TW202143411A - 用於封裝電子器件的雙面成型 - Google Patents

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Abstract

一種用於成型安裝在襯底的第一面和第二面上的電子元件的成型系統具有型腔，襯底可放置在該型腔上進行成型。型腔具有第一部分和第二部分，第一部分覆蓋襯底的第一面的成型部分，第二部分覆蓋襯底的第二面的成型部分。第一罐和第二罐具有用於壓縮放置在其中的模塑膠的柱塞。第一流道和第二流道將第一罐和第二罐連接至型腔的第一部分和第二部分用於將模塑膠導向到襯底的兩面上。特別地，流道至少從襯底的邊緣沿襯底的兩面延伸至型腔。

Description

用於封裝電子器件的雙面成型
本發明涉及封裝電子器件期間電子器件的成型，並且尤其涉及同時在襯底的兩面上進行成型。
在半導體組裝和封裝工業中，通常需要使用模塑膠(例如樹脂材料)對安裝在襯底上的半導體和其他電子器件進行成型，以保護其免受環境影響。傳統上，僅對安裝在襯底的一面上的電子器件進行成型。
然而，現代電子器件可能具有安裝在襯底的兩面上的電子器件，從而必須在襯底的兩面上進行成型，以保護這些元件免受環境影響。圖1是雙面封裝的封裝體10的側視圖。雙面封裝的封裝體10包括頂部封裝體12和底部封裝體，頂部封裝體12是在襯底16的第一面上成型的，底部封裝體是在襯底16的與第一面相對的第二面上成型的。頂部封裝體12和底部封裝體14分別使用模塑膠20封裝已經安裝在襯底16的第一面和第二面上的多個電子器件(例如半導體晶粒18)。
在現有技術中，已經採用各種方法來封裝襯底16的第一面和第二面。一種方法採用了多步技術，其中，在單獨的技術中單獨成型襯底16的每一面。問題在於，進行多道成型會因進行每道成型技術所需的熱量和壓力而導致襯底16具有發生變形和翹曲的高風險。同樣，在雙面封裝技術中，為了儘量減少封裝體變形和翹曲，通常需要較高的製造成本。
設計一種更具成本效益、適合大批量製造且不需要使用定制材料的用於成型襯底的兩面的裝置，將會是有益的。
因此，本發明的目的在於提供一種用於成型襯底的兩面的設備，該設備避免或改善了現有技術的缺點。
根據本發明的第一態樣，提供了一種用於成型安裝在襯底的第一面和第二面的電子元件的成型系統，所述成型系統包括：型腔，所述襯底可放置在所述型腔上，所述型腔具有第一部分和第二部分，所述第一部分覆蓋所述襯底的所述第一面的成型部分，所述第二部分覆蓋所述襯底的所述第二面的成型部分；第一柱塞和第二柱塞，所述第一柱塞位於第一罐中、用於壓縮放置在所述第一罐中的模塑膠，所述第二柱塞位於第二罐中、用於壓縮放置在所述第二罐中的模塑膠；第一流道，所述第一流道將所述第一罐連接至所述型腔的所述第一部分、用於將所述模塑膠導向到所述襯底的第一面上；以及第二流道，所述第二流道將所述第二罐連接至所述型腔的所述第二部分、用於將所述模塑膠導向到所述襯底的第二面上；其中，所述第一流道至少從所述襯底的邊緣沿所述襯底的所述第一面延伸至所述型腔的所述第一部分，並且所述第二流道至少從所述襯底的邊緣沿所述襯底的所述第二面延伸至所述型腔的所述第二部分。
根據本發明的第二態樣，提供了一種用於成型安裝在襯底的第一面和第二面上的電子元件的成型系統，所述成型系統包括：型腔，所述襯底可放置在所述型腔上，所述型腔具有第一部分和第二部分，所述第一部分覆蓋所述襯底的所述第一面的成型部分，所述第二部分覆蓋所述襯底的所述第二面的成型部分；第一柱塞和第二柱塞，所述第一柱塞位於第一罐中、用於壓縮放置在所述第一罐中的模塑膠，所述第二柱塞位於第二罐中、用於壓縮放置在所述第二罐中的模塑膠；第一流道，所述第一流道將所述第一罐連接至所述型腔的所述第一部分、用於將所述模塑膠導向到所述襯底的第一面上；第二流道，所述第二流道將所述第二罐連接至所述型腔的所述第二部分、用於將所述模塑膠導向到所述襯底的第二面上；以及互連通道，所述互連通道將所述第一罐和所述第二罐彼此連接，從而允許在所述第一罐和所述第二罐中的模塑膠之間進行流體連通。
