KR20060119943A - 인캡슐런트를 이용한 부분 캡슐화 방법 및 장치 - Google Patents

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프란시스커스 버나더스 앤토니우스 데 브리스
헨드리크 요하네스 베르나르더스 피터
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피코 비. 브이.
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Abstract

본 발명은 캐리어와 캐리어에 연결된 전기 소자의 어셈블리를 인캡슐런트로 부분 캡슐화하는 방법에 관한 발명으로서, A) 몰드 부분과 카운터 몰드 부분 사이에서 캐리어(3)와 캐리어(3)에 장착되는 전기 소자(1)를 둘러싸는 단계, B) 액체 인캡슐런트(9)를 몰드 공간(6) 내로 공급하는 단계, 그리고 C) 인캡슐런트(9)의 경화 후, 캡슐화된 전기 소자(1)를 가진 캐리어(3)를 몰드 부분으로부터 제거하는 단계를 포함한다. 본 발명은 이러한 방법을 적용하는 소자에 또한 관계한다.

Description

인캡슐런트를 이용한 부분 캡슐화 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR ENCAPSULATING ELECTRONIC COMPONENTS USING A FLEXIBLE PRESSURE ELEMENT}
본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에서 제시되는 바와 같이 캐리어와 캐리어에 연결된 전기 소자를 인캡슐런트로 부분 캡슐화하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 청구항 제 6 항의 전제부에서와 같이 상기 방법을 적용하는 장치에 또한 관련된다.
인캡슐런트를 이용하여 캐리어에 장착된 전기 소자들을 캡슐화하는 것은 일반적으로 이용되는 기술이다. 아직 캡슐화되지 않은 전기 소자들을 가진 캐리어는 두 몰드 부분 사이에 클램핑되는 것이 일반적이다. 이때, 캡슐화를 위해 전기 소자들 부근에 몰드 공간들이 형성된다. 가열된 인캡슐런트가 플런저 시스템을 이용하여 러너(runners)를 통해 몰드 공간에 이송되고, 이에 따라 몰드 공간들이 인캡슐런트로 충진된다. 인캡슐런트를 부분 경화시킨 후, 인캡슐런트로 덮힌 전기 소자들이 제공되는 캐리어가 몰드 부분으로부터 떨어질 수 있도록, 몰드 부분들이 분리된다. 이러한 과정은 트랜스퍼 몰딩이라 불린다.
전기 소자 중 일부분이 자유로운 상태로 유지되도록 인캡슐런트로 구현시, 캐리어에 배치된 전기 소자들의 트랜스퍼 몰딩을 이용하는 부분 캡슐화가 또한 필 요하다. 구속없는 상태로 남게된 전기 소자의 일부분이 센서(가령, 광, 압력, 온도, 또는 화학 물질 감지 센서)를 형성하거나, 열 교환기를 형성하거나, 또는 광 데이터의 입력이나 출력에 사용되도록, 전기 소자를 일부분만 캡슐화하는 것이 가능하다. 칩을 인캡슐런트로 캡슐화하는 방법 및 장치가 WO 03/028086 호에 공개되어 있으며, 이때, 그 칩 표면의 일부분이 인캡슐런트로부터 해방된 상태를 유지하여야 한다. 구속없는 상태로 유지되는 이 칩 표면의 상기 부분은 몰딩이 닫힌 후 몰딩 부분과 상기 칩 부분 사이에서 클램핑되는 물질로 덮힌다. 칩 표면을 부분적으로 덮는 이 물질은 비교적 소프트한 내열성 물질로 만들어지는 것이 바람직하다. 표면을 부분적으로 덮는 상기 물질 위에서 상기 칩으로부터의 적절한 압력을 실현하기 위한 압력은 상기 표면을 부분적으로 덮는 상기 물질과 접촉하는 측부 반대편의 칩 측부에서 동작하는 인캡슐런트에 의해 도출된다. 이 방법의 문제점은 구속없이 남게되는 칩 표면 반대편의 측부에 인캡슐런트로 덮힌 칩에 대한 해법만이 제공된다는 점이다. 이러한 종류의 제품이 항상 시장에서 요구되는 것은 아니다.
