TW201707916A

TW201707916A - 使用微柱封裝位於載體上的電子元件的模具、模壓機以及方法

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Publication number: TW201707916A
Application number: TW105121320A
Authority: TW
Inventors: 約翰納蘭布特斯赫拉杜斯瑪麗亞范羅伊
Original assignee: 貝西荷蘭有限公司
Priority date: 2015-07-06
Filing date: 2016-07-06
Publication date: 2017-03-01
Also published as: TWI648140B; NL2015091B1; WO2017007308A1

Abstract

本發明是關於一種模具，用以封裝位於載體上的電子元件，包含至少兩個模型配件，相互對應且可進行相互運動，分別具有相對應的接觸側相互夾合，以形成至少一個成模腔，圍繞所欲封裝的電子元件，其中至少一個模型配件具有一個成模腔凹陷於接觸側，其中凹陷於上述膜型配件的成模腔的上述接觸側的至少一部份表面上具有彈性微柱。本發明同時是關於一種模壓機，用以封裝位於載體上的電子元件，包含上述模具。本發明還是關於一種封裝位於載體上的電子元件的方法，利用彈性微柱(較佳為彈性纖維微柱)來支撐至少一部份位於成模腔中的金屬薄膜。

Description

使用微柱封裝位於載體上的電子元件的模具、模壓機以及方法

本發明是關於一種用於封裝位於載體上的電子元件的模具，包含至少兩個可位移的模型配件，上述模型配件藉由各自的接觸側以相互夾合，形成至少一個成模腔圍繞所欲封裝的電子元件。本發明同時關於一種模壓機，用於封裝位於載體上的電子元件，以及一種封裝方法，用於封裝位於載體上的電子元件。

使用封裝材料來對位於載體上的電子元件進行封裝，是普遍使用的習知技術。以製程產業來說，上述類型之電子元件通常會使用固化的環氧樹脂與其他添加材料來進行封裝。目前市場趨勢來說，傾向同時進行大量小尺寸電子元件的封裝。小尺寸電子元件如半導體 (晶片、LED)，並且尺寸還日趨縮小。當於封裝體(package)中使用的封裝材料，被配置用來大量封裝電子元件，封裝體有時會位於載體的一側，更或是位於載體的兩側來同時進行封裝。封裝材料通常是以一平坦層的型式接觸於載體。載體可以包含引線框架、多層結構基板、環氧物加工品 (通常稱為載板或基層等)，或是其他種載體結構。

在封裝的過程中，通常是利用具有相對應形狀的兩半模的模壓機，並且至少其中一個半模具有一或多個凹陷之成模腔。將安裝有電子元件的載體置於兩半模之間，兩半模會向彼此移動靠近，更或例如兩半模彼此靠近並夾住載體。經過一般程序加熱過的液態封裝材料接著被填入成模腔中，如藉由傳遞模塑法 (transfer moulding)。或是，將例如是顆粒狀的封裝材料在兩半模合起來之前送入成模腔中，因此電子元件可以被模壓使其置入封裝材料中；此種施壓封裝方法是傳遞模塑法的另一種實施方式。常用的封裝材料為環氧樹膠 (或稱樹脂)，並且通常會與其他添加物一起使用。在至少部分封裝材料於成模腔中(化學)固化後，會將具有封裝好的電子元件的載體從模壓機中取出。並且在進行下一個步驟之前，會將封裝好的電子元件彼此分離。在封裝製程中，可使用金屬薄膜來屏蔽或覆蓋部分之電子元件，以防止部分之電子元件被封裝材料覆蓋，同時還可以屏蔽在封裝材料與模具表面之間。部分被覆蓋的產品(未覆蓋於模壓產品，同時也稱之為 “裸晶” 或 “暴露晶粒” 產品)可以應用於各種產品；如現有的多種不同的感應元件、超薄包裝(ultra-thin packages)或散熱元件。上述的封裝方法使用於較大尺寸的產品，並且能提供良好的封裝效果於上述部分未被覆蓋的電子元件。但由於市場產品的尺寸日亦縮小，習知技術在封裝步驟以及對於封裝的電子元件的後續處理步驟中，對於封裝後產品無法提供精準的尺寸大小控制，來符合市場對於精準度的要求。