下文將參考解釋本發明的具體較佳實施例的附圖更加詳細地描述本發明，這將是方便的。附圖以及相關說明的特殊性不應被理解為取代申請專利範圍所限定的本發明的廣泛標識的一般性。
圖2是根據本發明較佳實施例包括雙柱塞22、26的雙面成型系統的側視圖。該成型系統是傳遞成型系統，並包括第一罐和第二罐，第一罐可以是頂罐21，第一或頂部柱塞22活動地位於頂罐21中，第二罐可以是底罐25，第二或底部柱塞26活動地位於底罐25中。第一或頂部剔除部分24位於頂罐21的上表面，並且第一或頂部流道30與其連接。同樣，第二或底部剔除部分28位於底罐25的上表面，並且第二或底部流道32與其連接。
對於襯底16的成型，襯底16可位於型腔中，型腔包括形式為頂腔11的第一部分和形式為底腔13的第二部分，第一部分覆蓋襯底16的第一面的成型部分，第二部分覆蓋襯底16的與第一面相對的第二面的成型部分。在該構造中，頂部流道30經由頂部剔除部分24將頂罐21中的模塑膠直接流體連接至頂腔11，並且底部流道32經由底部剔除部分28將底罐25中的模塑膠直接流體連接至底腔13。
頂腔11和底腔13的位置被設置為使得：當模塑膠置入頂罐21和底罐25中並且頂部柱塞22和底部柱塞26移動以分別壓縮頂罐21和底罐25中的模塑膠時，罐21、25中的模塑膠噴射通過頂部流道32和底部流道34直接進入頂腔11和底腔13中，以將模塑膠導向到襯底16的第一面和第二面上。模塑膠在頂腔11和底腔13中固化後，模塑膠呈現頂腔11和底腔13的形狀，以分別形成成型的頂部封裝體12和底部封裝體14。因此，襯底16的第一面和第二面上的半導體晶粒18由固化的模塑膠20封裝。
應當注意的是，頂部流道30至少在襯底16的第一面上從襯底16的邊緣延伸至頂腔11，並且底部流道32至少在襯底16的第二面上從襯底16的邊緣延伸至底腔13。這確保了頂部流道30和底部流道32沿襯底16的第一面和第二面形成不同的模塑膠通道路徑，以避免定制材料（例如定制襯底）的需要，從而允許雙面成型。在襯底16的邊緣與型腔之間，頂部流道30與襯底16的第一面接觸，並且底部流道32與襯底16的第二面接觸。
儘管為了清晰起見，頂罐21和底罐25被示出為處於不同的高度(在本實施例中，頂罐21的高度比底罐25高)，也可以將頂罐21和底罐25佈置在相同的高度。在本實施例中，應當重新佈線頂部流道30和底部流道32，使得它們最終沿襯底16的頂面和底面延伸，至少從襯底16的邊緣延伸至型腔，以將模塑膠20分別引導至頂腔11和底腔13。
圖3是圖2所示的雙面成型系統的平面圖。固化的模塑膠20已經覆蓋了襯底16的第一面或頂面的成型部分，並且在成型部分的外部形成的模塑膠20示出了模塑膠20採用的流動路徑。因此，模塑膠20填充頂部封裝體12。從該平面圖中可以看出，不同的頂部流道30和底部流道32彼此間隔，並且頂部剔除部分24和底部剔除部分28位於頂罐21和底罐25的上表面。特別地，可以觀察到，頂部流道30佈置在襯底16的第一面或頂面上方，至少沿襯底16的第一面從襯底16的邊緣延伸，使得頂部流道30將頂部剔除部分24直接連接至頂腔11。另一方面，底部流道32佈置為使得底部流道32的一部分至少從襯底16的邊緣在襯底16的第二面或底面的下方延伸，使得底部流道32將底部剔除部分28直接連接至底腔13。
