专利名称：利用受控气压封装电子元件的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及如根据权利要求1前序部分所述的利用受控气压对载带上安装的电子元件进行封装的方法。本发明还涉及一种执行这种方法的设备。
背景技术：
在电子元件的包装中，更具体地，在对安装在载带(诸如焊接框架(lead frame)) 上的半导体的包装中，利用所谓的“传递模塑工艺”。这里，带有电子元件的载带被钳位在模塑部件之间，从而在进行封装的元件周围形成模塑腔。液体封装材料接着被引入这些模塑腔，之后在其至少部分固化之后，移去模塑部件并且移去具有封装的电子元件的载带。通常利用一个或多个活塞来进行模塑材料的注入，活塞的压力可以施加在封装材料的供给过程中。活塞可在一空间进行位移，在此空间中也携载了模塑材料。模塑材料通常以非液体状态的小球形式、利用薄膜包裹的打包形式或颗粒形式位于模具中。但是，注入液体形式的封装材料也是可能的。封装材料通常包括热固性的环氧或树脂，引入到漏斗。活塞向同时加热的封装材料(加热封装材料至其还不是液体的程度)施加压力，使得其变成液体。响应于活塞施加的压力，液体的封装材料流向加热的模具腔，并注入模具腔。为了不移位封装材料，封装材料被加热之后，作为化学键合(也称为交键)结果，其在加热的模塑腔中至少部分地固化。为了增加封装的质量，可以在开始注入封装材料之前在模塑腔中施加确定的抽空处理(即，气压低于环境气压)。这里，通常通过在模塑腔注入期间使气体流出的排风处理来抽空模塑腔。使封装材料完全注满模塑腔且限制封装材料到模塑腔的供给非常重要。日本专利05-259652描述了簿膜多层衬底的加工系统，能使导线导体之间的窄间隙注入树脂。在模塑之前，利用真空泵将模塑腔抽空。接着，通过中断抽空处理并在模塑腔内引入惰性气体，返回到大气压力状态，使得腔内压力设置为5-lOkg/cm2。由于树脂的挥发成份因此不挥发，所以抑制了无效的发生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种封装电子元件的方法和设备，其中限制了封装材料的泄漏机会，并且还能够施加增加的稀释液体封装材料。为此目的，本发明提供一种如权利要求1的前序部分所述的用于封装在载带上安装的电子元件的方法，具有特征在液体封装材料已经到达连接到模塑腔的气孔之后，连接到模塑腔的气孔中的压力增加到过压状态。过压力也可以增加到例如5、8、10、20或30个大气压力。另一个限制过压力的选项是最大化对与在连接到模塑腔的气孔中封装材料上的压力对应的压力的限制。调整模塑腔已经被完全注入之后的气孔中的过压力的优点是由此限制封装材料进一步渗入气孔的可能性。准确的是在非常薄的液体封装材料(实际中的使用增加以使得形成稀释封装和使得在电子元件和载带之间的非常窄的开口的注入)的情况下可以防止封装材料到气孔的远到达渗入。因此，气孔中存在少量的固化封装材料(气孔渗入)，这使得载带少受封装材料的污染。封装材料的保持自由的边缘还具有下列的优点在封装处理之后，载带可以更容易地通过与侧边缘准确配合的诸如轨道运送装置的传输系统运输。这不仅具有载带保持吸气开口位置处的放好的(cured)封装材料的自由的优点，而且还降低了陷入模塑部分的气孔被污染和/或阻塞的机会。过压力施加的时刻与现有技术不同。根据现有技术，当封装材料进入模塑腔时(通过阀门(gate)的流前锋)已经施加了过压力，其结果是，由于过压力，也由于封装材料的蒸汽压力，在进入模塑腔的过程中封装材料被压缩，从而在封装中不出现或出现较少的排出(void)。本发明涉及在完全不同的时刻增加气体压力，即，仅在液体封装材料已经到达连接到模塑腔的气孔之后。那么， 因此模塑腔已经完全被封装材料填满，这与现有技术显著不同。根据本发明的启示，为了增加封装材料的完全注入模塑腔的机会(或者甚至能够保证封装材料的完全注入模塑腔)， 希望引入连接到模塑腔的气孔以仅在封装材料已经部分进入连接到模塑腔的气孔的时刻施加过压力。因此通过气孔的封装材料的泄露机会(经由气孔的过冲)被降低或甚至降低到零。根据本发明，不必须精心地在向模塑腔注入封装材料期间在先施加过压力，因为与现有技术的示教不同，现有技术在封装材料的类型确定的情况下，需小心在封装材料中出现排出增加的机会。在此更加希望气孔中的气压不会变得大于封装材料上的压力；气体在气孔中施加的压力将由此不被封装材料传送到模塑腔。气孔中的气体压力将因此不影响模塑腔中的封装过程。