封装材料的熟化度与比容关系的量测设备的制作方法

本发明关于一种封装材料检测技术，特别是，关于一种封装材料的熟化度与比容关系的量测设备。

背景技术

近年来半导体产业发展迅速，基于多元化或轻巧化的需求，积体电路(integratedcircuit，ic)构装也朝着高功率、高密度、轻薄以及微小化等高精密度晶片方向去研发，构装主要目的是保护晶粒免于受到损坏、提高机械性质和物理性质、以及增加散热性。

ic封装技术可包括陶瓷封装和塑胶封装，陶瓷封装(ceramicpackage)有高度稳定性与可靠度的优点，但其封装成本相对昂贵，恐难在一般电子产品普及。反之，若以塑胶封装(plasticpackage)常使用的环氧树脂(epoxymoldingcompound，emc)来说，价格相对低廉且制程成本低，较适用于生活周遭电子用品，但其气密性和可靠度相对较差，导致封装成品的稳定性也跟着受影响。封装材料(epoxymoldingcompound)为热固性塑胶(thermosettingmaterials)，其加热至某一温度时会发生键结反应，引起塑料分子不断固化链结在一起并释放热量，导致温度提高，也就是反应同时即进行固化(curing)，反应后也结束固化以变成性质不同的新物质，但无法再被软化熔融或重复成形。

以环氧树脂为例，分子间会进行架桥而固化并放出热量，但在环氧树脂固化过程，熟化度与温度和压力彼此之间有紧密的连动关系，也就是，温度与压力会影响环氧树脂的熟化度，进而影响材料比容。然目前对封装成品的翘曲分析都仅限于温度差所产生的热翘曲变形进行研究，然如前述，环氧树脂的固化反应不仅对材料本身比容有很大影响，其固化翘曲的影响也不亚于温度所产生的热翘曲影响，因而若仅以温度来考量翘曲量或翘曲方向，恐让封装成品与预期有一定误差。

由上可知，如何找出一种封装材料熟化度的量测机制，特别是，通过不同温度、压力下，找出封装材料熟化度与比容之间关系，可供封装材料封装时的参考，将成为本技术领域人员努力追求的目标。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种可得到封装材料的熟化度与比容之间关系性的量测机制，通过建立一台压力-体积-温度-熟化度(p-v-t-c)量测设备，将例如环氧树脂的封装材料于定温定压下，找出其熟化度对比容的影响，进而找出一套压力-体积-温度-熟化度(p-v-t-c)关系式，提供日后封装材料的翘曲计算。

本发明提出一种封装材料的熟化度与比容关系的量测设备，包括：上负载模块，其包括上伺服电机、上滚珠螺杆及施力板，该上伺服电机通过皮带带动该上滚珠螺杆的转动，以使连接该滚珠螺杆的该施力板向下位移，进而定位该施力板；下负载模块，其包括下滚珠螺杆和具推杆的荷重接头组，该下滚珠螺杆基于一下伺服电机的运作移动，以使连接该下滚珠螺杆的该荷重接头组产生对应的位移；上膜腔模块，其连接该上负载模块的该施力板；以及下膜腔模块，其设置于该下负载模块上且供该荷重接头组的推杆可部分地滑设其中，以于位移该荷重接头组时，带使该推杆向上移动，其中，该下膜腔模块包括腔体及加热管，该加热管用于加热以使放置于该腔体内的待测物维持定温状态，其中，该上膜腔模块基于该施力板的该向下位移以及该下膜腔模块内该推杆的该向上位移，能使位于该腔体内的该待测物处于定压状态，并能通过设置于该下负载模块的光学量测器量测该待测物于单位时间内的体积变化。

本发明所述的封装材料的熟化度与比容关系的量测设备还包括控制器，用于根据该待测物的温度、荷重值以及位移量以控制该上伺服电机、该下伺服电机及该加热管的运作。

于一实施例中，该控制器通过温度控制器以调整该加热管的温度。

于另一实施例中，该温度控制器通过设置于该腔体处的温度感应器，以得到该待测物的温度。

于再一实施例中，该控制器通过分别设置于该上膜腔模块与该上膜腔模块的荷重传感器，以得到该待测物的受力。

于又一实施例中，该控制器用于将该待测物的受力转换为电压输出，以借由该电压大小换算出该待测物的该荷重值。

本发明的封装材料的熟化度与比容关系的量测设备还包括数据处理模块，用于依据该待测物的体积变化以计算该待测物的体积收缩率，以得到该体积收缩率与该待测物的熟化度的关系。