圖4是包括多個根據圖2和圖3所示的雙面成型系統的鑄模槽35的表面的平面圖。示出了兩排腔體（從該視圖中僅能看到頂腔11的位置），在此可以放置多個襯底16。示出了六個成型部分，在此，該多個襯底16上的頂部封裝體12被封裝在腔體中，以形成兩排頂部封裝體12。連接至頂部封裝體12和底部封裝體14中的每一個的位於中央的成對的頂部剔除部分24和底部剔除部分28位於所述兩排頂部封裝體12中間。如圖4所示，存在兩排位於中央的剔除部分24、28，其中，罐21、25位於剔除部分24、28下方。這些罐21、25佈置在兩排底腔13之間，並且柱塞22、26分別位於剔除部分24、28之一下方的罐21、25中。因此，在本實施例中，設有佈置在鑄模槽35的表面上的兩排腔體，並且在兩排腔體之間按兩排相應地佈置有兩排多個罐21、25。
每個頂部剔除部分24直接流體連接至襯底16的頂表面上的每個頂部封裝體12，同時每個底部剔除部分28相應地直接流體連接至襯底16的底表面上的每個底部封裝體14。
圖5是包括聯接的剔除部分24、28的雙面成型系統的另一較佳實施例的平面圖。雖然本實施例在其他方面與圖3所示的實施例類似，位於頂罐21頂部的頂部剔除部分24通過互連通道34與位於底罐25頂部的底部剔除部分28聯接。換言之，頂罐21流體連接或聯接至底罐25，使得在頂罐21和底罐25中的模塑膠之間存在流體連通。
通常圖2和圖3中示出的本發明的前述實施例面臨的潛在問題在於：由於頂部封裝體12和底部封裝體14是彼此獨立的，因此，模塑膠從頂罐21和底罐25到頂腔11和底腔13的流動也是彼此獨立的。在這種情況下，由於頂部柱塞22和底部柱塞26施加的不平衡填充壓力，頂部封裝體12和底部封裝體14存在明顯的變形和翹曲風險。例如，如果模塑膠填充頂腔11的速度快於填充底腔13的速度，則在成型期間將在襯底16上施加向下的壓力並且導致襯底16朝向底腔13變形和/或翹曲。
為了減少或避免由上述不平衡填充壓力引起的封裝體變形和翹曲，頂部剔除部分24和底部剔除部分28通過互連通道34有利地聯接在一起，以平衡和均衡由頂部柱塞22和底部柱塞26分別在頂部剔除部分24和底部剔除部分28施加的壓力。
圖6是本發明的還包括可伸縮銷40的雙面成型系統的側視圖，可伸縮銷40位於襯底16的第一面和第二面上、用於在成型期間夾緊在襯底16上並支撐襯底16。當可伸縮銷40在成型期間在襯底16上施加支撐力時，可伸縮銷40結合到成型系統的模具中並且用作襯底16的支柱。可伸縮銷40向襯底16提供適當的支撐，以減少或防止頂部封裝體12和底部封裝體14的變形和翹曲。例如，當模塑膠填充頂腔11和底腔13時，由不平衡力引起的變形和/或翹曲能夠得到更好的控制和抵制。
可伸縮銷40位於襯底16的第一面和第二面的成型部分外部，並且位於襯底16的相對兩面上的每對可伸縮銷40彼此共線地佈置。在成型系統的頂部模具和底部模具處於關閉位置後，所述每對共線的可伸縮銷40將延伸，以直接夾緊在襯底16的頂表面和底表面上。因此，相對於襯底16的第一面和第二面，可伸縮銷40較佳位於襯底16的頂部和下方，並且位於頂腔11和底腔13的位置外部，以在成型期間將襯底16的兩面上的支撐力施加到襯底16的成型部分外部的區域。較佳地，應該有四對可伸縮銷40位於頂部封裝體12和底部封裝體14的拐角附近、在襯底16的第一面和第二面上相互作用，從而為襯底16提供足夠的支撐。
當模塑膠開始填充頂腔11和底腔13時，襯底16的兩面上的所有可伸縮銷40將牢固地夾緊襯底16。在模塑膠已經完全填充頂腔11和底腔13後，和/或當打開頂部模具和底部模具時，所有可伸縮銷40都將縮回，從而降低了襯底16的變形和/或翹曲風險。
圖7是本發明的雙面成型系統的側視圖，示出了用於控制圖6的可伸縮銷40的致動機構。位於襯底16頂部的每個可伸縮銷40附接到第一或頂部可伸縮銷板42，並且位於襯底16下方的每個可伸縮銷40附接到第二或底部可伸縮銷板44。如下所述，頂部可伸縮銷板42和底部可伸縮銷板44可操作地連接至用於驅動可伸縮銷40移動的致動器。