封装材料上的压力大约为60-90大气压(6-9mPa)，而气孔中的过压力优选为3-30大气压(0. 3-3mPa)。在根据处理步骤D)的用封装材料注入模塑腔的期间，希望在连接到模塑腔的气孔中带来气体压力至低于1大气压的欠压力状态。实践中可以优先地施加例如在0-0. 5大气压(0-50000Pa)之间的较低气压，或者甚至更低的在0-0. 1大气压(O-lOOOOPa)之间的较低气压。实践中，可能一般基本上指真空。在处理步骤D)中使用欠压力的优点是因此可以降低封装材料的排出(这显然是不期望的)的机会。为了准确地确定封装材料到达气孔的时刻，能够测量封装材料上的压力，其中所记录的在封装材料上的压力的增加形成控制信号。封装材料上的压力增加确实毕竟暗示了液体封装材料正遭遇增加的阻力，这是注入模塑腔时的情况并且封装材料可以仅经由截面积比模塑腔的小很多的气孔(或多个气孔)逃逸。封装材料上的增加的压力将因此成为主动增加连接到模塑腔的气孔中的压力的控制信号。通过测量其中封装材料挤入多个模塑腔的单个中央位置处的压力可以确定封装材料上的压力。例如这可以使用邻近模塑腔的传感器(装载传感器)的直接测量或者通过间接测量(例如，在测量活塞施加的压力的情况中， 借助活塞使得封装材料移动到包围电子元件的模塑腔)。间接测量具有传感器不需要与封装材料接触的优点等。例如可以测量使活塞梁造成位移的力。多个活塞通常使用一个活塞梁来产生位移。因此，结果所记录的封装材料上的增加可以例如是确定的时间延迟，在连接到模塑腔的气孔中的压力的有效增加。因此在气孔中压力增加之前封装材料已经到达气孔是非常可能的。时间延迟例如可以保证封装材料已经进入气孔超过一受限距离；毕竟在模塑腔还没有被封装材料完全填满时的阶段需要防止封装材料上的压力已经累积起来；这会导致模塑腔的不可避免的不完全注入。时间延迟能够降低模塑腔的不完全注入的危险。本发明还能够处理流动性强的封装材料，因为限制了流动性强的封装材料通过气孔的泄露(飞溅、流出)的几率。因此变得能够处理具有2-9泊肃叶([Pa. s] = [kg/m. s]) 的动态粘度的封装材料注入模塑腔期间的情况。在此注意，增加的较低的粘度的封装材料施加是希望的，因此以便能够使封装材料在相对小的空间以及具有非常有限高度的空降的充分注入(这是持续增长的小型化的市场需求的结果)。还可以将本方法与在连接到模塑腔的气孔上放置膜材料进行结合，其中在远离封装材料的膜的一侧上施加过压力。接着还期望在封装期间在朝向封装材料的一侧上施加欠压力。这防止了过压力污染封装材料的供给通道。而且在这种方式中还降低了气体以不期望的方式流入模塑腔的几率。当过压力施加到膜上时，通过使用膜密封连接到气孔的欠压连接部位，气孔(其在模塑腔还没被完全注入时引入欠压力的处理周期之前是有效的)也将不会被封装材料污染。气孔中压力增加能够采用菜单控制形式，从而其也依赖于处理变量的数量。引入菜单的处理变量例如包括封装材料的类型、处理温度、载带材料类型、模塑部件的闭合压力、最小质量等级等等。 本发明还提供一种封装在载带上安装的电子元件的设备，包括模塑部件，彼此相对可位移，其在一闭合位置定义用于包围电子元件至少一个模塑腔；注入装置，用于连接到模塑腔的液体封装材料；以及至少一个气孔，连接到模塑腔，用于从模塑腔抽气，其中，该设备还提供有连接到气孔的压力管道，从而可以将气体以至少3个大气压力的过压状态引入气孔。使用这样的设备，能够实现就上述已经描述的根据本发明的方法的优点。在此还应该注意，该设备使得对不太需要措施来以可变形式给出气孔(或气孔的一部分)的尺寸，以便使抽气容量和通过气孔的泄漏的几率降低良好地组合。具有可变尺寸的通道的气孔结构上复杂，因此昂贵和灵敏。本发明使这样复杂的措施在最可能的程度上变得不必需。这意味着本发明在抽气开口的最大尺寸方面有较少要求。与较小的抽气开口相比，通过由于本发明而现在可能的较大尺寸的抽气开口，能够得到更好的抽气效果，并且模塑腔中压力的动态控制动作优选地能够更好地实现。注入装置通常提供有至少一个活塞，并且压力管道可以按期望连接到(气体)压力源，例如压缩空气系统，增压空气容器或升压器。该设备还可提供有控制器，通过该控制器使得可在过压力和欠压力之间控制气孔中的压力。在此欠压力希望小于0. 5大气压，优选小于0. 1大气压。本发明还可提供有控制器，通过该控制器使得可以主动地控制该欠压力。这里将主动控制理解为意指动态控制选项，使得在注入封装材料期间按照模塑腔的要求呈现多和少的欠压力。通过这种方式，能够更好地控制封装过程。