TW201438163A - 開口腔體塑料封裝 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種製造開口腔體積體電路封裝之方法，該方法包括：將一引線結合積體電路放置於一模具中；藉由在一銷與該模具之間施加一力而迫使該銷接觸該引線結合積體電路之一晶粒；將塑料注射至該模具中；容許該塑料在該積體電路周圍凝固以形成具有由該銷界定之一開口腔體之一封裝；及自該模具移除該開口腔體積體電路封裝。用於形成一積體電路感測器裝置之一封裝之一模具包括：一下模，其支撐一積體電路晶粒；一上模，其係可操作以放置於該下模之頂部上以形成可將一塑料材料注射至其中以形成該封裝之一腔體，其中該模具之該上模包括一彈簧加載銷配置，其包括覆蓋該積體電路晶粒上之一感測器區域且當注射該塑料材料時提供一開口之一罩蓋。

Description

開口腔體塑料封裝 相關申請案之交叉參考
本公用程序申請案主張2013年1月23日提交之美國臨時申請案第61/755,889之優先權。
本發明係關於一種用於製造積體電路(IC)之開口腔體塑料封裝之方法，且特定言之，本發明係關於一種在囊封程序期間在IC晶粒上方使用一罩蓋以提供具有一開口腔體之塑料封裝，從而容許該裝置充當一感測裝置。
積體電路(IC)可包含用於各種原因之感測器。例如，IC可包括濕氣敏感感測器以偵測液體或濕度。製造商可包含一濕氣敏感感測器以判定一IC是否因浸入水中而受損，以便知曉將一IC退回之顧客是否有權在保修期內更換該IC。其他IC包含係該IC之功能性之部分之感測器。例如，IC具有感測器以偵測：射頻識別、溫度、環境光、機械震動、液體沉浸、濕度、CO2、O2、pH及乙烯。此等IC晶片可用以監測此等周圍條件。
作為感測器之積體電路裝置在封裝中可能需要能夠充當一環境感測裝置之一特定開口。習知感測裝置在模具操作中使用膠帶輔助以在封裝中產生一腔體。該技術係昂貴的且存在與其相關聯之問題，特定言之，存在對感測器區域之損壞(例如，晶粒表面刮擦、感測器區 域中之穿刺痕跡或模製操作之樹脂溢流)。此等問題持續成為膠帶輔助之主要問題。存在一塑料封裝之一需要，該塑料封裝用作具有提供一感測區域之一開口之一積體電路裝置之一外殼，其中該感測區域必須免於模製操作之樹脂溢流且必須免於損壞。
根據各種實施例，提供一彈簧加載解決方案以解決上文討論之全部此等問題且甚至使得製造一環境感測裝置之程序較不昂貴。根據一實施例，在模具中提供一伸縮式彈簧加載銷以產生一開口腔體模製封裝。該開口腔體概念用以將特定感測器區域曝露於環境(例如，一積體電路晶粒之一特定頂部區域)。重要的是，在製造程序期間，該感測器區域未經刮擦、穿刺，也未覆蓋有來自模具操作之任何樹脂殘留物。根據各種實施例，解決全部此等問題且可經濟地生產該感測器裝置。
根據各種實施例，在一塑料封裝中產生一腔體或孔洞，使得將不存在模具溢料之樹脂溢流也不存在對感測器區域之任何損壞。為了實現此等目標，在模具內使用一可縮回式彈簧加載銷以產生該腔體(例如，在一模具之上半模中)。當關閉模具時，該等彈簧加載銷實際上回縮且因此保護矽晶粒上之感測器區域不被模具化合物覆蓋。
本發明之一態樣提供製造開口腔體積體電路封裝之一方法，該方法包括：將一引線結合積體電路放置於一模具中；藉由在該一銷與該模具之間施加一力而迫使該銷接觸該引線結合積體電路之一晶粒；將塑料注射至該模具中；容許該塑料在該積體電路周圍凝固以形成具有由該銷界定之一開口腔體之一封裝；及將該開口腔體積體電路封裝自該模具移除。