基於上述問題與需求，本發明目的在提供一種替代的方法與裝置，具有習知封裝方法的優勢，並且提供較佳、較精準的電子元件封裝。

為達上述目的，本發明提供一種用於封裝位於載體上的電子元件的模具包含至少兩個模型配件，可相互位移運動，上述至少兩個模型配件設置以彼此對應，例如彼此間具有對應的接觸側可以相互夾緊或卡合，以形成至少一個成模腔以圍繞包含所欲封裝的電子元件，其中至少一個模型配件具有一個成模腔嵌於/凹陷於上述模型配件的接觸側；其中，凹陷於上述膜型配件的成模腔的上述接觸側的至少一部份表面上具有彈性微柱(micro-pillars)，較佳為彈性纖維微柱 (即，使用彈性纖維elastomer製成的微柱)。在此層面而言，凹陷於接觸側的成模腔，可以被理解為成模配件接觸側的一部份，其中成模腔為凹陷的。因微柱具有的彈性/伸縮性之特性，微柱存在於一個模型配件的表面上，可以補償所欲成模的電子元件(至少一部分被封裝材料包圍)之間的微小高度差。微柱通常具有線性關係的力-位移曲線(load-displacement curve)，並且其塑性變型(plastic deformation) (微柱構型的壓縮和/或彎曲)之特性，可以避免微柱大幅膨脹的狀況產生。特別是當金屬薄膜壓於電子元件上，以使部份之電子元件不會被封裝材料覆蓋，此狀況下微柱雖可以提供高度差的補償，但能補償的位於載體上的電子元件(晶粒、晶片或其他元件)的高度差範圍有限，並且由於部分電子元件未被封裝材料覆蓋，可能會在封裝過程中造成電子元件表面的汙染。上述汙染的預防方法可以為通稱的免模滲/模漫法(bleed-and-flash free moulding，或稱無膠邊模壓法)。依據習知技術之方法，彈性金屬薄膜被用來改善有限的高度差，但由於金屬薄膜的特性，可能會造成垂直方向上，對於電子元件以及/或電子元件與載體的連接(如覆晶連線中的導柱或凸塊)，具有較高的壓力與應力，同時也會造成中介層(interposer)或是載體中的高應力，導致金屬薄膜對於高度適應之特性的靈活性是非常有限的。高應力(高貨載)可能會導致所欲封裝的電子元件的破裂，破裂例如發生在電子元件與環境(載體)之間的中間連接部分，及/或在電子元件安裝基底或是載體上，因此應避免上述高應力產生。當載體為基板以及/或是材質為玻璃或矽時，如晶圓，提升應力可能還會導致載體受損。習知技術中使用金屬薄膜來提供模具中的區域應力，但僅僅是部分而已，而本發明進一步改善了習知技術模具中區域應力有限的提升，因而減少發生於電子元件、配件與載體的損傷。本發明特別適用於位於載體的電子元件，其中載體可以為(矽)晶圓，及/或具有多層平坦結構的基板，該基板提供有一承載面以及電性傳導支撐結構。

另外，本發明可以避免習知電子元件封裝技術中使用金屬薄膜的另一缺點，位於電子元件與模型配件接觸面之間的金屬薄膜的壓縮力，金屬薄膜覆蓋區域之部分材料產生區域性的壓縮，使材料側向位移，對周圍被金屬薄膜覆蓋的電子元件產生侵害。考量產品的可靠性與美觀性，並且考量現在越來越微小化/薄化的封裝要求，上述的壓縮侵害是無法被接受的。依據本發明配合使用的微柱可以預防，或是至少減少上述封裝侵害周圍壓膜的電子元件的狀況產生。當與金屬薄膜同時使用時，本發明的微柱可以彈性變型，以使金屬薄膜的應力/負載降低，使金屬薄膜層可以重複使用多次(使用於多次封裝循環)，不同於習知技術中，高度差的補償僅能由金屬薄膜來提供。因此，本發明可以減少金屬薄膜於封裝製程中的消耗，進而達到降低製程成本之功效。