칩을 인캡슐런트로 캡슐화하는 또다른 공지 방법 및 장치가 WO 03/050856 호에 공개되어 있다. 이 방법은 (땜납 범프 높이에서) 칩과 캐리어 간의 보이드 형성을 방지하면서 캐리어와 칩의 어셈블리를 캡슐화하는 프로세스를 제공한다. 이를 위해, WO 03/050856 호는 몰드 공간의 크기를 적응시키는 프로세스를 제시한다. 몰드에 탄성 범퍼가 제공될 수 있어서, 상부 몰드 부분을 가진 기판과 칩의 표면이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 전기 소자를 부분 캡슐화하는 방식은 제안되지 않았으며, 땜납 범프의 손상 위험없이 고속 및 고압에서 캡슐화 수지를 주입하는 것 이 WO 03/050856 호에서는 가능하지 않다.
리드프레임을 이용하는 종류의 칩 캡슐화 방법이 EP-A-1 220 309 호에 소개되어 있다. 이 방법은 칩을 부분 캡슐화함으로서 칩의 표면에 윈도 액세스를 가지는 칩 패키지를 제공한다. 이 윈도는 상부 몰드에 공간을 제공함으로서 구현되며, 이 공간은 가요성 막에 의해 밀폐되어, 칩 표면의 일부분을 덮는다. 캡슐화 수지를 주입하는 동안, 상기 막은 뒤편에서 이 공간을 가압함으로서 나타나는 붕괴로부터 보호된다. 이 시스템은 동작이 용이하지 않고 가압을 위해 별도의 수단을 필요로한다.
본 발명의 목적은 캐리어와 캐리어에 연결된 전기 소자의 어셈블리를 인캡슐런트로부터 자유롭게 남기기 위한 방법 및 장치를 간단한 방식으로 제공하는 것이다. 이때, 전기 소자와 마주하지 않는 부분은 인캡슐런트로부터 자유로운 상태를 유지하고, 이에 따라, 칩과 캐리어간 전기적 연결에 대한 손상 위험이 최소화된다.
본 발명은 청구항 제 1 항에 따른 방법을 제공한다. 이 방법을 이용하여, 캐리어 상에 배치된 전기 소자들은 표면의 일부분을 자유롭게 남기면서 캡슐화될 수 있고, 이때, 이 전기 소자와 마주하지 않는 캐리어 부분은 인캡슐런트로부터 자유로운 상태를 유지한다. 이는 압력-분배 바디에 대한 전기 소자의 연결이 전기 소자와 캐리어 간에 들어오는 인캡슐런트에 의해 부분적으로 실현되기 때문에 가능하다. 인캡슐런트에 가해지는 압력은 압력-분배 바디에 대한 전기 소자의 적응성 연결 힘을 위해 여전히 이용될 수 있고, 이때, 전기 소자와 마주하지 않는 캐리어 부분에 인캡슐런트의 패키지의 최종 제품이 불필요하게 존재하지 않는다. 전기 소자와 캐리어간 공간은 이른바 "플립-칩"에 존재한다. 이러한 플립 칩에서, 전기 소자(칩)는 땜납 범프를 통해 캐리어(보드, 리드프레임)에 배치된다. 본원에서의 땜납 범프는 캐리어와 전기 소자 간의 전기적 연결을 제공하며, 따라서 중요하다. 캐리어와 마주하지 않는 플립 칩 측부에 너무 큰 하중이 가해지면, 땜납이 변형될 것이며, 이는 바람직하지도 않고 수용할 수도 없다. 본 발명에 따른 방법은 인캡슐런트 공급 이전에, 플립 칩에 가해지는 압력을 땜납 변형없는 수준으로 제한하는 방식을 제공하며, 또한, 인캡슐런트 공급 중, 인캡슐런트가 압력 분배 바디에 가하는 압력으로 인해, 전기 소자와 캐리어 간에 유입되는 인캡슐런트에 의해 생기는 압력이 캐리어로부터 전기 소자를 움직이거나 제거하지 못하게 한다.
