TWI814721B - 將封裝材料饋送至模穴的柱塞 - Google Patents

Abstract

本發明有關一種將封裝材料饋送至模穴的柱塞，其包括閉合式的第一及第二溝槽，從該柱塞之圓柱狀殼體向內凹陷且圍繞該圓柱狀殼體，其中該第二溝槽位於該第一溝槽與該柱塞朝向封裝材料的端面之間。該第一溝槽內設置一刮除器，並使該刮除器至少局部突出於該圓柱狀殼體之表面外；以及該第二溝槽內可任選性地設置一密封環。本發明進而有關一種用於裝配本發明柱塞之整套構件，以及一種包含本發明柱塞並對一載體表面黏著之電子組件進行封裝的裝置，將封裝材料饋送至一模穴。

Description

將封裝材料饋送至模穴的柱塞

本發明有關一種將封裝材料饋送至模穴的柱塞。本發明亦有關一種用於裝配本發明柱塞之整套構件，以及一種包含本發明柱塞並對一載體表面黏著之電子組件進行封裝的裝置，將封裝材料饋送至一模穴。

關於電子組件之封裝，尤其是對一載體(引線框、基板或晶圓)上黏著的半導體進行封裝時，係使用所謂的“轉注成型製程”(transfer moulding process)。本文中，設有電子組件的載體係夾置於兩個模具構件之間，並於該等組件周圍預留模穴以供封裝。然後，將液態封裝材料導入該等模穴，並於封裝材料至少局部固化後，分開兩模具構件並取出設有封裝後電子組件的載體。

進行封裝材料之饋送時係利用一或多個柱塞，藉由柱塞，可於供應封裝所用的封裝材料時，對封裝材料施加壓力。此等柱塞可在一外罩體內移位，而該外罩體內亦載有尚非液態的封裝材料。柱塞對封裝材料施加壓力，而封裝材料係於受壓同時及/或預先加熱，使封裝材料變成液態。液態的封裝材料響應柱塞所施加的壓力而流至模穴，並在正確的處理條件下，使模穴內完全充滿封裝材料。採用柱塞使封裝材料移位時，柱塞在該柱塞外罩體上的配合方式極為重要；必須防止因配合方式而造成無法控制灌入的封裝材料量。

根據現有的解決方法調節柱塞在該柱塞外罩體上的裝配時，係在柱塞的圓柱狀殼體上設置一向內凹陷的周緣溝槽。封裝材料收集在此溝槽內，隨後固化並因此在一後續生產步驟中提供有如密封的功能。例如，美國第6,200,504號專利中對此有所說明。在實務中，目前已發現此種由封裝材料產生的密封於初期的作用很好，但在一段時間後，會有柱塞卡在外罩體內的問題。這表示柱塞經由封裝材料形成的密封，以(過)緊配合的方式接合在該柱塞外罩體上。

WO2005/102658號專利案揭示一種柱塞，其中係將一材料構件放入一溝槽內並僅局部充填該溝槽。此種柱塞於首次使用後，置於溝槽內的材料構件至少可局部受到封裝材料的包圍。包圍該材料構件的封裝材料通常會在一段時間後固化。此種柱塞的優點在於，在使用柱塞的期間，仍有可能由新供應的封裝材料補充密封的尺寸。因此，可以實現柱塞與外罩體以良好的方式配合而不會在使用數次後發生柱塞卡在其外罩體內的可能性。

然而，在實務中已發現，由先前技術提供的各種柱塞，仍有柱塞外罩體內發生溢料及固化封裝材料微粒餘留等相關問題。

本發明之目的係提供一種改良的柱塞，其中，此種柱塞可保留前述先前技術的優點，且可進一步減少柱塞外罩體內產生溢料及汙染的機會。

為達此一目的，本發明提供一種將封裝材料饋送至模穴的柱塞，其包括一閉合式第一溝槽，從該柱塞之圓柱狀殼體向內凹陷且圍繞該圓柱狀殼體；及一閉合式第二溝槽，從該柱塞之圓柱狀殼體向內凹陷且圍繞該圓柱狀殼體；其中，該第二溝槽位於該第一溝槽與該柱塞朝向封裝材料的端面之間。該第一溝槽內設置一刮除器，並使該刮除器至少局部突出於該圓柱狀殼體之表面外；以及該第二溝槽內可任選性地設置一密封環。本發明之柱塞業經發現仍然能夠提供一高 壓力，施加於饋送至模穴的液態封裝材料。藉由設置一刮除器，可在封裝製程中使用該柱塞時，將柱塞外罩體之周壁，亦即，一種對載體表面黏著之電子組件進行封裝之裝置所提供的柱塞容置空間，清潔乾淨。