这些压力有助于改进所封装的电子元件的质量。该设备还提供有连接到气孔并可被该控制器控制的至少一个阀。因此一旦在通过压力管道在气孔中施加过压力气孔就闭合。因此防止欠压系统的污染等。为了检测注入封装材料期间封装材料上的压力，期望该设备提供有压力传感器， 连接到模塑腔和连接到控制器。在特定实施例变型中，用于封装材料的注入装置提供有一个活塞，并且该活塞还包括连接到控制器的压力传感器，用于检测注入封装材料期间的封装材料上的压力。通过这些措施，在封装过程期间能够实时检测封装材料上的压力，从而在合适的时刻及时向气孔施加过压力。在另一个实施例变型中，向活塞提供位置检测器，该位置检测器连接到控制器。假设开始位置已知，则活塞的位置形成了模塑腔的注入程度的准确测量。通过位置检测器可以容易地确定活塞的位置。外部测量(即在模塑腔外部的测量)因此也代表模塑腔的注入程度。
该设备提供有连接到气孔的压力源，用于在连接到模塑腔的气孔中产生至少3个大气压力的中间压力。这样的压力源例如可以通过压力管道、气瓶、升压器或能够产生至少 3个大气压力的气体压力的任何其它源。
基于下面附图示出的非限制性的示例实施例，将更好地阐明本发明。其中图1示出了根据本发明的设备的原理图；图2示出了封装材料上的压力和抽气室的压力的变化的曲线图；图3A和IBB示出根据本发明的用于封装电子元件的方法的持续阶段期间的封装设备的变化部分。
具体实施例方式图1示出了用于封装安装在载带2上的电子元件3的设备1。载带2钳位在两个模塑部件4、5之间，从而电子元件3在此被接收于模塑腔6内，模塑腔6位于左边、模塑部件4上部。由于加热已经变为液体的封装材料8可以通过浇道(runner) 9借助活塞7被推进到模塑腔6。现在为了获得模塑腔6的合适封装材料9的注入，在注入期间，可以经由抽气室11和气孔12通过激活泵10向环境(参见箭头P1)抽空气(通常是空气，可能带有从封装材料9释放的气体。)设备1还提供有智能控制器13，在此以计算机形式示出，其中优选地能够通过多个菜单进行编程以通过输入确定的参数来提供适合于相关条件的模塑腔6 内的抽空行为的控制。可由智能控制器13控制的阀14位于气孔12中，该阀14能够闭合通向模塑部件 4侧的气孔12。设备1还提供有用于施加气压的源15 (这里为气瓶)，其经由压力管道16 连接到抽气室11。抽气室11通过窄通气开口 17(其也称为气孔)连接到模塑腔6。一旦封装材料9已经完全注入模塑腔6并且到达气孔17，则智能控制器13将关闭可控阀14并且还打开控制阀18以使压力源15开放。然后来自气瓶15的压缩空气将以至少3个大气压力进入抽气室11以及仍没有封装材料9的气孔17的部分。因此进一步流向气孔17的封装材料9被抵消，这正好是广受欢迎的效果。为了确定泵10必须停止的时刻以及必须通过经由压力管道16提供气体来增加抽气室中的压力的时刻(可能是在很短时间之后)，在活塞7内放置压力传感器18，其经由信号线19连接到智能控制器13。一旦模塑腔6被充满封装材料9并且封装材料达到气孔19， 封装材料遇到的阻力将增加，结果封装材料9上的压力增加。压力传感器19检测封装材料 9上的压力的增加，结果使得智能控制器13能够控制阀14、18的位置以及泵10的操作。图2示出了两条曲线20，21，分别代表通过活塞8施加在封装材料9上的压力 (Ptransfer,曲线20)和抽气室11中的压力(Pvmting，曲线21)随时间的压力的平行变化。上面的曲线20示出了施加在封装材料9上的压力Ptransfw在向模塑腔6注入封装材料9的期间保持受限较长时间，并且接着一旦模塑腔6完全注入封装材料9，压力Pteansfe就突然急剧增力口。第二曲线21示出在模塑腔注入期间压力Prenting非常低，低于1个大气压(欠压状态)， 但是一旦施加在封装材料9上的压力Pteansfe突然开始增加时(一旦模塑腔完全注入封装材料)，抽气室11的压力Prenting就迅速调换到几倍大气压力的过压状态。
图3A示出了根据本发明的封装设备的变化的部分，其中气孔30与压力管道31分离。这里做出的另一个变化是薄膜层33位于上模塑部件32中。不仅该薄膜层33使模塑腔 36的壁35与封装材料不接触，而且这里的气孔30也起到保护作用，下面将进行阐述。一旦封装材料37达到气孔38，通过气孔30的抽气将中断。则气体将流入并经过压力管道31， 如图:3B所示，因此在压力管道31的位置，薄膜33从上模塑部件32被释放。这里，薄膜33 形成了对封装材料37的额外阻挡，防止其进一步注入气孔38。薄膜33的另一个优点是，它保护气孔30免于通过压力管道31馈入压力气体以及免于接触封装材料37。因此，如果不使用薄膜33，气孔30有较小的可能性被污染。