압력 분배 바디는 "Gel-Pak"이라는 상표명으로 판매되고 있는 겔이라 불리는 변형가능 물질로 제작되는 바디(body)를 의미한다. 이러한 물질은 매우 중요한 장점을 가진다. 즉, 전기 소자와 캐리어에 대해 국부적으로 가해지는 하중이 제한된 상태로 유지되게 한다. 이 하중은 몰드 공간에 인캡슐런트 공급을 시작하기 전에 특히 제한 상태로 유지된다. 몰드 부분의 변위와 동시에, 가요성 압력 분배 바디가 캐리어와 마주보지 않는 전기 소자의 측부에 대해 가압될 수 있다. 한개 이상의 압력 분배 바디를 이용할 때의 장점이라면, 캡슐화를 위한 전기 소자 및 전기 소자를 장착할 캐리어의 크기 변화가 압력 분배 바디에 의해 보상될 수 있다는 점이다. 따라서, (전기 소자와 캐리어의 어셈블리에 가해지는 닫힘 힘의 균일한 분포를 이용하여) 전기 소자 및 캐리어의 어셈블리에 우수한 연결을 얻을 수 있다. 이때, 캐리어 및 전기 소자들의 비교적 큰 크기 변화도 교란을 발생시키지 않을 것이다.
본 발명에 따른 방법의 선호되는 변형에서, 가요성 압력 분배 바디는 캐리어 및 캐리어에 장착된 전기 소자의 어셈블리에 대해 가요성 물질층을 통해 가압된다. 플라스틱 등으로 만든 포일이 보호 중간층을 형성할 수 있다. 캐리어 및 캐리어에 장착된 전기 소자의 조립체와, 압력 분배 바디 간의 불필요한 접촉 발생을 따라서 방지할 수 있고, 예를 들어, 전기소자와 캐리어에 대한 악영향을 방지할 수 있고, 압력 분배 바디의 수명을 연장시킬 수 있다.
가요성 압력 분배 바디는 카운터 몰드 부분에 탈착식으로 배치되는 것이 바람직하다. 이는 몰드에 개별 압력 분배 바디를 배치시킴으로서 가능하다. 하지만, 포일층에 배치되는 압력 분배 바디를 배열하는 것이 또한 가능하며, 포일이 겔 층이나 겔 바디에 일부분 또는 전체적으로 제공될 수 있다. 따라서, 몰드에 압력 분배 바디를 배치하기 위해, 포일 물질의 자동화 공급기(공지 기술)를 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 방법의 또다른 변형에서, 어셈블리의 캐리어의 일부분에 대해, 가령, 전기 소자와 마주보지 않는 캐리어 측부에 대해, 가요성 압력 분배 바디가 부분적으로 가압된다. 상기 방법의 이러한 응용은 상술한 "리들리스 패키지(leadless package; 즉, 선없는 패키지)"의 제작을 위한 해법을 제공한다. 이때, 커버 포일을 이용하지 않게 된다. 앞서 공급한 커버 포일 대신에, 캐리어의 일부분이 한개 이상의 가요성 압력 분배 바디를 이용하여 빈 상태로 남을 수 있다.