根據本發明之另一態樣，提供一模具以形成一積體電路感測器裝置之一封裝，其包括：一下模，其支撐一積體電路晶粒；及一上 模，其係可操作以放置於該下模之頂部上以形成可將一塑料材料注射至其中而形成該封裝之一腔體，其中該模具之該上模包括一彈簧加載銷配置，其包括覆蓋該積體電路晶粒上之一感測器區域且當注射該塑料材料時提供一開口之一罩蓋。
本發明之另一態樣提供製造一感測器裝置之一程序，其包括：將一積體電路晶粒放置於放置於一模具之一下模上之一支撐件上；線結合該積體電路晶粒；將一模具之一上模放置於該下模之頂部上以形成一封裝之一腔體，其中該模具之該上模包括一彈簧加載銷配置，其包括覆蓋該積體電路晶粒上之一感測器區域之一罩蓋；及將塑料材料注射至由該上模及該下模形成之該模具中，其中該罩蓋在由該注射塑料材料形成之封裝中提供一開口。
圖1A及圖1B繪示由本發明之程序製成之一開口腔體塑料積體電路(IC)封裝10之一橫截面側視圖及一俯視圖。開口腔體塑料IC封裝10具有定位於一引線框130上之一晶粒140。結合引線135自晶粒140延伸至引線框130。IC封裝10覆蓋有一塑料囊封劑145，其提供一感測器埠或一開口腔體147以使晶粒140上之一感測器可存取其中可放置IC封裝10之周圍條件。
圖1C繪示一模具105中圖1A及圖1B之IC封裝10的一橫截面側視圖。在製造程序期間，將呈一模製化合物形式之囊封劑抽排至該模具中以覆蓋互連件或結合引線。模具105包括兩個半體模具：該模具之一上模110及該模具之一下模120。該模具之上模110具有一銷160，當將該模具安裝於引線框130上時銷160接觸晶粒140之上表面。銷160防止該塑料囊封劑在晶粒140上方之區域中形成之一罩蓋，使得可形成一開口腔體147。
圖2繪示本發明之一模具中之一IC封裝之一橫截面側視圖。模具 105之上模110包括一銷160。銷160具有一銷頭163，其接觸晶粒140。銷160亦具有一力元件161及一錨定元件162。錨定元件162將銷160固定於模具105之上模110中。力元件161一端連接至錨定元件162，且另一端連接至銷頭163。力元件162在遠離錨定元件162的方向上推動銷頭163朝向晶粒140。該力元件可採用此項技術者已知之任何形式，諸如一彈簧、一活塞、一彈性桿、一磁桿等等，其中其具有迫使銷頭163之位置朝向晶粒140之能力。為了在銷頭163與晶粒140之間提供更多均勻接觸，銷頭163可靈活地或樞轉地附接至力元件161。一靈活或可樞轉的附接可容許銷頭163調整其接觸面以與晶粒140對準。在其中晶粒一側較厚及另一側相對較薄的情況下，或若該晶粒未較佳地結合至引線框以在全部點處具有相同高度，此對準可為尤其有益的。
由於IC晶粒在厚度上可變化，力元件非常規運行以保護感測器區域。習知製造裝置使用一固定銷及一高溫膠帶以保護感測器區域且形成開口腔體。然而，因為固定銷根據IC晶粒之厚度可施加不同的接觸壓力給IC晶粒，塑料囊封或樹脂可溢流或流動至其中該IC晶粒上將定位感測器或已定位有感測器的開口腔體中。此外，使用一固定銷及高溫膠帶可能需要額外程序步驟以移除該高溫膠帶。在移除程序期間，感測器經進一步曝露且可能受損。此習知程序在囊封期間使用一極昂貴的高溫膠帶以覆蓋感測器區域，且接著使用一額外程序以自開口腔體手動或使用真空移除該高溫膠帶。此等額外步驟添加單位成本。此外，額外程序步驟具有其等本身的程序問題，即，其等可能刮擦感測器或導致樹脂溢流至感測器上方的開口腔體中。
根據本發明之各種實施例，亦證明該力或彈簧加載概念不會對感測器區域導致任何損壞。根據各種實施例之技術利用類似於僅存在於設備處置程序中以進行零件測試之一彈簧加載探針技術之一彈簧加載銷(例如，提供一測試裝置與一矽晶粒上之結合墊的電連接)。
