TWI509715B - 用於以可控制之封閉作用力封裝電子元件的方法 - Google Patents

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Henricus Antonius Maria Fierkens
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Description

用於以可控制之封閉作用力封裝電子元件的方法
本發明係關於一種用於藉由封裝材料來封裝安裝於載具上之電子元件的方法，其包含如下處理步驟：A)將一用於封裝之電子元件置放於一模具部件上；B)藉由一封閉作用力使若干模具部件移向彼此，以使得用於封裝之該電子元件係由一模穴封入且該載具係夾在該等模具部件之間；C)藉由至少一個活塞將壓力施加於一液體封裝材料上，以使得封裝材料位移至封入該電子元件之該模穴；D)藉由封裝材料填充該模穴；及E)至少部分地使該模穴中之該封裝材料固化。
根據先前技術，該封閉作用力無關於處理狀況係恆定的，或該封閉作用力之控制係在兩個不同位準之間進行；當藉由封裝材料填充模穴(饋入狀況)時之較低壓力位準及當藉由封裝材料完全填充模穴時(且在該時刻填充壓力亦高於饋入狀況中之壓力)具有較大封閉作用力之較高壓力位準。自(經偵測之)較低壓力轉變為(經偵測之)較高壓力之時刻，大體上係由一達到經確定之位置的藉以供應封裝材料之活塞確定。基於一個(或多個)活塞之位置的壓力控制之缺點為該控制不準確且不可靠。舉例而言，該控制尤其不考慮待藉由活塞位移之封裝材料的顆粒之重量/體積的變化及待填充之模穴的容積之變化(例如歸因於用於封裝之較多或較少電子元件的存在)。可以簡單且可 靠之方式實現現有控制，但置放於載具上之電子元件之封裝的品質需要進一步改良。特定言之，較軟品質且較低壓縮強度之載具(亦稱作板或基板)在封裝過程期間易受過載及變形損害。不但此情形可具有針對載具之不利影響，其因此亦可不利地影響處理條件；用於封裝材料之通路及用於排氣之通路可因此受影響，此導致不可控制之處理條件(且因此亦導致不可控制之處理結果)。
因此本發明之目標在於提供一種用於藉由封裝材料來封裝安裝於載具上之電子元件的經改良之方法，其具有較少廢棄物及經改良之封裝品質。
為達成此目的，本發明提供一種如前言中所陳述之方法，其中封裝材料上之壓力係由至少一個作用力感測器量測，且將模具部件推向彼此之封閉作用力及施加於該封裝材料上之壓力隨時間動態地取決於彼此。較佳藉由一連接至該封裝材料之壓力感測器或藉由一連接至活塞之作用力感測器來量測該封裝材料上之壓力。根據本發明之方法的優點相關於模穴中之封裝材料施加於模具部件上的壓力與將模具部件推向彼此之封閉作用力的合力。此係因為此合力現已變得可容易地控制。該合力決定由模具部件施加於載具上之壓力。施加於載具上之作用力的良好可控制性可防止該合力(實務上亦稱作板壓力)超過一經確定之最大值。因此可防止載具之不良損害及變形。藉此亦有可能防止該合力在封裝過程期間降至低於經決定之最小值，進而 防止液體封裝材料於模穴外的不良洩漏(所謂的溢料及鑄漏)。本方法因此導致經改良之封裝結果(例如，由封裝材料製造之封裝體/外殼的較佳壓實)；對載具之較少損害及載具之較少污染。
封裝材料上之壓力係藉由一作用力感測器來量測，該作用力感測器可(例如)由一連接至封裝材料之壓力感測器組成。此等感測器中之一或多者可非常精確地量測封裝材料上之壓力，且在此處與封裝材料接觸。繼而必須選擇感測器以使得其不會由於固化封裝材料而出現故障且使得感測器之存在不對封裝過程產生負效應。量測封裝材料上之壓力的替代方法係由藉由連接至活塞之作用力感測器來量測作用力所組成。該作用力感測器可繼而在距封裝材料之一距離處起作用，且因此不存在(或存在較少)由固化封裝材料引起之污染的危險。
