从而获取压块860所受的压力，也就是压块860传递给芯片500的压力。当压力传感器871检测到压力达到阈值时驱动组件840停止工作，以免压力过大损坏芯片500或伸缩装置800，同时保证压块860与芯片500背面紧密贴附。

进一步地，该芯片封装治具还可以包括位置传感器872，用于检测压块860下表面与芯片500背面之间的距离，避免压杆850运动距离过大而损伤芯片500。该位置传感器872例如可设置在固定板810上，通过检测压杆850或压块860的运动距离来确定压块860下表面与芯片500背面之间的距离。在实际生产作业时，一般还可以在压杆850上设置定位基准851，该定位基准851例如为一道水平的横线，位置传感器872通过检测定位基准851偏移的距离，从而反映压杆850及压块860运动的距离，防止压块860运动不到位，无法与芯片500背面紧密贴附；也避免压块860运动距离过大而损伤芯片500。

进一步地，可同时设置压力传感器871和位置传感器872。在每次上下移动时，位置传感器872根据压杆850上的定位基准851确认下压(下移)距离，当压杆850下压遇到障碍时，压力传感器871若检测到压力达到阈值，进行报警，从而实现伸缩装置800对压杆850下压位置和力度的精确控制。通过对伸缩装置800进行上述数字化控制，即采用位置传感器872与压力传感器871，确保作业过程的精确性和稳定性。

进一步地，模腔120可包括多个子腔室(未图示)，每个子腔室内可容纳一个待封装部件，以提高封装效率。不难理解，子腔室的排布方式应与芯片500在基板400上的排布方式相匹配，以实现芯片500的批量封装。当然，子腔室的数量应与压块860的数量相匹配，比如每个子腔室都有对应的压块860。

各个子腔室之间可以独立设置，即每个子腔室上均设有通孔110及注料孔210；或者如图4所示，多个子腔室之间也可相互连通，多个子腔室可共用同一个注料孔210(图4中的虚线箭头方向代表塑封料310在模腔120内的运动方向)。当然，多个子腔室也可共用多个注料孔210，以加快注料速度，提高生产效率。

综上所述，采用本实用新型提供的芯片封装治具进行芯片封装时，伸缩装置800中的压块860可替代保护膜600与芯片500的背面相贴合，起到了保护芯片500背面、隔离塑封料310的作用；在封装结束后压块860与芯片500背面分离，从而形成裸露芯片的封装结构。

该治具使得传统封装工艺中的贴膜及撕膜的工艺步骤得以省略，简化了裸露芯片封装结构的工艺；并且，由于无需购买保护膜600，且压块860可重复使用，还节约了生产成本；此外，该芯片封装治具可自动化运行，进一步节省了人力资源，提升了生产效率。

进一步地，该芯片封装治具所有部件或设备均为常规零部件或设备，可通过对现有零部件和设备进行适应性改造和简单组装的方式获得，改造成本低；且该封装治具结构简单紧凑，运行稳定可靠，易于大面积推广使用，具有很高的实用性。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件，而不能理解为指示或暗示顺序关系、相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域技术人员而言，本实用新型可以有各种改动和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种芯片封装治具，用于对待封装部件进行封装，所述待封装部件包括基板和芯片，且所述芯片的正面与所述基板电连接；其特征在于，所述芯片封装治具包括上模具、下模具和伸缩装置，其中：

所述上模具和所述下模具能够扣合形成用于容纳所述待封装部件的模腔；所述上模具上设有通孔，所述通孔与所述模腔连通；所述下模具上设有用于向模腔中注入塑封料的注料孔；

所述伸缩装置包括：

固定板，所述固定板与所述上模具固定连接；

上定位板和下定位板，所述上定位板的下表面和所述下定位板的上表面相向设置，且所述上定位板与所述固定板固定连接；

压杆和压块，所述压杆的一端与所述下定位板的下表面连接，所述压杆的另一端与所述压块的上表面连接；

驱动组件，所述驱动组件用于驱动所述下定位板相对于所述上定位板运动，带动所述压块通过所述通孔进入所述模腔内，使所述压块的下表面与所述芯片的背面相贴合。

2.根据权利要求1所述的芯片封装治具，其特征在于，所述驱动组件包括内螺纹管、螺纹杆和电机，其中所述内螺纹管垂直固定在所述下定位板的上表面上；所述螺纹杆的一端与所述上定位板的下表面固定连接，所述螺纹杆的另一端与所述内螺纹管螺纹连接；所述电机能够驱动所述螺纹杆沿所述内螺纹管的轴向运动。

3.根据权利要求1所述的芯片封装治具，其特征在于，所述上定位板的侧面上设有第一轨道，所述下定位板的侧面上设有第二轨道；

所述伸缩装置还包括支撑组件，所述支撑组件包括两根铰接的支撑杆；所述支撑杆的两端均设有滚轮，且所述支撑杆两端的滚轮能够分别在第一轨道和第二轨道内滑动。

4.根据权利要求1所述的芯片封装治具，其特征在于，所述伸缩装置还包括用于检测所述压块下表面与芯片背面之间距离的位置传感器。

5.根据权利要求1所述的芯片封装治具，其特征在于，所述伸缩装置还包括压力传感器，所述压力传感器用于检测所述压块施加给所述芯片的压力。

6.根据权利要求1或5所述的芯片封装治具，其特征在于，还包括用于将塑封料通过所述注料孔注入到所述模腔内的注塑杆。

7.根据权利要求1所述的芯片封装治具，其特征在于，所述模腔包括多个子腔室，每个所述子腔室用于容纳一个待封装部件。

8.根据权利要求7所述的芯片封装治具，其特征在于，所述压块的数量与所述子腔室的数量相对应。

9.根据权利要求7所述的芯片封装治具，其特征在于，所述子腔室之间相互独立，或者，所述子腔室之间相互连通。

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