본 발명은 캐리어에 장착되는 전기 소자를 인캡슐런트로 부분 캡슐화하는 장치(청구항 제6항)를 또한 제공한다. 이러한 장치는 기존 캡슐화 장치와는 조금 다를 뿐이다. 즉, 기존 장치를 본 발명에 따른 장치로 변환하는 것이 매우 간단한 방식으로 실현될 수 있다. 본 발명에 따른 장치를 이용할 때, 본 발명에 따른 방법에 관하여 앞서 설명한 바와 같은 장점들이 실현될 수 있다. 이 장치의 선호되는 실시예에서, 가요성 압력 분배 바디를 수용하기 위한 홀더 수단이, 몰드 공간 내 벽에 움푹패여진 공간에 부분적으로 형성된다. 이 장치에는 몰드 부분의 측부에 위치하는 포일 물질과, 압력 분배 바디를 위한 공급 수단 및 방출 수단이 또한 제공될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 압력 분배 바디는 이러한 공급 및 방출 수단을 이용하여 몰드 부분 사이에 배치되고 몰드 부분으로부터 제거될 수 있다.
도 1A는 인캡슐런트 공급 이전에 몰드에 배치된 플립-칩을 구비한 캐리어의 단면도로서, 이때, 플립-칩이 압력-분배 바디에 의해 결합되는 도면.
도 1B는 인캡슐런트 공급 중 도 1A에 도시된 단면에 대응하는 단면도.
도 1C는 인캡슐런트 공급 이전에, 몰드에 배치된 플립-칩을 구비한 캐리어의 단면도로서, 이때, 플립-칩이 압력-분배 바디의 대안의 실시예 변형에 의해 결합되는 도면.
도 2는 칩의 일부분이 인캡슐런트로 구속되지 않도록 캡슐화된 네개의 칩을 구비한 캐리어의 평면도.
도 3A는 본 발명에 따른 방법에 이용하기 위한 압력-분배 바디의 사시도.
도 3B는 플라스틱 포일층이 제공되는 압력-분배 바디의 대안의 실시예의 사 시도.
도 3C는 플라스틱 포일층에 의해 케이싱된 압력-분배 바디의 제 2 대안의 실시예의 사시도.
도 3D는 다수의 압력 분배 바디가 제공되는 포일층의 사시도.
도 1A는 땜납 범프(2)를 통해 캐리어(3)에 연결되는 플립-칩(1)을 도시한다. 캐리어(3)는 몰드 부분(4)에 배치되어, 캐리어(3)의 평탄한 측부를 몰드 부분(4)이 완전하게 지지한다. 몰드 부분(4)에 연결되도록 카운터-몰드 부분(5)이 배치되며, 이 부분(5)은 칩(1)을 둘러싸는 몰드 공간(6)을 제공한다. 카운터 몰드 부분(5)과 칩(1) 사이에 겔 바디(gel body)(7)(압력 분배 바디)가 배치되어, 겔 바디(7)가 칩(1)에 압력을 가하게 된다. 그러나, 겔 바디(7)에 의해 가해진 압력의 영향으로 납땜 범프(2)들이 변형되지 않도록 이 압력이 제한된다. 겔 바디(7)의 배치를 위해 카운터 몰드 부분(5)에 오목부(8)가 제공된다.
도 1B에서, 몰드 부분(4)과 카운터 몰드 부분(5)으로 둘러싸인 몰드 공간(6)은 액체 인캡슐런트(9)로 충진된다. 땜납 범프(2)들이 또한 배치되는, 칩(1)과 캐리어(3) 간의 공간(10)에서 인캡슐런트(9)에 대한 비교적 높은 압력이 또한 존재한다. 동일한 압력이 인캡슐런트(9)에 의해 겔 바디(7)에도 가해진다. 따라서, 칩(1) 에는 여전히 압력차가 존재한다(즉, 공간(10)에 인접한 칩(1) 측부에 대해 카운터 몰드 부분(5)쪽 칩(1) 측부에 압력차가 존재한다). 이 압력차는 이론적으로는, 도 1A에 도시된 상황과 같은 압력차만큼 크다. 이 압력차가 그만큼 똑같게 유지되지는 않겠지만, 이로부터의 바람직한 장점은, 도 1A에 도시된 상황에서 칩(1)에 대한 제한된 압력으로, 칩(1)은 도 1B에 도시된 상황에서 충분히 큰 힘으로 캐리어(2)에 대해 여전히 가압된다. 몰드 공간(6)에 존재하는 인캡슐런트(9)는, 인캡슐런트(9)로부터 자유로운 칩(1) 측부가 캐리어(3)로부터 이격된 경화 인캡슐런트(9) 측부와 거의 같은 레벨로 위치하도록, 칩(1)을 둘러싼다. 인캡슐런트 공급 후, 예를 들어 냉각 요소(도시되지 않음)가 칩(1)에 간단한 방식으로 고정될 수 있다.