模具部件之封閉作用力及封裝材料上之壓力可動態地取決於彼此(亦即，以隨時間之連續方式)且正向地及負向地校正，換言之，不是僅界定根據固定型樣來控制壓力之相對調整所依據的一或多個離散位準。實情為，該調整以連續方式進行且可能不會僅遵循一預先程式化之模型而是將依據經量測之值導致待控制之變數的隨機正調整或負調整。封裝材料上之壓力及封閉作用力的該自由控制亦具有如下優點：當封裝材料上之壓力仍相對低時，封裝開始時(亦即，在尚未藉由封裝材料完全填充模穴時)之封閉作用力可同樣保持為受限的。此情形具有如下結果：模穴 之連接件(封裝材料之饋入件及氣體排出件)將保持相對大且模穴中之空間(特定言之，用於封裝之電子元件與模穴之壁之間的空間)亦相對大。此係因為在封裝過程開始期間(亦即，在藉由封裝材料填充模穴期間)之相對低之封閉壓力，藉此模具部件未緊密地封閉以致其等使載具變形至相當大之程度。所得之處理優點係封裝材料之饋入及脫氣可相對容易地進行，且歸因於模穴中之額外空間，封裝材料之流動亦較容易地進行且具有(例如)連接引線變形(引線偏移)的較少可能性。藉此不僅改良處理結果，而且當藉由封裝材料完全填充模穴時，亦可加速封裝材料之饋入及稍後在處理循環期間的壓力上升。
較佳地為量測封裝材料上之壓力，模具部件之封閉作用力依據此受到控制。在此狀況中，封裝材料上之壓力(亦稱作填充壓力)為控制模具部件之封閉作用力(從變數)所依據的前導變數(主變數)。然而，亦有可能量測控制封裝材料上之壓力所依據之模具部件之封閉作用力。在此第二狀況中，封閉作用力為控制封裝材料上之壓力(從變數)所依據之前導變數(主變數)。然而亦有可能兩個變數(封閉作用力及封裝材料上之壓力)互動式地彼此相關。
亦有可能基於經量測之壓力來改變連接至模穴之氣體排出件的通路。藉由控制一可變通路開口(例如，藉由旋轉一通道段(channel segment)(V形銷)或位移用於來自模穴之氣體之排出通道的壁部分)而使此成為可能。另一選擇為動態控制氣體排出件上之負壓力以使得此取決於藉 由壓力感測器偵測之封裝材料上之壓力的變化。為達成此目的，尤其參考專利公開案NL 1026739及NL 2000488。
為了進一步增強本方法之可靠性，需要針對封裝材料上之壓力決定至少一個值，基於該至少一個值之偵測，若尚未達到一經決定之最小值，則封閉作用力增加至此值。以此方式引入一安全裝置。此係因為，若封裝材料上之壓力達到經決定之最小值，則模具部件之封閉作用力亦將必須增加。在動態控制出現故障的不可能之情況下，可以此方式防止諸如產品損耗、模具部件之污染等嚴重問題。
根據又一進一步改良，亦量測載具上之模具部件的壓力，且將模具部件推向彼此之封閉作用力及施加於封裝材料上之壓力繼而隨時間取決於模具部件上量測的壓力。施加於載具上之壓力的此量測表示可能關鍵之變數的直接量測。特定言之，在表面負載之一位準下以載具敏感之小距離處理載具的情況中，可因此防止抗過載之額外安全裝置。
亦有可能使用經改良之方法仍偵測活塞位置，且當達到至少一個預先確定之位置時，若尚未達到一經確定之值，則將封閉作用力修改為此值。以此方式併入額外安全裝置。若(例如)藉以量測封裝材料上之壓力的壓力感測器出現故障且不傳輸任何正確值，可以此方式防止災害。
本發明亦提供一種用於封裝安裝於一載具上之電子元件的裝置，其包含：至少兩個模具部件，其可相對於彼此位移且具備一模穴，該等模具部件用於在一推向彼此之位置中界定一封入一夾在該等模具部件之間的載具上之該電 子元件的模穴；饋入機構，其連接至該模穴且具備至少一個活塞，該至少一個活塞用於將壓力施加於一液體封裝材料上以使得該封裝材料位移至封入該電子元件之該模穴；至少一個作用力感測器，其用於偵測代表該液體封裝材料上之該壓力之至少一值；驅動機構，其用於藉由一可控制壓力而使該等模具部件相互位移且將該等模具部件推向彼此；一智慧型控制器，其連接至該作用力感測器及該等模具部件之驅動機構，此智慧型控制器經調適以至少部分地依據藉由該作用力感測器偵測的至少一值而隨時間動態地控制該等模具部件之驅動機構。連接至該作用力感測器及該等模具部件之驅動機構的該智慧型控制器較佳耦接至用於封裝材料之饋入機構以控制由該活塞施加於該封裝材料上的壓力。該作用力感測器可包含一連接至該模穴之壓敏感測器，但亦可連接至該活塞。進一步有利的是該智慧型控制器具備一控制系統，其中該封裝材料上之一增加之壓力導致由該等模具部件之驅動機構在該等模具部件朝向彼此之方向上施加的一增加之壓力。已參考根據本發明之用於封裝電子元件的方法來描述根據本發明之封裝裝置的優點。
基於以下諸圖中所顯示之非限定性例示性實施例進一步闡明本發明。