頂部可伸縮銷板42附接至頂部圓柱體46，頂部氣動致動器56能夠致動頂部圓柱體46向上或向下移動。頂部氣動致動器56可操作地提升或降低頂部圓柱體46，並且因此可伸縮銷40遠離或朝向襯底16。一對頂部接近感測器52用於檢測頂部可伸縮銷板42的位置，較佳位於頂部可伸縮銷板42所需的最高和最低位置，以允許處理器控制可伸縮銷40相對於襯底16頂部的位置。
底部可伸縮銷板44附接至底部圓柱體48，底部圓柱體48可包括楔形物機構，例如楔形物50，楔形物機構用於將施加在底部圓柱體48上的水準致動力轉換為豎直力，以向上或向下移動底部可伸縮銷板44和可伸縮銷40。因此，底部圓柱體48的下部可以由底部氣動致動器58致動以側向移動，這進而導致底部可伸縮銷板44的提升或降低。因此，通過提升或降低底部可伸縮銷板44，可伸縮銷40可以移動朝向或遠離襯底16。一對底部接近感測器54用於檢測底部圓柱體48的下部的水準位置，較佳位於底部圓柱體48所需的極限水準位置，以允許處理器控制可伸縮銷40相對於襯底16底部的位置。
頂部氣動致動器56和底部氣動致動器58進一步連接到氣源60，以驅動致動器56、58的操作。
圖8是本發明的還包括活動銷調節器61、62的雙面成型系統的側視圖，活動銷調節器61、62用於控制流向型腔的模塑膠流量分配。頂部活動銷調節器61可插入到頂部流道30的流體通道中，且底部活動銷調節器62可插入到底部流道32的流體通道中。
活動銷調節器61、62用作模塑膠流量調節器，以控制流入頂腔11和底腔13的模塑膠流量分配。對模具流量分配進行平衡是有利的，使得頂腔11和底腔13內的壓力也得到平衡。通過插入活動銷調節器61、62來控制模塑膠流動而實現平衡的模具流量分配，發生非預期的封裝體變形或翹曲的可能性將降低。
在操作中，沿頂部流道和底部流道的流體流動路徑策略性放置的活動銷調節器61、62插入頂部流道30和底部流道32中預定深度。在模塑膠進入頂腔11和底腔13前，活動銷調節器61、62將用於阻擋模塑膠流動。因此，通過加寬或縮窄供模塑膠從頂部流道30和底部流道32流向頂腔11和底腔13的路徑，活動銷調節器61、62被配置為用作模塑膠流量減少器。
圖9是本發明的還包括模具流道切口64、66的雙面成型系統的側視圖，模具流道切口64、66用於調節流向型腔的模塑膠流量。頂部模具流道切口64伸入頂部流道30的流體通道中，並且底部模具流道切口66伸入底部流道32的流體通道中。與活動銷調節器61、62類似，模具流道切口64、66用於控制流入頂腔11和底腔13的模塑膠流量分配。但是，模具流道切口64、66主要設計為在安裝和調整後處於固定位置。在模塑膠分別進入頂腔11和底腔13前，它們阻礙或減少模塑膠流動，並將有助於促進沿頂部流道30和底部流道32的平衡的模具流動。
應當理解的是，結合本發明較佳實施例描述的成型系統提供了單步封裝技術，以在使用標準工具的同時封裝頂部封裝體12和底部封裝體14。簡化的技術提高了標準襯底16的效率，標準襯底16無需定制即可與成型系統一起使用。
因此，所描述的成型系統有助於降低製造成本，魯棒（robust）且適合於大批量製造。
除了具體描述的內容外，還可對本發明進行其他改變、修改和/或添加，並且應當理解，本發明包括落入上述精神和範圍內的所有該等改變、修改和/或添加。
10:封裝體 11:頂腔 12:頂部封裝體 13:底腔 14:底部封裝體 16:襯底 18:半導體晶粒 20:模塑膠 21:頂罐 22:柱塞 24:剔除部分 25:底罐 26:柱塞 28:剔除部分 30:流道 32:流道 34:底部流道 35:鑄模槽 40:可伸縮銷 42:可伸縮銷板 44:底部可伸縮銷板 46:頂部圓柱體 48:底部圓柱體 50:楔形物 52:頂部接近感測器 54:底部接近感測器 56:頂部氣動致動器 58:底部氣動致動器 60:氣源 61:活動銷調節器 62:活動銷調節器 64:模具流道切口 66:模具流道切口