於本發明之一實施例中，微柱垂直地連接於模型配件的表面上。一般來說，微柱在垂直方向上的彈性具有最大值以及最佳的穩定度。特別是在微柱的縱向方向上(微柱的延伸方向)，微柱能提供所需的彈性以補償封裝電子元件的高度差。進一步控制微柱的彈性特性以及封裝結構所包含的應力，可以藉由將複數個微柱以陣列設置的方式來實現。

為了使微柱能朝向未被封裝材料覆蓋之部分電子元件之一側，微柱接觸於模型配件的成模腔具有之接觸面的凹陷部分。

為使微柱能有效的支撐金屬薄膜層，微柱接觸於模型配件表面，並且其遠離模型配件表面的一側具有微球型的尖端。上述於微柱尖端的微球型可以提高微柱的使用期限。

另外，如同習知技術中的模具，本案結合使用微柱，並且至少一個模型配件提供有抽吸通道，開口於模型配件的接觸側，以及/或至少一個模型配件提供有進料管，以使封裝材料嵌入於模具配件並且連接於成模腔。

本案的微柱還可以為中空的結構，以提供微柱更好的彈性。上述微柱也可被稱為「微管」(micro tubes)或是「奈米管」(nano tubes)，並且例如可以是管狀結構，由碳、矽、氮化硼、聚二甲矽氧烷(PDMS)或其他適合之材質構成。微柱的尺寸至少是高度2,000μm、橫剖面寬度100μm，並且微柱每平方公分的數量可以從幾千到幾百萬不限。微柱例如可以是經由光刻、蝕刻、沉積、模壓或其他適合之技術製作而成。

本發明同時提供一種模壓機，用於封裝位於載體上的電子元件，包含：如上所述之模具，包含至少兩個模型配件，可相互位移運動，上述至少兩個模型配件設置彼此對應，例如彼此間具有對應的接觸側可以相互夾緊或卡合，以形成至少一個成模腔以圍繞包含所欲封裝的電子元件，其中至少一個模型配件具有一個成模腔嵌於/凹陷於上述模型配件的接觸側，並且其中，上述模型配件具有的接觸側上的凹陷的成模腔的至少一部份表面上具有彈性微柱(micro-pillars)，較佳為彈性纖維微柱 (elastomeric micro-pillars，即，使用彈性纖維elastomer製成的微柱)；進料工具，以將封裝材料填入於成模腔；以及驅動系統，以移動相對應的上述模型配件，使載體夾於模型配件之接觸側之間，同時提供可控制之壓力，其中本案之模壓機提供有金屬薄膜處理器，以從遠離模型配件表面之一側來覆蓋連接於模型配件表面上的微柱。因此本發明提供之模壓機，同樣可實現本發明之模具的功效，請參考如上所述之功效。特別是結合使用至少一個具有多個微柱的結構的模型配件與金屬薄膜處理器(正常會設計成一個金屬箔進料輥以及一個金屬箔排出輥，位於模型配件的相對側)，以於封裝過程中，支撐覆蓋於部分電子元件的金屬薄膜。微柱接觸於一個模型配件，提供彈性的表面支撐力。金屬薄膜處理器被設置用來操作金屬薄膜，使其可以反抗覆蓋的模型配件中的至少一個成模腔。微柱支撐與金屬薄膜的結合使用，因微柱可用來補償封裝電子元件間的高度差，因此可以減少製程成本(因金屬薄膜使用的減少)，並能提供較佳的模壓效果(較少更或不具有可塑的變型特性的金屬薄膜帶來較少的受壓性(dwelling)，以及未被封裝材料覆蓋之部分電子元件能具有較少的模滲及/或模漫現象產生)。金屬薄膜還可以使模壓的電子元件輕易從模具上脫離；此種金屬薄膜稱為「脫離箔」(release foil)。

模壓機同時還提供有抽吸工具，連接於抽吸通道，其中抽吸通道開口於模型配件的接觸側，可以使金屬薄膜吸附於模型配件上(因抽吸通道中的低壓力)，以及連接於模型配件的微柱上，因此可以進一步支撐金屬薄膜於模型配件的定位性(於位置的持續穩定性)。