圖1顯示封裝裝置1之示意性表示，該封裝裝置1具備兩個可相互位移之模具部件2、3，模穴5在相互面對之 接觸側4上凹入至該等模具部件2、3中。結合於下部模具部件3中者為活塞6，藉由該活塞6可在已加熱封裝材料(例如，環氧樹脂)之顆粒(未展示於此圖中)之後將其向上推動，以使得封裝材料(因此其已變成液體)經由為達成此目的而配置於模具部件2、3中之通道流動至模穴5。由於模具部件2、3之相對位移，下部模具部件3與一框架7形成固定總成，且上部模具部件2經由呈氣缸8之形式的驅動機構耦接至框架7。應注意，驅動機構亦可由機電驅動器或氣動/液壓增壓驅動器形成。模具部件2、3可藉由氣缸8相對位移且藉由經確定之壓力推向彼此。藉由操作主軸10藉以旋轉之伺服電動機9進行針對封裝材料之活塞6之位移。主軸10之旋轉導致工作台11沿垂直導件12之垂直位移，在工作台11上，活塞6支撐工作台11且因此連同工作台11一起位移。
作用力感測器13(測力計)係置放於工作台11與活塞6之間。作用力感測器13可因此產生一量測值，其在封裝材料為液體時表示封裝材料上之壓力。作用力感測器13經由信號線14連接至智慧型控制器15。亦向智慧型控制器15供應來自伺服電動機9之資訊(參見可藉以傳輸(例如)活塞6之位置相依資訊的信號線16)及來自氣缸8之資訊(參見可藉以傳輸(例如)來自氣缸8之位置及壓力相依資訊的信號線17)。亦可進一步由信號線18向智慧型控制器15供應來自機器控制器19之資訊。機器控制器19藉由控制線20連接至藉以控制氣缸8之位移的泵22之控制器 21。智慧型控制器15經由各別控制線23、24作用於藉以使活塞6位移之伺服電動機9及藉以控制氣缸8之操作的控制器25上。因此藉由活塞6之位移來控制封裝材料上的壓力且藉由氣缸8來控制模具部件2、3之封閉作用力，封裝材料上的壓力及封閉作用力以動態且連續之方式彼此調適。
圖2顯示封裝裝置30之替代實施例變體，其中對應於如圖1中所展示之封裝裝置1之元件的元件係藉由相同參考數字表示。與以上所展示之封裝裝置1不同，此處所展示之封裝裝置30具備一壓力感測器31，其收納於凹入至下部模具部件3中之模穴5中，以使得壓力感測器31之偵測表面形成模穴5之壁的一部分。可因此直接藉由壓力感測器31偵測處於模穴5中之封裝材料上的壓力。經由信號線32將因此記錄之量測值發送至智慧型控制器15。壓力感測器31形成對形成封裝裝置1之一部分的在活塞6下之作用力感測器13的替代。
圖3顯示三曲線圖40、41、42，其分別展示由活塞施加於封裝材料上之壓力(F轉移 ，曲線圖40)、將模具部件推向彼此之作用力(F夾箝 ，曲線圖41)及夾在模具部件之間的電子元件之載具上之合成壓力(F板 ，曲線圖42)的隨一段時間之壓力的平行變化。頂部曲線圖41顯示：施加於封裝材料上之壓力F轉移 在藉由封裝材料填充模穴期間保持有限歷時較長時間段，且接著模穴一藉由封裝材料完全填充，壓力F轉移 便突然快速增加。中間曲線圖41展示：藉以 將載具(板)夾箝在模具部件之間的壓力F夾箝 在已處於一恆定位準歷時較長時間段(又，當正藉由封裝材料填充模穴時)之後突然迅速增加至一較高位準。歸因於由如圖1及圖2中所顯示之智慧型控制器15控制的F轉移 與F夾箝 之相互相依性，作用於載具上之合成作用力(F板 )保持在兩個極值內(在藉由虛線展示之上限F板max 與下限F板min 之間)。此係因為作用於載具上之作用力由藉以使模具部件移向彼此之作用力減去模穴中之封裝材料的(反)壓力組成(F板 =F夾箝 -F轉移 )。在所顯示之實例中，動態地且連續地控制封裝材料上之壓力；此壓力(F轉移 )之曲線圖最終顯現清楚地偏離直線的不可預知之圖案。
1‧‧‧封裝裝置
2‧‧‧模具部件
3‧‧‧模具部件
4‧‧‧接觸側
5‧‧‧模穴
6‧‧‧活塞
7‧‧‧框架
8‧‧‧氣缸
9‧‧‧伺服電動機
10‧‧‧主軸
11‧‧‧工作台
12‧‧‧垂直導件
13‧‧‧作用力感測器
14‧‧‧信號線
15‧‧‧智慧型控制器
16‧‧‧信號線
17‧‧‧信號線
18‧‧‧信號線
19‧‧‧機器控制器
20‧‧‧控制線
21‧‧‧控制器
22‧‧‧泵
23‧‧‧控制線
24‧‧‧控制線
30‧‧‧封裝裝置
31‧‧‧壓力感測器
32‧‧‧信號線
40‧‧‧曲線圖
41‧‧‧曲線圖
42‧‧‧曲線圖
圖1顯示根據本發明之封裝裝置之示意性表示。
圖2顯示根據本發明之封裝裝置之替代實施例變體的示意性表示。
圖3顯示關於封裝材料上之壓力、將模具部件推向彼此之作用力及載具上所造成之壓力的變化的三曲線圖。