于又另一实施例中，该光学量测器为光学尺，用于量测该待测物的高度变化。

于又一实施例中，该上负载模块还包括连接该上伺服电机的马达皮带轮以及连接该上滚珠螺杆的从动皮带轮，该皮带环绕该马达皮带轮及该从动皮带轮。

本发明的封装材料的熟化度与比容关系的量测设备还包括外部壳体，用于包覆该上负载模块、该下负载模块、该上膜腔模块以及该下膜腔模块。

于又再一实施例中，该荷重接头组设置于该下滚珠螺杆的上端，以使该荷重接头组基于该下滚珠螺杆的向上移动以产生向上位移；又或者，该荷重接头组设置于该下滚珠螺杆的侧边，以使该荷重接头组基于该下滚珠螺杆的向上移动而产生向上位移的连动。

相较于习知技术，本发明提出的封装材料的熟化度与比容关系的量测设备，上膜腔模块与下膜腔模块的位移可使待测物处于定压状态，加热器的设置可确保待测物处于定温状态，通过温度和压力监控以量测待测物于单位时间内的体积变化，进而得到封装材料的体积变化量，此可应用于后续p-v-t-c关系式的推得。

附图说明

图1a-图1b为本发明的封装材料的熟化度与比容关系的量测设备的外观架构图；

图2a-图2c为本发明的封装材料的熟化度与比容关系的量测设备的上负载模块的架构图；

图3a-图3d为本发明的封装材料的熟化度与比容关系的量测设备的下负载模块的架构图；

图4a-图4d为本发明的封装材料的熟化度与比容关系的量测设备的上膜腔模块的架构图；

图5a-图5c为本发明的封装材料的熟化度与比容关系的量测设备的下膜腔模块的架构图；

图6为本发明的封装材料的熟化度与比容关系的量测设备其运作的流程方块图；以及

图7a-图7c为本发明有关体积收缩率与熟化度的关系的实验数据图。

符号说明

1量测设备

11上负载模块

110上伺服电机

111上滚珠螺杆

112施力板

113皮带

114减速机

115马达皮带轮

116从动皮带轮

117轴承接头

118轴承固定板

12下负载模块

121下滚珠螺杆

122荷重接头组

1221推杆

123下伺服电机

124下负载基板

125减速机

1251减速机固定板

126光学量测器

13上膜腔模块

131上膜部

132加热管

133温度感应器

134隔热板

14下膜腔模块

141腔体

142加热管

143温度感应器

144隔热板

145下膜部

15操控面板

16下外部机壳

17操作窗口

602控制器

603上伺服电机

604上荷重传感器

605上膜腔模块

606上荷重显示器

607下伺服电机

608施力轴

609下荷重传感器

610待测物

611温度控制器

612加热管

613温度感应器

614位移传感器。

具体实施方式

以下借由特定的具体实施形态说明本发明的技术内容，熟悉此技艺的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的优点与功效。然本发明也可借由其他不同的具体实施形态加以施行或应用。

请参照图1a-图1b，其为本发明的封装材料的熟化度与比容关系的量测设备的外观架构图。简单来说，本发明为了得到体积收缩率与熟化度之间的关系式，以作为日后封装材料于构装时翘曲量的参考，故本发明希望同时考量温度、压力下，得到封装材料的体积变化，最终再通过数值归纳，以推得体积收缩率与熟化度之间的关系，因而本发明提出一种量测设备，可在控制温度、压力下，量测封装材料的体积变化量。

如图1a-图1b所示，图1a为封装材料的熟化度与比容关系的量测设备1整体外观，图1b则是封装材料的熟化度与比容关系的量测设备1侧面视图，本发明的封装材料的熟化度与比容关系的量测设备1可包括上负载模块11、下负载模块12、上膜腔模块13以及下膜腔模块14。