本發明同時提供一種封裝方法，用於封裝位於載體上的電子元件，包含製程步驟：A) 使用金屬薄膜層覆蓋至少部分之模型配件之接觸側，上述被覆蓋的部分之模型配件之接觸側具有至少一個凹陷之成模腔；B) 將具有電子元件的載體置於至少兩個模型配件之間，其中至少一個模型配件的至少一部份被金屬薄膜層覆蓋；C) 模型配件朝向彼此移動，以將載體夾合於對應於模型配件的接觸側之間，並且至少一個成模腔圍繞所欲封裝的電子元件；D) 將封裝材料置入成模腔中；E) 將模型配件移動遠離彼此，並將具有模壓好的電子元件的載體從模型配件之間移出；其中於成模腔中的金屬薄膜層至少部分被彈性微柱支撐，彈性微柱較佳為彈性纖維微柱，連接於模型配件之表面，較佳為模型配件上的凹陷成模腔之表面。特別是，所欲模壓的電子元件可以接觸金屬薄膜層於成模腔中。上述之方法有利於通稱的「裸晶」的製造。更多的說明與功效，請參考上述關於本案提供之模具與模壓機的說明段落。微柱可以依據所欲模壓的電子元件之高度差值被壓縮及/或變型。

封裝材料的置入如上步驟D)，進行於步驟C)模型配件朝向彼此移動之後，藉由施加壓力於封裝材料，來將液態的封裝材料取代進入圍繞電子元件的成模腔中。上述的模壓技術也被稱為傳遞與壓縮模塑法(transfer moulding and compression moulding)。於另一模壓方法中，封裝材料的置入步驟D)，進行於步驟C)模型配件朝向彼此移動之前。此種模壓製程也被稱為壓縮成型法(compression moulding)。本發明提供之模壓方法可以獨立地被應用。一般來說，封裝材料會於模壓前或是模壓過程中被加熱，但本發明並不以此為限。

在模型配件移動遠離彼此的步驟E)之前，封裝材料可以至少一部分被固化，使模塑成型的產品不會在脫離模具的過程中失去形狀。

圖1A，以及細部結構圖1B，所示為模具1的剖面圖，用以封裝位於載體3上的電子元件2。模具1包含兩個模型配件：一個上模型配件4與一個下模型配件5，兩者可相互位移運動。如圖1A與1B所示，模型配件4與5朝向彼此移動，以將載體3夾合於兩模型配件4、5的接觸側之間。上模型配件4的成模腔6向內凹陷，可以將電子元件2包含於其中。金屬薄膜7置於上模型配件4的接觸側，具有提升模壓後的電子元件脫離的功效，同時還可以使電子元件2的上側與封裝材料8隔離。將隔離材料8置入模型配件4、5之間，尤其是置入成模腔6的空間之中(即位於電子元件2之間的位置)。於成模腔6中，底盤9承載有大量的微柱10，較佳地為彈性纖維微柱。微柱10可伸縮地、彈性地支撐金屬薄膜7，提供如上所述的本發明之優勢。

如圖2A所示之微柱11，例如是彈性纖維微柱，是微柱11之軸向未施予負重/壓力的狀況所繪製之示意圖，其具有未負重長度L₁ 。圖2B所示為相同之微柱11施加壓力F時，長度減少為有效支撐長度L₂ 。有效支撐長度L₂ 是藉由彎曲微柱11來實現。圖2C所示為相同之微柱11，同樣處於施加壓力F的狀態，其長度減少為有效支撐長度L₂ ，不同的是，此實施例中長度的減少是藉由壓縮微柱11本身，來達到有效支撐長度L₂ 。圖2D所示為圖2B與圖2C兩狀態的結合，藉由微柱11的部分壓縮與部分彎曲，來達到有效支撐長度L₂ 。

1‧‧‧模具
2‧‧‧電子元件
3‧‧‧載體
4、5‧‧‧模型配件
6‧‧‧成模腔
7‧‧‧金屬薄膜
8‧‧‧隔離材料
9‧‧‧底盤
10、11‧‧‧微柱
L₁、L₂‧‧‧長度

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下，但並非用以限制本發明：圖1A所示為依據本發明所繪製，模具之剖面結構側視圖；圖1B所示為圖1A所示側視圖的詳細結構示意圖；圖2A所示為未施加壓力時的微柱示意圖；以及圖2B-2D所示為圖2A所示之微柱，處於不同壓力狀況之示意圖。