根據一實施例，在轉移模製程序中使用一彈簧加載探針或銷以在塑料封裝中(諸如在一薄型四邊平面無引線封裝中)產生一開口。一類似概念可應用於用於(例如)需要一開口以曝露裝置之一感測器區域之一氣體或壓力感測器應用的任何其他塑料封裝中。
在一模具中使用一彈簧加載銷(例如在一模具之上半模中)，在不對感測器區域導致任何種類之損壞之情況下提供具經濟效益之程序。在轉移模製程序期間，該彈簧加載腔體封裝將不再導致任何損壞。
圖3展示根據各種實施例之一二件式模具。模具之下模120提供一晶粒140之支撐件，晶粒140可放置於一引線框130上。上模110包含彈簧模製銷配置190，其中支撐一罩蓋150之一銷160提供感測器區域之一罩蓋，該感測器區域可配置於引線框130上之晶粒140之中心。該彈簧可配置於一彈簧外殼170之內側且當未將該模具之上模110放置於下模120上時將罩蓋150延伸至中空空間100中或超過中空空間100，如圖3中所展示。一旦將模具之上模110放置於下模120上，藉由晶粒140將彈簧加載銷160推動回去。可提供一額外開口180以回縮罩蓋150。設計該延伸長度，使得彈簧加載銷配置190之罩蓋部分150將在外殼中形成一開口。根據晶粒140之厚度，彈簧加載銷配置190進一步提供自動調整。因此，單一上模110可用於各種晶粒厚度。一旦藉由將模具之上模110放於下模120之頂部上而關閉該模具，可將塑料注射至中空空間100中以包圍及密封外殼內之晶粒140且同時在外殼之頂端部分中形成開口。回縮該模具之上模使得在不損壞感測器區域之情況下完成感測裝置封裝。
圖4A以一流程圖之形式展示本發明之一IC封裝之製造程序，其中該程序包括三個子程序：晶粒附接、引線結合器及模製。對於晶粒附接子程序，供給410晶圓以引入至檢查411程序中。接著安裝412及鋸切413該等晶圓。接著將晶粒附接422至引線框。可使用諸如一ASM AD898之一機器，其中該機器可具有用於上至8英寸晶圓之含有晶圓卡式升降機之一自動晶圓處置系統。此一機器能夠處置自0.25mm x 0.25mm至25.4mm x 25.4mm之晶粒大小。該機器亦可施加30g至2000g之一結合力及提供多灰度等級之PRS。圖4B繪示在晶粒附接子程序結束時之一IC。
再次參考圖4A，對於引線結合器子程序，供給420引線框以引入至該檢查421程序中。接著使用結合引線將晶粒結合423至引線框。接著執行所謂第三光學質量評估(QA)424之一步驟。此子程序產生引線結合積體電路。可使用諸如一ASM Eagle-60或等效之一機器。線的大小可為15微米至50.8微米Au。線的最大長度可為8毫米。對於2毫米引線，結合速度可為60+毫秒。結合放置精度可為±3.0微米。結合區域可為54mm x 65mm。圖4C繪示引線結合器子程序結束時之一IC。
再次參考圖4A，對於模製子程序，供給430化合物以引入至該檢查431程序中。接著模製432該等晶圓以形成IC封裝。接著標記433該等晶圓。接著執行一鋸切單粒化步驟434以分離該等IC封裝。執行一目視檢查435，且接著封裝及裝運436該等IC。一ASAHI Cosmo-T機器可用於該模製子程序。模具溫度可為180℃±5℃。轉移壓力可為35kgf。鎖模力可為45噸。模內固化時間可為90秒。圖4D繪示在模製子程序結束時之一IC。
可使用此項技術者已知之材料來製造IC。例如，引線框可為μPPF 0.2毫米厚，其中墊的大小可為2.90mm x 2.90mm且所曝露墊之大小可為2.60mm x 2.60mm。晶粒附接之環氧樹脂可為Sumitomo CRM1076NS。可使用具有MKE 0.8密耳之一直徑之金線。一模具化合物可為Sumitomo G770HCD，其中晶片大小可為14 x 6.0g。