另外也已發現，該第二溝槽可設一密封環而使該柱塞具有改進的功能性，亦即，該密封環的設置可使該柱塞具有改進的真空能力，足以對饋送至模穴的液態封裝材料施加所需的壓力。藉由提供一種在第二溝槽內設有密封環的柱塞，當此種柱塞用於低動態(剪切)黏度的液態封裝材料時，亦即用於動態黏度小於約10Pa．s(帕斯卡．秒)的液態封裝材料時，例如動態黏度約0.25-5Pa．s的液態封裝材料，仍可觀察到優良的功能性。當本發明柱塞用於動態黏度至少為0.50Pa．s的液態封裝材料時，例如動態黏度約1-2Pa．s的液態封裝材料，可以獲得優異的功能性。若在未設密封環的情況時，適合使用的液態封裝材料其最低黏度應受限制。另外也發現，若提供的柱塞其第二溝槽內未設置密封環時，該柱塞若用於動態黏度至少10Pa．s的液態封裝材料時，仍可觀察到優良的功能性。

另外也發現，相較於僅包括密封環的柱塞，例如WO2005/102658號專利所揭示的柱塞，當所提供的柱塞於其第一溝槽設有刮除器而其第二溝槽設有密封環時，可進一步減少因柱塞的反覆使用而造成該密封環的磨損。事實上也發現，相較於僅包括密封環的柱塞，根據本發明所提供的柱塞，其密封環的使用時間可以加倍。

本發明刮除器之製作，可使用任何適於將固化之封裝材料從柱塞外罩體周壁刮除之材料。該刮除器較佳是以金屬製作，諸如包括鐵、銅及/或鉻之合金。根據本發明一較佳實施例，該刮除器係使用鑄鐵或鋼料製成，以便從該柱塞外罩體周壁刮除固化的封裝材料時，提供優異的結果。

本發明刮除器可為一硬質環圈，以形狀配合的方式裝設在該柱塞的第一溝槽內，其中，選擇該硬質環圈之尺寸時，係使該環圈可以緊配合的方式 連接於該柱塞外罩體的周壁。然而，為增加該刮除器的可撓性並易於將柱塞放入柱塞外罩體內，該刮除器較佳由一活塞環形成。例如，該刮除器可選自包括壓縮環、刮料環及其不同組合之群組。藉由使用由矩形壓縮環、鉤形環或脊部退縮環形成的刮除器，可以獲得從優良到優異的刮除效果。該刮除器的建構也可以藉由結合兩個矩形壓縮環所形成的刮除器而達成。為了建構類似鉤形環的刮除器或類似脊部退縮環的刮除器，前述二個結合的壓縮環具有不同的外徑。

為了使該柱塞之第一溝槽內所設置的刮除器具有更進一步的可撓性，該刮除器的內徑可大於該第一溝槽的直徑。但是該刮除器的內徑，無論如何都應小於該柱塞圓柱狀殼體上設有該內凹第一溝槽之部份的直徑。

該密封環可使用任何材料製作，較佳是使用一塑膠材料製作。塑膠材料可具有變化性的彈性特徵並可進而具有耐熱的性質。因此該密封環的耐熱性最好能高達至少120℃的溫度，較佳為至少140℃的溫度，更佳是至少160℃的溫度。這些畢竟是封裝電子組件時可能發生的溫度。更明確地說，理想的密封環是用一種聚合物製成，較佳是用所謂的高性能工程聚合物製成。其範例有：全氟烷氧基聚合物(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)及(氟)矽氧樹脂。這類材料都是市面有售的，其販售品牌名稱有Teflon、Norglide、Fluoroloy、Rulon、Meldin及Chemraz等等。然而，也可以應用其他具有耐熱性與耐壓性的彈性體來製造該密封環。另一可能性是使用具有較高膨脹係數的材料製作該密封環。此種材料之範例，舉例而言有各種銅合金。若使用此種材料構件，可在(大約175℃的操作溫度下)使用該柱塞時，由該材料構件產生一偏置力，如此可增強良好的密封作用。

具有環狀的密封環，例如一O形環，是一種簡單但有效率的形式。此種環體在市面上均有販售，且有多種變化可供其他應用。根據本發明一實施例，該密封環之內徑大致對應該第二溝槽之直徑。此外，選擇該密封環之尺寸 時，係使該密封環能完全位於該圓柱狀殼體表面以內。或者，選擇該密封環之尺寸時，也可使該密封環至少局部突出於該圓柱狀殼體表面之外。