除了封装材料的熟化度与比容关系的量测设备1机体下方前侧设有操控面板15以供使用者操作外，下外部机壳16内设有下负载模块12，下膜腔模块14位于下负载模块12上方，而上膜腔模块13设于上负载模块11下方，上外部机壳(图未示)可设于下外部机壳16上方，用于包覆上负载模块11、上膜腔模块13及下膜腔模块14。当上外部机壳(图未示)覆于下外部机壳16上时，可通过操作窗口17，将欲执行量测的待测物置入封装材料的熟化度与比容关系的量测设备1内。

上负载模块11可带动上膜腔模块13向下位移，待测物则置于下膜腔模块14内，通过上负载模块11与下膜腔模块14的上下紧迫，使得待测物在下膜腔模块14内受一定压力，另外，本发明还可调整待测物周边温度，使得待测物可处于定温环境，借此待测物可在不同温度、压力等条件下，进而体积变化的量测。

下面将针对上负载模块11、下负载模块12、上膜腔模块13和下膜腔模块14各别说明。

请参照图2a-图2c，其为本发明的封装材料的熟化度与比容关系的量测设备的上负载模块的架构图，其中，图2a为上负载模块的外观图，图2b图为上负载模块的右侧视图，图2c为上负载模块的前视图。

如该些图所示，上负载模块11位于封装材料的熟化度与比容关系的量测设备1整体上端，其包括上伺服电机110、上滚珠螺杆111及施力板112。其中，上伺服电机110通过皮带113带动上滚珠螺杆111的转动，使得连接上滚珠螺杆111的施力板112向下位移，进而定位施力板112。

请参考图2b，马达皮带轮115可动地连接至上伺服电机110，当上伺服电机110运转时，会带动马达皮带轮115转动，通过皮带113以使从动皮带轮116转动，从动皮带轮116与上滚珠螺杆111可动地连接，因而上伺服电机110运转时，上滚珠螺杆111向下转动，上滚珠螺杆111通过轴承接头117与轴承固定板118连接，可使施力板112向下移动，施力板112连接图1b的上膜腔模块13，使得上膜腔模块13可移动到所需位置，借此达到定位上膜腔模块13的目的。

另外，上伺服电机110与马达皮带轮115之间可设有减速机114，借此调整上伺服电机110所输出运转速度。

请参照图3a-图3d，其为本发明的封装材料的熟化度与比容关系的量测设备的下负载模块的架构图，其中，图3a为下负载模块的外观图，图3b为下负载模块的前视图，图3c为图3b所示的下负载模块沿着a-a线的剖面视图。

如该些图所示，下负载模块12包括下滚珠螺杆121和荷重接头组122，其中，下滚珠螺杆121基于下伺服电机123的运作而产生上下位移，使得连接下滚珠螺杆121的荷重接头组122可产生对应移动，也就是当下滚珠螺杆121向上位移时荷重接头组122也会向上位移。

更具体来说，荷重接头组122设置于下滚珠螺杆121的侧边，即荷重接头组122通过下负载基板124设置于下负载模块12上，其中，荷重接头组122基于下滚珠螺杆121的向上移动而产生向上位移的连动。

另外，荷重接头组122的推杆1221将会伸入图1b的下膜腔模块14内，借此于推杆1221移动时，使得下膜腔模块14内产生空间以供待测物置入，或者是通过推杆1221的位移挤压给予待测物一压迫力。

下负载模块12还包括设于下伺服电机123上的减速机125，可通过减速机固定板1251设于下负载模块12上，其目的用于调整下伺服电机123所输出运转速度。

下负载模块12更设有光学量测器126，可设于下负载模块12侧边，光学量测器126可为光学尺，用于量测荷重接头组122位移大小，此目的可得到待测物的高度变化，简单来说，通过比对荷重接头组122的位移情况，即可推得待测物的高度变化。

另外，如图3d所示，为下负载模块12另一种实施例。于图3a-图3c中，荷重接头组122是设置于下滚珠螺杆121的侧边，但于本实施例中，荷重接头组122是设置于下滚珠螺杆121的上端，也就是说，下滚珠螺杆121基于下伺服电机123的运作而上下位移，位于下滚珠螺杆121上端的荷重接头组122也会产生对应移动。上述两种下负载模块12可基于不同需求而设计，但最终目的都是让荷重接头组122移动到所需位置。

请参照图4a-图4d，其为本发明的封装材料的熟化度与比容关系的量测设备的上膜腔模块的架构图，其中，图4a为上膜腔模块的外观图，图4b为上膜腔模块的侧视图，图4c和图4d分别为图4b的上膜腔模块沿b-b和a-a线的剖面视图。