权利要求
1.一种封装在载带上安装的电子元件的方法，包括以下处理步骤A)将用于封装的电子元件放置在连接到载带的模塑腔中；B)加热封装材料以使其变为液体；C)通过在液体封装材料上施加压力来移位封装材料到包围电子元件的模塑腔；D)用封装材料注入模塑腔；以及E)在模塑腔中的封装材料至少部分固化，其中，在处理步骤D)期间，在向模塑腔注入封装材料之后，连接到模塑腔的气孔中的气体压力主动增加到至少3个大气压力的过压状态，其特征在于，在液体封装材料已经到达连接到模塑腔的气孔之后，连接到模塑腔的气孔中的压力增加到过压状态。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在如根据处理步骤D)向模塑腔注入封装材料期间，连接到模塑腔的气孔中的气体压力为低于1个大气压力的欠压状态。
3.如权利要求1和2所述的方法，其特征在于测量封装材料上的压力，以及记录的封装材料上的压力中的增加形成用于主动增加连接到模塑腔的气孔中的压力的控制信号。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于通过在单个中央位置测量将封装材料推进多个模塑腔的压力来确定封装材料上的压力。
5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于记录的封装材料上的压力中的增加导致在连接到模塑腔的气孔中的压力的主动增加中的确定的时间延迟。
6.如前述任意一权利要求所述的方法，其特征在于在以封装材料注入模塑腔期间，封装材料具有2-9泊肃叶[Pa. s]的动态粘度，即等于2-9[kg/m. s]。
7.如前述任意一权利要求所述的方法，其特征在于在连接到模塑腔的气孔中放置薄膜材料，以及在封装期间在远离封装材料的一侧上施加过压力。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于在封装期间在朝向封装材料的一侧上施加欠压力。
9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于当在薄膜上施加过压力时，薄膜封住连接气孔的欠压连接。
10.一种封装在载带上安装的电子元件的设备，包括-模塑部件，彼此相对可位移，其在一闭合位置定义用于包围电子元件至少一个模塑腔；-注入装置，用于连接到模塑腔的液体封装材料；以及-至少一个气孔，连接到模塑腔，用于从模塑腔抽气，其中，该设备还提供有连接到气孔的压力管道，从而可以根据前述任意一权利要求所述的方法将气体以至少3个大气压力的过压状态引入气孔。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于该设备提供有控制器，通过该控制器使得可在过压力和欠压力之间控制气孔中的压力。
12.如权利要求11所述的设备，其特征在于该设备提供有连接到气孔并可被该控制器控制的至少一个阀。
13.如前述权利要求10-12中任意一项权利要求所述的设备，其特征在于该设备提供有压力传感器，连接到模塑腔和连接到控制器，以用于在注入封装材料期间检测封装材料上的压力。
14.如前述权利要求10-13中任意一项权利要求所述的设备，其特征在于用于封装材料的注入装置包括至少一个活塞，并且该活塞提供有连接到控制器的压力传感器，用于检测注入封装材料期间的封装材料上的压力。
15.如前述权利要求10-14中任意一项权利要求所述的设备，其特征在于该设备提供有连接到气孔的压力源，用于在连接到模塑腔的气孔中产生至少3个大气压力的中间压力。
全文摘要
本发明涉及一种封装在载带上安装的电子元件的方法，其中，在向模塑腔注入封装材料之后，连接到模塑腔的气孔中的气体压力主动增加到至少3个大气压力的过压状态。本发明还涉及一种设备，用于执行封装在载带上安装的电子元件的方法，该设备包括在闭合位置限定模塑腔的模塑部件、用于液体封装材料的注入装置、用于从模塑腔抽气的气孔以及压力管道，从而可以在气孔中施加过压力。
文档编号B29C45/34GK102548729SQ201080041305
公开日2012年7月4日 申请日期2010年7月19日 优先权日2009年7月17日
发明者A·F·G·范迪尔, H·A·M·费尔肯斯, W·G·J·加尔 申请人:飞科公司