도 1C는 앞서의 도면에 제시된 바와 같이 땜납 범프(2)를 통해 캐리어(3)에 연결되는 (플립-)칩(1)을 도시한다. 캐리어(3)가 몰드 부분(4)에 배치된다. 몰드 부분(4)에 연결하기 위해 카운터 몰드 부분(25)이 배치되며, 이 카운터 몰드 부분(25)은 칩(1)을 둘러싸는 몰드 공간(26)을 형성한다. 도 1A 및 도 1B에 도시된 몰드 공간(6) 및 겔 바디(7)와는 달리, 도 1C에 도시되는 몰드 공간(26) 및 겔 바디(27)는, 칩(1)의 한쪽에만 겔 바디(27)가 결합되지 않도록(즉, 여러쪽에 걸치도록) 형성된다. 차후에 공급될 인캡슐런트가 칩(1)의 한쪽을 남겨두는 것은 물론이고, 칩(1)이 인캡슐런트로부터 돌출되도록, 겔 바디(27)가 칩(1)에 결합된다.
도 2는 인캡슐런트(11)로 부분적으로 덮힌 캐리어(12)의 평면도이다. 이때, 부분적으로 자유롭게 남겨진 네개의 칩(13)이 상기 캐리어(13)에 장착된다. 칩(13)은 차후 동작에서 잘려질 수 있다.
도 3A는 본 발명에 따른 방법을 적용하기 위한 겔 바디(15)를 도시한다. 도 3B는 겔 바디(16)를 도시하는 데, 그 한쪽에는 주변 영역(의 일부분)으로부터 겔 물질(18)을 보호하기 위해 포일층(17)이 제공된다. 도 3C의 단면은 겔 바디(19)를 도시하며, 그 겔 물질(20)은 보호 포일층(21)에 의해 모든면으로 둘러싸인다. 겔 물질(20) 대신에, 겔 바디(19)의 변형 실시예에서는, 물질을 함께 고정시키는 측면에서 덜 엄격한 요건을 충족시키는 물질을 공급하는 것이 가능하다. 겔 물질(20)은 따라서 액체로 바뀔 수 있다. 또한 점성 액체로 바뀔 수 있다. 도 3D는 기존 수단을 이용하여 몰드에(로부터) 용이하게 배치(제거)될 수 있는 포일층(22)을 도시한다. 다수의 겔 바디(23)가 포일층(22)에 배치된다.