本發明柱塞之圓柱狀殼體可進一步設置多個螺旋狀溝槽。較佳是，該等螺旋狀溝槽係設於該柱塞圓柱狀殼體上，位於該第一溝槽與該柱塞背對封裝材料之一側之間的部份。該等螺旋狀溝槽進而有助於移除該柱塞外罩體周壁上的封裝材料。

本發明亦有關一種將封裝材料饋送至模穴的柱塞，其中，該柱塞朝向封裝材料之端面，於其周緣設有一倒角，該倒角係設為與該柱塞端面成5°至45°角。目前已發現，藉由提供具有倒角周緣的柱塞，可在該柱塞朝向封裝材料的端面倒角周緣，收集從該柱塞外罩體周壁刮除下來的封裝材料。收集到的(局部)固化的封裝材料刮除碎屑，可以於下次饋送封裝材料至模穴時再次使用。另外也發現，該倒角周緣與該柱塞端面間的角度可決定收集封裝材料刮除碎屑的成效。使用具有倒角周緣的柱塞端面時，若倒角與柱塞端面間的角度設在15°至40°之間，可增加收集成效；若設在25°至35°之間，收集的成效更佳；而設在大約30°時，成效甚至更佳。

上述的倒角頂緣可與包含有刮除器及(任選性)密封環的柱塞結合。藉由設置前述的倒角頂緣，可以更進一步改善刮除功能的功效。

本發明進而有關一種用於裝配本發明柱塞之整套構件。此套構件包括一柱塞及一刮除器。該柱塞上設有二個閉合式溝槽，該等溝槽從該柱塞之圓柱狀殼體向內凹陷且圍繞該圓柱狀殼體，其中一第二溝槽係位於一第一溝槽與該柱塞朝向封裝材料的端面之間；該刮除器係置於該第一溝槽內的環圈。此套構件可進而包括一密封環，用以置於該第二溝槽內。

根據本發明另一層面，本發明係有關一種對載體表面黏著之電子組件進行封裝的裝置，其包括至少二個可相對彼此移位之模具構件及一液態封裝 材料之給料裝置。該等模具構件在一閉合位置時，定義至少一個模穴，用以圍住一或多個電子組件；該給料裝置係與該模穴連接，並設有至少一個柱塞容置空間(亦即該柱塞外罩體)。其中，本發明之柱塞(亦即，至少該柱塞上設有該第一及第二溝槽之頂端部份)係位於該至少一柱塞容置空間內。根據本發明一實施例，該柱塞之刮除器係設為可從包圍該柱塞的容置空間之周壁刮除污染物質。

關於刮除器相對柱塞容置空間周壁的尺寸，應注意的是，該刮除器的內徑與該第一溝槽直徑之間的距離差，可小於該柱塞圓柱狀殼體與包圍該柱塞的容置空間周壁之間的距離差。此外，選擇該刮除器的外徑時，係使該刮除器可在預緊狀態下容置於該容置空間內。根據此一較佳實施例，該刮除器的外徑大於該容置空間周壁之直徑。

倘若所提供的柱塞是在其朝向封裝材料之端面周緣設有一倒角，則該倒角較佳可設為與該容置空間周壁成45°至85°角。如以上已經說明過的，有了此種倒角頂緣，可在該倒角頂緣處收集(局部)固化的封裝材料刮除碎屑，以供饋送封裝材料至模穴的下一周期時再次使用。若倒角與該容置空間周壁的角度設在50°至75°之間，可增加收集刮除碎屑的成效；若該角度設在55°至65°之間，收集的成效更佳；而該角度設在大約60°時，成效甚至更佳。而該倒角頂緣可與本發明裝置中設於該至少一柱塞容置空間內且包含該刮除器及該(任選性)密封環的柱塞相結合。

1:柱塞

2:第一溝槽

3:第二溝槽

4:頂面

5:刮除器

6:圓柱狀殼體

7:密封環

8:螺旋狀溝槽

9:倒角周緣

10:凹陷部

11:彈性區

以下將根據附圖所示之非限制性典型實施例，進一步詳細解說本發明。其中：圖1為本發明柱塞之分解示意圖；圖2為本發明柱塞之立體外觀圖；及圖3為本發明柱塞具有倒角頂緣之細部視圖。

圖1為一分解示意圖，顯示將封裝材料饋送至模穴的柱塞1。柱塞1包括一圓柱狀殼體6，其包括一頂面4及複數個螺旋狀溝槽8。柱塞1之圓柱狀殼體6進而包括一第一溝槽2及一第二溝槽3。第一溝槽2係設為用於容置一刮除器5，而第二溝槽3係設為用以容置一密封環7。