如图4a-图4d所示，上膜腔模块13包括上膜部131、加热管132、温度感应器133以及隔热板134。上膜部131可连接至图1b的上负载模块11，以基于上负载模块11的移动而使上膜腔模块13位移，上膜腔模块13内部设置有加热管132，加热管132可提供上膜腔模块13整体保持在一定温度，此有助于当上膜腔模块13压迫于放置有待测物的下膜腔模块14(图1b)时，待测物不会因为接近上膜腔模块13的不同温度，使得待测物产生温度变化而无法处于定温状态。加热管132的位置、型态可随需求设计，例如环绕整个上膜腔模块13。

上膜腔模块13四周设有隔热板134，此可避免上膜腔模块13内热能流失，另外，上膜腔模块13还可通过温度感应器133进行温度监测，温度感应器133可例如为测温棒，可感测上膜腔模块13的温度，以作为调整加热管132加热情况的依据。

请参照图5a-图5c，其为本发明的封装材料的熟化度与比容关系的量测设备的下膜腔模块的架构图，其中，图5a为下膜腔模块的外观图，图5b为下膜腔模块的侧视图，图5c为图5b的下膜腔模块沿a-a线的剖面视图。

下膜腔模块14设置于下负载模块12上并且下负载模块12的荷重接头组122的推杆1221部分地设置其中，如图5c所示。另外，下负载模块12可使荷重接头组122的推杆1221上下移动，其中，下膜腔模块14包括腔体141及加热管142，加热管142的加热可使放置于腔体141内的待测物保持一定温度，倘若需处于定温状态，则同样可通过温度监控达到定温效果。

加热管142位置、样式可随需求设计，例如环绕整个下膜腔模块14，更佳者，加热目的是为了保持待测物处于一定温度，因而加热管142也可考虑设置于待测物附近，例如环绕待测物设置。另外，下膜腔模块14还可包括温度感应器143，用于感测待测物所处环境的温度，之后，可将依据温度情况调整加热管142的加温大小。

下膜腔模块14四周同样可设置隔热板144，防止热能经传导后散去。另外，下膜腔模块14还包括下膜部145，主要供上膜腔模块压而其上，下膜部145中间有一孔洞可供待测物置入，此孔洞在下膜腔模块14内即是前述的腔体141。

通过前述各构件的结合，上膜腔模块13基于施力板112的向下位移以及下膜腔模块14内推杆1221的向上位移，以使位于腔体141内的待测物处于某一压力状态，也就是说，上膜腔模块13提供向下压的限位效果，下膜腔模块14内推杆1221提供一个向上压力，如此使得设置于腔体141内的待测物可处于一个预定受压环境。通过本发明的量测设备，将可提供不同压力、温度的量测情境，借此达到不同压力、温度下的体积变化量的量测。关于体积变化，可通过设置于下负载模块12的光学量测器126(图3a)量测，借此推算待测物于单位时间内的体积变化。

请参照图6，其为本发明的封装材料的熟化度与比容关系的量测设备其运作的流程方块图。具体来说，封装材料的熟化度与比容关系的量测设备内可设置控制器，可用以依据待测物的温度、荷重值以及位移量，进而控制上伺服电机、下伺服电机及加热管的运作。

如图所示，当启动测试时，可由控制器602进行相关组件的操控，此时将要求上伺服电机603运转以对上膜腔模块605提供向下移动的能量并形成位移效果，在此同时可通过上荷重传感器604感测施加的重量，必要时可通过上荷重显示器606来显示重量，且于必要时调整上伺服电机603的运转以改变施加力大小。

在控制器602进行操控上伺服电机603时，也可同时控制下伺服电机607，控制器602可控制施力轴608(即前述的下滚珠螺杆)对待测物610施力，以使待测物610受到压迫，此时也可通过下荷重传感器609感测施加的重量，即待测物610的受力。

具体来说，控制器602可将待测物610的受力转换为电压输出，通过电压大小换算出待测物610的荷重值。因此，通过上伺服电机603和下伺服电机607的运作，使得位于下膜腔模块内的待测物610在上膜腔模块605下压限位以及伸入下膜腔模块内的推杆的上下施压，进而达到维持一定压力的状态。