Claims (10)

  1. 캐리어(3)와 캐리어에 연결된 전기 소자(1)의 어셈블리를 인캡슐런트(9)를 이용하여 부분 캡슐화하는 방법에 있어서, 상기 방법은,
    A) 전기 소자(1)를 둘러싸는 한개 이상의 몰드 공간(6)이 형성되도록, 몰드 부분과 카운터 몰드 부분 사이에서 캐리어(3)와 캐리어(3)에 장착되는 전기 소자(1)를 둘러싸는 단계,
    B) 액체 인캡슐런트(9)를 몰드 공간(6) 내로 공급하는 단계, 그리고
    C) 인캡슐런트(9)의 경화 후, 캡슐화된 전기 소자(1)를 가진 캐리어(3)를 몰드 부분으로부터 제거하는 단계
    를 포함하며, 상기 단계 B에 따라 액체 인캡슐런트(9)를 몰드 공간(6)에 공급하기 전에, 캐리어(3)와 마주하지 않는 전기 소자(1) 측부에 대해 가용성 압력-분배 바디(7)가 가압되며,
    상기 전기 소자(1)와 마주하지 않는 캐리어(3) 측부가 상기 몰드 부분(4)에 배치되며,
    상기 전기 소자(1)와 마주하는 캐리어(3) 측부에 대해 제 2 카운터 몰드 부분(5)이 가압되며,
    상기 단계 B 중, 상기 캐리어(3)와 상기 전기 소자(1) 간에 위치한 공간(10)이 인캡슐런트(9)로 충진되는 것을 특징으로 하는 인캡슐런트를 이용한 부분 캡슐화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가요성 압력-분배 바디(7)는 캐리어(3)와 마주하는 전기 소자(1) 측부와 카운터 몰드 부분(5) 사이에 클램핑되는 것을 특징으로 하는 인캡슐런트를 이용한 부분 캡슐화 방법.
  3. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 상기 가요성 압력-분배 바디(7)는 캐리어(3)와 캐리어(3)에 장착된 전기 소자(1)의 어셈블리에 대해 가요성 물질층(17)을 통해 가압되는 것을 특징으로 하는 인캡슐런트를 이용한 부분 캡슐화 방법.
  4. 제 1 항 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가요성 압력-분배 바디(7)는 상기 카운터 몰드 부분(5)에 탈착식으로 배치되는 것을 특징으로 하는 인캡슐런트를 이용한 부분 캡슐화 방법.
  5. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가요성 압력-분배 바디(7)는 상기 전기 소자(1)와 마주보지 않는 캐리어(3) 측부의 일부분에 대해 가압되는 것을 특징으로 하는 인캡슐런트를 이용한 부분 캡슐화 방법.
  6. 캐리어(3)에 장착되는 전기 소자(1)를 인캡슐런트(9)를 이용하여 부분 캡슐화하는 장치에 있어서, 상기 장치는,
    - 몰드 부분(4, 5) 사이에서 캐리어(3)를 수용하도록 서로에 대해 변위가능 한 다수의 몰드 부분(4, 5)으로서, 이때, 제 1 몰드 부분(5)에는 캐리어(3)에 연결되는 한개 이상의 몰드 공간(6)이 제공되는 특징의 상기 다수의 몰드 부분(4, 5),
    - 상기 몰드 공간(6)에 연결되는 인캡슐런트(9)의 공급 수단, 그리고
    - 가요성 압력 분배 바디(7)를 수용하기 위해 상기 몰드 공간(6)에 위치하는 홀더 수단
    을 포함하며, 이때, 상기 장치에는 전기 소자(1)와 마주보지 않는 캐리어(3) 측부를 지지하는 제 2 몰드 부분(4)이 제공되는 것을 특징으로 하는 인캡슐런트를 이용한 부분 캡슐화 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 몰드 공간의 벽에 움푹들어간 공간에, 가요성 압력 분배 바디를 수용하기 위한 홀더 수단이 형성되는 것을 특징으로 하는 인캡슐런트를 이용한 부분 캡슐화 장치.
  8. 제 6 항 또는 7 항에 있어서, 상기 장치에는 상기 몰드 부분(4, 5)의 측부에 배치되는 포일 물질(22)의 공급 수단이 또한 제공되는 것을 특징으로 하는 인캡슐런트를 이용한 부분 캡슐화 장치.
  9. 제 6 항 내지 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치에는 몰드 부분(4, 5)의 측부에 배치되는 포일 물질(22)의 방출 수단이 또한 제공되는 것을 특징으로 하는 인캡슐런트를 이용한 부분 캡슐화 장치.
  10. 제 6 항 또는 9 항에 있어서, 상기 장치에는 압력-분배 바디(7)의 공급 수단이 또한 제공되는 것을 특징으로 하는 인캡슐런트를 이용한 부분 캡슐화 장치.
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