1‧‧‧模具

2‧‧‧電子元件

3‧‧‧載體

4、5‧‧‧模型配件

6‧‧‧成模腔

7‧‧‧金屬薄膜

8‧‧‧隔離材料

9‧‧‧底盤

10‧‧‧微柱

Claims

一種模具，用以封裝位於載體上的電子元件，包含至少兩個模型配件，相互對應且可進行相互位移，藉由分別具有的相對應之一接觸側相互夾合，以形成至少一成模腔，圍繞所欲封裝的該電子元件，其中至少一個該模型配件具有一個該成模腔凹陷於該接觸側，其特徵在於：該模型配件具有的該接觸側上的凹陷之該成模腔的至少一部份表面上具有彈性微柱。
如請求項1所述之模具，其中該微柱使用彈性纖維製成。
如請求項1或2中任一項所述之模具，其中該微柱為一中空結構。
如請求項1~3中任一項所述之模具，其中該微柱垂直地接觸於該模型配件之該表面。
如請求項1~4中任一項所述之模具，其中多個該微柱以陣列方式排列。
如請求項1~5中任一項所述之模具，其中該微柱接觸於該模型配件之該表面，並且遠離該模型配件該表面的一側具有微球型尖端。
如請求項1~6中任一項所述之模具，其中至少一個該模型配件具有一抽吸通道，開口於該模型配件的該接觸側。
如請求項1~7中任一項所述之模具，其中至少一個該模型配件具有一進料管，連接於該成模腔，以使封裝材料嵌入於該模具配件。
一種模壓機，用於封裝位於載體上的電子元件，包含：一模具，如請求項1~8所述；一進料工具，以將封裝材料填入於該成模腔中；一驅動系統，以移動相互對應之該模型配件，使載體於可控制之壓力下夾於該模型配件之該接觸側之間；以及一金屬薄膜處理器，以從該微柱連接於該模型配件該表面之另側來覆蓋該微柱。
如請求項9所述之模壓機，其中該金屬薄膜處理器具有一金屬箔進料輥以及一金屬箔排出輥，分別位於該模型配件的相對不同側。
如請求項9或10中任一項所述之模壓機，其中還包含一抽吸工具，連接於一抽吸通道，其中該抽吸通道開口於至少一個該模型配件的該接觸側。
一種封裝方法，用於封裝位於載體上的電子元件，包含步驟： A) 將至少一部分之一模型配件之一接觸側以一金屬薄膜層覆蓋，該被覆蓋的該部分之該模型配件之該接觸側具有至少一凹陷之成模腔； B) 將具有電子元件的一載體置於至少兩個模型配件之間，其中該兩個模型配件中的至少一個具有該至少一部份被該金屬薄膜層覆蓋； C) 該兩個模型配件朝向彼此移動，以將該載體夾合於該兩個模型配件分別具有的兩接觸側之間，並且至少一個該成模腔圍繞所欲封裝的該電子元件； D) 將一封裝材料置入該成模腔中；以及 E) 移動該模型配件遠離彼此，並將具有模壓好的該電子元件的該載體從該模型配件間移出，其中於該成模腔中的該金屬薄膜層至少部分被多個彈性微柱支撐，該彈性微柱較佳為彈性纖維微柱，該彈性微柱連接於該模型配件上凹陷的該成模腔之一表面。
如請求項12所述之封裝方法，其中所欲封裝之該電子元件位於該成模腔中接觸於該金屬薄膜層。
如請求項12或13中之任一項所述之封裝方法，其中該步驟 D) 將該封裝材料置入該成模腔中進行於該步驟C) 該兩個模型配件朝向彼此移動之後，藉由施加壓力於該封裝材料，來使液態的該封裝材料進入圍繞該電子元件的該成模腔中。
如請求項14所述之封裝方法，其中於該步驟E)移動該模型配件遠離彼此之前，還包含：固化至少部分該封裝材料。
如請求項12或13中之任一項所述之封裝方法，其中該步驟D) 將一封裝材料置入該成模腔中進行於該步驟C) 該兩個模型配件朝向彼此移動之前。