控制器602可通过温度控制器611来控制加热管612对待测物610周边进行加热，使其达到预定温度以及温度的维持，并且可通过温度感应器613来量测该待测物所处位置的温度，并回报给温度控制器611，温度控制器611可据此调整加热管612的加热温度高低。

待测物610可通过位移传感器614量测待测物610的位移量，也就是感测待测物610的高度变化，具体来说，在下膜腔模块内容置待测物610为固定的圆柱状空间下，此圆柱状空间即前述腔体，高度变化将可推得待测物610的体积变化。

另外，封装材料的熟化度与比容关系的量测设备内更可设置数据处理模块，例如可执行运作的处理器，用于根据待测物的体积变化情况计算待测物的体积收缩率，本发明将待测物的体积收缩率与熟化度进行分析，以得到两者的关系式。须说明者，数据处理模块可设于设备内或独立于设备外，若为设置于设备外的型态，可例如电脑内安装数据处理程式，以将来自设备的量测数值进行分析计算。

下面将对如何取得体积收缩率与熟化度的关系式进行说明。

首先，要通过待测物的温度量测找出熟化反应动力学模式，可使用差示扫描量热法(differentialscanningcalorimetry，dsc)的热分析技术，量测封装材料于熟化反应时的放热量，利用熟化反应正比于熟化反应的热量变化的概念，在不同升温速率下，通过实验取得封装材料于三种不同升温速率下，封装材料随温度改变的熟化度曲线图，即熟化反应速率在不同温度下随时间改变的曲线图。

在取得熟化反应中熟化度、反应速率及温度关系的曲线图后，借由将数据带入反应动力学模式并利用非线性回归分析(nonlinearregressionanalyze)，以求出反应动力学模式中的参数。之后，可利用这些参数求得封装材料在等温状态下熟化度随时间变化的关系图，如图7a所示。

接着，以数个定压和定温差下进行实验，当封装材料放入腔体后需一段时间预热，此步骤是防止溢料情况。当封装材料在腔体内受挤压而有体积收缩情况时，因须维持等压，故会在等压后才撷取数据。体积收缩率可以利用下列式(1)来计算出封装材料随时间变化的体积收缩量。

其中，vsi为任意时间的体积收缩率，vo为初始体积vi为任意时间的体积，ho为初始高度，hi为任意时间的高度。如图7b所示，为某一封装材料于145℃下配合不同压力的体积收缩率与时间的关系图。

最后，将时间与体积收缩率的关系图，结合反应动力学模式的时间与熟化度关系图之后，即可以得到体积收缩率与熟化度之间的关系，即p-v-t-c关系式。

于本实施例中，可对某一种封装材料建立出p-v-t-c关系式，如下面式(2)所示，其中，式(2)中的各项函数如式(3)～式(8)所示，通过p-v-t-c关系式可得到封装材料的体积收缩率与熟化度的关系，且在不同制程情形下，可推得各制程下的体积收缩率。

vs(p,t,c)＝f1(p,t)·c^f2(p-t)式(2)

其中，f1(p,t)与f2(p,t)为压力(kgf/cm²)与温度(℃)的函数。

f1(p,t)＝fa(t)p+fb(t)式(3)

f2(p,t)＝fc(t)p+fd(t)式(4)

fa(t)＝a2t²+a1t+a0式(5)

fb(t)＝b2t²+b1t+b0式(6)

fc(t)＝c2t²+c1t+c0式(7)

fd(t)＝d2t²+d1t+d0式(8)

其中，a2、a1、a0、b2、b1、b0、c2、c1、c0、d2、d1、d0均为材料常数，如图7c所示，为此封装材料在145℃下的体积收缩与温度、压力、熟化度的关系图，前述p-v-t-c关系式将可应用于封装材料的翘曲计算中。

综上所述，本发明的封装材料的熟化度与比容关系的量测设备，通过机台设计，使得待测物可处于各种不同温度和压力环境，进而量测封装材料的体积变化量，之后可通过该些数据得到p-v-t-c关系式，此关系式将可用于日后封装材料封装时其翘曲量的参考依据，且可优于目前仅考量温度对于封装材料的翘曲量影响的结果。

上述实施形态仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟习此项技艺的人士均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施形态进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。