圖1是雙面封裝的封裝體的側視圖。 圖2是根據本發明較佳實施例包括雙柱塞的雙面成型系統的側視圖。 圖3是圖2的雙面成型系統的平面圖。 圖4是包括多個根據圖2和圖3的雙面成型系統的鑄模槽的表面的平面圖。 圖5是包括聯接的剔除部分的雙面成型系統的另一較佳實施例的平面圖。 圖6是本發明的還包括可伸縮銷的雙面成型系統的側視圖，其中可伸縮銷用於在成型期間支撐襯底。 圖7是本發明的雙面成型系統的側視圖，示出了用於控制圖6的可伸縮銷的致動機構。 圖8是本發明的還包括可移動銷調節器的雙面成型系統的側視圖，其中可移動銷調節器用於控制流向型腔的模塑膠流量分配。 圖9是本發明的還包括模具流道切口的雙面成型系統的側視圖，其中模具流道切口用於調節流向型腔的模塑膠流量。
11:頂腔
12:頂部封裝體
13:底腔
14:底部封裝體
16:襯底
18:半導體晶粒
20:模塑膠
21:頂罐
22:柱塞
24:剔除部分
25:底罐
26:柱塞
28:剔除部分
30:流道
32:流道

Claims (18)

  1. 一種用於成型安裝在襯底的第一面和第二面上的電子元件之成型系統，所述成型系統包括： 型腔，所述襯底可放置在所述型腔上，所述型腔具有第一部分和第二部分，所述第一部分覆蓋所述襯底的所述第一面的成型部分，所述第二部分覆蓋所述襯底的所述第二面的成型部分； 第一柱塞和第二柱塞，所述第一柱塞位於第一罐中、用於壓縮置於所述第一罐中的模塑膠，所述第二柱塞位於第二罐中、用於壓縮置於所述第二罐中的模塑膠； 第一流道，所述第一流道將所述第一罐連接至所述型腔的所述第一部分、用於將所述模塑膠導向到所述襯底的所述第一面上；以及 第二流道，所述第二流道將所述第二罐連接至所述型腔的所述第二部分、用於將所述模塑膠導向到所述襯底的所述第二面上； 其中，所述第一流道至少從所述襯底的邊緣沿所述襯底的所述第一面延伸至所述型腔的所述第一部分，並且所述第二流道至少從所述襯底的邊緣沿所述襯底的所述第二面延伸至所述型腔的所述第二部分。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之成型系統，其中，所述成型系統包括傳遞成型系統。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之成型系統，其中，所述第一流道與所述襯底的所述第一面接觸，並且所述第二流道在所述襯底的所述邊緣和所述型腔之間與所述襯底的所述第二面接觸。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之成型系統，還包括互連通道，所述互連通道將所述第一罐和所述第二罐彼此連接，從而允許在所述第一罐和所述第二罐中的模塑膠之間進行流體連通。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之成型系統，包括位於所述第一罐的頂部的第一剔除部分和位於所述第二罐的頂部的第二剔除部分，其中，所述互連通道從所述第一剔除部分延伸至所述第二剔除部分。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之成型系統，還包括多個可伸縮銷，所述多個可伸縮銷位於所述襯底的所述第一面和所述第二面上、被配置為在成型期間夾緊在所述襯底的所述第一面和所述第二面上。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之成型系統，其中，位於所述襯底的相對兩面的每對可伸縮銷彼此共線設置、用於夾緊在所述襯底的所述第一面和所述第二面上。