圖5A至圖5C展示使用一TQFN封裝之一環境感測器之一IC封裝10的俯視圖、側視圖及仰視圖。開口腔體147之深度可為大約0.35mm ±0.05，且開口腔體147之直徑可為大約1毫米，對於一封裝而言為大約4平方毫米。自側面及底部可見引線框130，分別如圖5B及圖5C中所展示。
圖6A及圖6B展示用於一感測器裝置陣列之一引線框及一上模腔體設計，其中圖6A係整體陣列605之一俯視圖，而圖6B係陣列605之一部分之一橫截面側視圖。例示性上模腔體設計具有四個面板610，其中對於具有總計480個IC之一陣列610，各面板係10 x 12。各面板610具有含有一晶粒140陣列之一引線框130，其中相對於各晶粒140使用一銷160以形成晶粒上之一感測器之一開口腔體。根據一實施例，陣列605可為TQFN 4x4壓力感測器之一TQFN上模腔體設計。
圖7A及圖7B展示根據各種實施例之彈簧加載銷配置之一例示性實施例。圖7A係一彈簧模製銷配置190之一側視圖。彈簧模製銷配置190包括一彈簧外殼170、一銷160及一罩蓋150。圖7B係罩蓋150之一端視圖。罩蓋150具有一環形接觸面151，其容許罩蓋150產生更多與晶粒140(參見圖3)之均勻接觸以防止塑料囊封劑溢出至開口腔體147(參見圖1A)中。罩蓋150之外側直徑可為大約1.2毫米，及罩蓋150中之圓錐形凹槽之內側直徑可為大約1.0毫米，使得環形接觸面151可為大約0.1毫米寬。彈簧模製銷配置190可由足以使加熱至至少300℃之塑料囊封劑持久曝露之材料構成。彈簧外殼170內側之彈簧力可為大約80g至120g。
在本發明之替代實施例中，可在一單個IC上形成複數個開口腔體。為了形成複數個開口腔體，在一模製子程序期間，可施加複數個罩蓋150或銷頭163於一單個IC上。其中獨立地迫使複數個銷抵靠該晶粒，該獨立施加之力可確保塑料囊封劑不能進入任何開口腔體，此係因為該複數個銷各者能夠與晶粒緊密接觸。此外，在一模製子程序期間，可施加一單個罩蓋150或銷頭163於一單個IC，但單個罩蓋150或 銷頭163包括複數個接觸面151。在圖7B中所繪示之實施例中，接觸面151係環形的，但在替代實施例中，接觸面可為任何形狀或組態且可包括複數個接觸面。在其中複數個感測器附接至一單個IC之情況下，複數個開口腔體147係有用的。
10‧‧‧開口腔體塑料積體電路(IC)封裝
100‧‧‧中空空間
105‧‧‧模具
110‧‧‧上模
120‧‧‧下模
130‧‧‧引線框
135‧‧‧結合引線
140‧‧‧晶粒
145‧‧‧塑料囊封劑
147‧‧‧感測器埠/開口腔體
150‧‧‧罩蓋/罩蓋部分
160‧‧‧銷
161‧‧‧力元件
162‧‧‧錨定元件
163‧‧‧銷頭
170‧‧‧彈簧外殼
180‧‧‧額外開口
190‧‧‧彈簧加載銷配置/彈簧模製銷配置
605‧‧‧陣列
610‧‧‧面板/陣列
105‧‧‧模具
110‧‧‧上模
120‧‧‧下模
140‧‧‧晶粒
160‧‧‧銷
161‧‧‧力元件
162‧‧‧錨定元件
163‧‧‧銷頭

Claims (20)

  1. 一種模具，其用於形成一積體電路感測器裝置之一封裝，該模具包括：一下模，其支撐一積體電路晶粒；一上模，其係可操作以放置於該下模之頂部上以形成可將一塑料材料注射至其中以形成該封裝之一腔體，其中該模具之該上模包括一彈簧加載銷配置，其包括覆蓋該積體電路晶粒上之一感測器區域且當注射該塑料材料時提供一開口之一罩蓋。
  2. 如請求項1之模具，其中該彈簧加載銷配置包括支撐一銷之一彈簧外殼，該銷可抵著一彈簧力垂直地移動。