圖2顯示柱塞1的立體外觀圖，其中圖1所示的第一溝槽2及第二溝槽3分別設有一刮除器5與一密封環7。刮除器5呈一鉤形環之形式，因此使刮除器5與柱塞1的圓柱狀殼體6之間，產生一凹陷部10。

圖3為柱塞1頂部之細部視圖。圖3中，該第二溝槽3未設密封環。該刮除器5具有鉤形環的型式，因而產生一凹陷部10；該刮除器5並具有一彈性區11，以使刮除器5具有某種程度的可撓性。該頂面4設有一倒角周緣9。

1:柱塞

2:第一溝槽

3:第二溝槽

4:頂面

5:刮除器

6:圓柱狀殼體

7:密封環

8:螺旋狀溝槽

Claims (18)

1. 一種將封裝材料饋送至模穴的柱塞，其包括：一圓柱狀殼體，具有一圓柱形狀；一環形的第一溝槽，在該圓柱狀殼體的一頂端向內凹陷於該圓柱狀殼體的一外周表面；其特徵在於：該柱塞包括：一環形的第二溝槽，在該圓柱狀殼體的該頂端向內凹陷於該圓柱狀殼體的該外周表面；其中，該第二溝槽位於比該第一溝槽更加靠近該圓柱狀殼體的頂端，該第一溝槽內設置一環形的刮除器，使該刮除器至少局部突出於該圓柱狀殼體之外周表面外；該刮除器之內徑大於該第一溝槽之直徑，該第二溝槽內設置一環形密封環；其中，該柱塞朝向封裝材料之端面，於其周緣設有一倒角，該倒角係設為與該柱塞端面成5度至45度角。
2. 如請求項1所述之柱塞，其特徵在於該刮除器係使用金屬製成。
3. 如請求項1所述之柱塞，其特徵在於該刮除器係使用鑄鐵或鋼料製成。
4. 如請求項1所述之柱塞，其特徵在於該刮除器係由一活塞環形成。
5. 如請求項1所述之柱塞，其特徵在於該刮除器之內徑小於該圓柱狀殼體位於該第一溝槽內凹部份的外周直徑。
6. 如請求項1所述之柱塞，其特徵在於該密封環之內徑對應該第二溝槽之直徑。
7. 如請求項1所述之柱塞，其特徵在於選擇該密封環之外徑尺寸時，係使該密封環能完全位於該圓柱狀殼體的外周表面以內。
8. 如請求項1所述之柱塞，其特徵在於該密封環的外徑尺寸至少局部突出於該圓柱狀殼體的外周表面之外。
9. 如請求項1所述之柱塞，其特徵在於該圓柱狀殼體在該外周表面設有多數個比該第二溝槽更加靠近該柱塞的一底端的螺旋狀溝槽。
10. 一種用於裝配如請求項1所述柱塞之整套構件，其包括：該柱塞具有該第一溝槽以及該第二溝槽；及該刮除器，係置於該第一溝槽內。
11. 如請求項10所述之整套構件，其特徵在於該套構件進而包括該密封環，用以置於該第二溝槽內。
12. 一種對載體表面黏著之電子組件進行封裝的裝置，其包括：至少二個可相對彼此移位之模具構件，該等模具構件在一閉合位置時，定義至少一個模穴，用以圍住一或多個電子組件；及一液態封裝材料之給料裝置，其與該模穴連接；其中，該給料裝置設有至少一個柱塞容置空間，其特徵在於包括一個如請求項1所述之柱塞，其位於該至少一柱塞容置空間內。
13. 如請求項12所述之封裝裝置，其特徵在於該刮除器係設為可從包圍該柱塞的容置空間之周壁刮除污染物質。
14. 如請求項13所述之封裝裝置，其特徵在於該刮除器內徑與該第一溝槽直徑之間的距離差，小於該柱塞圓柱狀殼體與包圍該柱塞的容置空間周壁之間的距離差。
15. 如請求項12所述之封裝裝置，其特徵在於選擇該刮除器之外徑時，係使該刮除器可在預緊狀態下容置於該容置空間內。
16. 如請求項12所述之封裝裝置，其特徵在於該刮除器之外徑大於該容置空間周壁之直徑。
17. 如請求項12所述之封裝裝置，其特徵在於該柱塞朝向封裝材料之端面，於其周緣設有一倒角，該倒角係設為與該容置空間周壁成45度至85度角。
18. 一種將封裝材料饋送至模穴的方法，其包括：a)提供一封裝材料；及b)藉由對該封裝材料施加一壓力，將該封裝材料饋送至一模穴；其特徵在於：對該封裝材料施加之壓力，係由請求項1所述之柱塞所提供。