40‧‧‧曲線圖
41‧‧‧曲線圖
42‧‧‧曲線圖

Claims (14)

  1. 一種用於以封裝材料來封裝安裝於一載具上之電子元件之方法，其包含如下處理步驟：A)將一用於封裝之電子元件置放於一模具部件上，B)以一封閉作用力使若干模具部件移向彼此，以使得用於封裝之該電子元件係由一模穴封入且該載具係夾在該等模具部件之間，C)以至少一個活塞將壓力施加於一液體封裝材料上，使得封裝材料位移至封入該電子元件之該模穴，D)以封裝材料填充該模穴，及E)至少部分地使該模穴中之該封裝材料固化，其中該封裝材料上之該壓力係由至少一個作用力感測器量測，且將該等模具部件推向彼此之該封閉作用力及施加於該封裝材料上之該壓力係隨時間動態地取決於彼此。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其特徵在於該封裝材料上之該壓力係以一連接至該封裝材料之壓力感測器來量測。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵在於該封裝材料上之該壓力係以一連接至該活塞之作用力感測器來量測。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵在於控制該等模具部件之該封閉作用力所依據的該封裝材料上之該 壓力被量測。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵在於控制該封裝材料上之該壓力所依據的該等模具部件之該封閉作用力被量測。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵在於一連接至該模穴之氣體排出件的通路係基於該被量測之壓力而變化。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵在於針對該封裝材料上之該壓力，至少一值被決定，當偵測到該至少一值，若封閉作用力尚未達到一經確定之最小值，則封閉作用力被增加至此值。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵在於該載具上之該等模具部件上的壓力被量測，且將該等模具部件推向彼此之該封閉作用力及施加於該封裝材料上之該壓力繼而隨時間取決於該等模具部件上所量測到的該壓力。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其特徵在於活塞位置被偵測，且當達到至少一個預先確定之位置時，若尚未達到一經確定之值，則該封閉作用力被修改為此值。
  10. 一種用於封裝安裝於一載具上之電子元件之裝置，其包含：至少兩個模具部件，其可相對於彼此位移且具備一模穴，該等模具部件用於在一推向彼此之位置中，界定一封入一夾在該等模具部件之間的載具上之該電子元件的模穴， 饋入機構，其連接至該模穴且具備至少一個活塞，該至少一個活塞用於將壓力施加於一液體封裝材料上，使得該封裝材料位移至封入該電子元件之該模穴，至少一個作用力感測器，其用於偵測代表該液體封裝材料上之該壓力之至少一值，驅動機構，其用於以一可控制壓力而使該等模具部件相互位移且將該等模具部件推向彼此，一智慧型控制器，其連接至該作用力感測器及該等模具部件之該驅動機構，此智慧型控制器經調適以至少部分地依據以該作用力感測器偵測的至少一值，而隨時間動態地控制該等模具部件之該驅動機構。
  11. 如申請專利範圍第10項之封裝裝置，其特徵在於連接至該作用力感測器及該等模具部件之該驅動機構的該智慧型控制器係耦接至用於封裝材料之該饋入機構，以控制由該活塞施加於該封裝材料上的該壓力。
  12. 如申請專利範圍第10或11項之封裝裝置，其特徵在於該作用力感測器包含一連接至該模穴之壓敏感測器。
  13. 如申請專利範圍第10或11項之封裝裝置，其特徵在於該作用力感測器連接至該活塞。
  14. 如申請專利範圍第10或11項之封裝裝置，其特徵在於該智慧型控制器具備一控制系統，其中該封裝材料上之一增加之壓力導致由該等模具部件之該驅動機構在該等模具部件朝向彼此之一方向上施加的一增加之壓力。
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