  3. 如請求項2之模具，進一步包括一罩蓋，其附接至經組態以覆蓋該感測器區域之該彈簧加載銷。
  4. 如請求項3之模具，其中該罩蓋提供一圓錐形凹槽。
  5. 如請求項3之模具，其中該罩蓋係由高溫塑料材料製成。
  6. 如請求項2之模具，其中該銷可自該彈簧外殼延伸大約4至5毫米。
  7. 如請求項6之模具，其中該彈簧提供大約80g至120g之一彈簧力。
  8. 一種包括複數個彈簧加載銷配置之上模，各彈簧加載配置包括一罩蓋，其覆蓋該積體電路晶粒上之一感測器區域且當注射該塑料材料至藉由將該上模放置於一下模上而形成之一模具中時提供一開口。
  9. 一種製造一感測器裝置之程序，其包括：將一積體電路晶粒放置在放置於一模具之一下模上之一支撐件； 線結合該積體電路晶粒；將一模具之一上模放置於該下模之頂部上以形成用於一封裝之一腔體，其中該模具之該上模包括一彈簧加載銷配置，該彈簧加載銷配置包括覆蓋該積體電路晶粒上之一感測器區域之一罩蓋；及將塑料材料注射至由該上模及下模形成之該模具中，其中該罩蓋在由該注射塑料材料形成之該封裝中提供一開口。
  10. 如請求項9之製造一感測器裝置之程序，其中該將一模具之上模放置於該下模之頂部上以形成用於一封裝之一腔體包括獨立於該模具之該上模之該封閉力，對該積體電路晶粒施加一力。
  11. 一種製造一開口腔體積體電路封裝之程序，該方法包括：將一引線結合積體電路放置於一模具中；藉由在該銷與該模具之間施加一力而迫使一銷接觸該引線結合積體電路之一晶粒；將塑料注射至該模具中；容許該塑料在該積體電路周圍凝固以形成具有由該銷界定之一開口腔體之一封裝；及自該模具移除該開口腔體積體電路封裝。
  12. 如請求項11之製造一開口腔體積體電路封裝之程序，其中該迫使一銷接觸一晶粒包括施加一彈簧力。
  13. 如請求項11之製造一開口腔體積體電路封裝之程序，其中該迫使一銷接觸一晶粒包括施加一活塞力。
  14. 如請求項11之製造一開口腔體積體電路封裝之程序，其中該迫使一銷接觸一晶粒包括施加一彈性桿力。
  15. 如請求項11之製造一開口腔體積體電路封裝之程序，其中該迫使一銷接觸一晶粒包括使該晶粒與該銷之一環形接觸面接觸。
  16. 如請求項11之製造一開口腔體積體電路封裝之程序，其中該迫使一銷接觸一晶粒包括迫使複數個銷接觸一晶粒，且其中該容許該塑料凝固包括容許該塑料在該複數個銷周圍凝固以形成複數個由該複數個銷界定之複數個開口腔體。
  17. 如請求項11之製造一開口腔體積體電路封裝之程序，其中該迫使一銷接觸一晶粒包括迫使具有複數個接觸面之一銷接觸一晶粒，且其中該容許該塑料凝固包括容許該塑料在該複數個接觸面周圍凝固以形成由該複數個接觸面界定的複數個開口腔體。
  18. 如請求項11之製造一開口腔體積體電路封裝之程序，進一步包括相對於該模具樞轉該銷以使一銷接觸面與該晶粒均勻接觸。
  19. 如請求項11之製造一開口腔體積體電路封裝之程序，其中該將一引線結合積體電路放置於一模具中包括將一引線結合積體電路陣列放置於一模具中；其中迫使一銷接觸一晶粒包括迫使一對應銷陣列接觸該引線結合積體電路陣列之該等晶粒；且其中容許該塑料凝固包括容許該塑料在該積體電路陣列周圍凝固以形成具有由該銷陣列界定之開口腔體之一封裝陣列。
  20. 如請求項11之製造一開口腔體積體電路封裝之程序，其中該將一引線結合積體電路放置於一模具中包括藉由對該模具施加一第一力來關閉該模具，其中該迫使一銷接觸一晶粒包括對該銷施加一第二力，其中該第一力及該第二力係不同的。
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