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之成型系統，其中，所述可伸縮銷位於所述型腔的外部，以夾緊在所述襯底的所述成型部分外部的區域上。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之成型系統，其中，所述成型系統包括在所述襯底的所述第一面和所述第二面上相互作用從而為所述襯底提供支撐的四對可伸縮銷。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之成型系統，還包括位於所述襯底的所述第一面上的第一可伸縮銷板和位於所述襯底的所述第二面上的第二可伸縮銷板，所述多個可伸縮銷附接在所述第一面和所述第二面上，所述第一可伸縮銷板和所述第二可伸縮銷板可操作地連接至用於驅動所述可伸縮銷移動的致動器。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之成型系統，還包括接近感測器，所述接近感測器鄰近所述第一可伸縮銷板和所述第二可伸縮銷板、用於在所述可伸縮銷移動期間檢測所述可伸縮銷相對於所述襯底的位置。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之成型系統，其中，至少一個所述致動器包括楔形物機構，所述楔形物機構用於將水準致動力轉換為豎直力，以移動所述可伸縮銷。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之成型系統，還包括至少一個可插入所述第一流道和所述第二流道中的至少一個的流體通道中的活動銷調節器，所述活動銷調節器可操作地阻止所述流體通道中的模塑膠流動，以調節所述流體通道中的模塑膠流量。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之成型系統，其中，第一活動銷調節器可插入所述第一流道，並且第二活動銷調節器可插入所述第二流道。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之成型系統，還包括至少一個伸入所述第一流道和所述第二流道中的至少一個流體通道中的模具流道切口，所述模具流道切口可操作地阻止所述流體通道中的模塑膠流動，以調節所述流體通道中的模塑膠流量。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之成型系統，其中，第一模具流道切口伸入所述第一流道，並且第二模具流道切口伸入所述第二流道。
  17. 一種包括多個如申請專利範圍第1項所述之成型系統之鑄模槽，其中，多個型腔按兩排佈置在所述鑄模槽的表面上，並且兩排多個罐相應地按兩排佈置在兩排型腔之間。
  18. 一種用於成型安裝在襯底的第一面和第二面上的電子元件之成型系統，所述成型系統包括： 型腔，所述襯底可放置在所述型腔上，所述型腔具有第一部分和第二部分，所述第一部分覆蓋所述襯底的所述第一面的成型部分，所述第二部分覆蓋所述襯底的所述第二面的成型部分； 第一柱塞和第二柱塞，所述第一柱塞位於第一罐中、用於壓縮放置在所述第一罐中的模塑膠，所述第二柱塞位於第二罐中、用於壓縮放置在所述第二罐中的模塑膠； 第一流道，所述第一流道將所述第一罐連接至所述型腔的所述第一部分、用於將所述模塑膠導向到所述襯底的所述第一面上； 第二流道，所述第二流道將所述第二罐連接至所述型腔的所述第二部分、用於將所述模塑膠導向到所述襯底的所述第二面上；以及 互連通道，所述互連通道將所述第一罐和所述第二罐彼此連接，從而允許在所述第一罐和所述第二罐中的模塑膠之間進行流體連通。
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