專利名稱：一種低充高保ic塑封模具的制作方法
技術領域：
一種低充高保IC塑封模具[技術領域][0001]本實用新型涉及半導體器件及其集成電路的封裝模具技術領域，具體地是一種低充高保IC塑封模具。[背景技術][0002]隨著IC技術的飛速發展，對產品可靠性和使用壽命方面的要求不斷提高。新的材料、新的結構和新的工藝技術的引入使得芯片的集成度不斷提高，封裝尺寸不斷縮小，由各種應力引起的可靠性問題影響逐漸增加。[0003]環氧樹脂(EP)是目前IC塑封的主要材料，塑封料對半導體硅片、引線框和引線的包封，可以起到保護IC產品的作用。但是，塑封料和IC結構的緊密接觸，存在相互間的作用力，這種作用力有時會對產品的可靠性、合格率以及使用壽命造成較大的影響。以硅片為例，由于塑封料和硅的線性熱膨脹系數相差一個數量級(塑封料 25 X 10-6 0C -1，硅 ^ 2. 3X 10-60C -1)，當溫度變化時，它們的尺寸變化相差會較大。例如，對角線為Icm的芯片，溫度每變化l°c，芯片對角線的長度可變化2. 3X10-2 μ m ；變化100°C，長度可變化 2. 3 μ m。而同樣長度的塑封料每變化1°C，其長度將變化25 X 10-2 μ m ；溫度變化100°C，其長度將變化25 μ m。如果塑封料與芯片表面是分離的，塑封料將會在芯片表面移動，它的最大位移量將會大于11. 35 μ m。然而在一般情況下，塑封料是黏附在芯片表面的，它不可能在芯片表面移動(但存在這種趨勢)。于是，在芯片和塑封料界面就會存在剪切應力。這個力可能會使芯片上附著力弱的金屬化層產生滑移(溫度升高，向芯片邊緣滑移；溫度降低，向芯片中心滑移)，造成金屬條間短路或開路；也可能會使鈍化層或多晶硅層破裂，造成多層金屬化層間短路。另外，塑封料和引線框、金線之間的熱膨脹系數的失配也會引起引線框翹曲變形造成電路寄生參數的改變，或使焊點受到較大的附加拉應力而發生脫焊等可靠性問題。IC產品塑封模具的溫度在165°C左右，加工前后溫差約有150°C，可引起內在殘余應力。而IC產品的使用環境溫度在0°C 70V (商業溫度)、-40°C +85°C (工業溫度)、-40°C +125°C (汽車溫度)。大量的失效案例表明在以上3種溫度范圍內，器件失效的比例都很高。對失效器件的分析表明，外界的溫度沖擊或低溫環境造成的塑封材料對芯片的應力是主要機理。[0004]一般來說，電應力、熱應力、化學應力、輻射應力和機械應力以及其它因素均可導致半導體器件退化或失效，各種應力之間互為轉換，其中加工和使用過程中的熱應力和機械應力的影響最為顯著。[0005]目前為止，解決的辦法都是用改變添加劑的辦法，降低塑封料的線脹系數，但是由于非金屬材料和金屬材料之間線脹系數的差別過大，最好的結果也難以從根本上解決內應力的問題。而且隨著改性后線脹系數的減小，塑封料的密度隨之減小，密封效果和傳熱性都有所降低。[發明內容][0006]本實用新型的目的就是解決上述的不足，提供一種低充高保IC塑封模具，可以明顯改善塑封內應力問題。低充指低速充模，可以減小熔融料流在成型流動時對芯片和金線的沖擊，減少產品內在缺陷。高保是指在塑封料固化階段施加很高的保壓壓力。在高壓下塑料固化的實際收縮率可以為零甚至為負，通過控制型腔壓力，使得塑料的收縮率在合適的范圍內，在塑封料、芯片、引線和芯片之間達到熱適配，從而減小產品內應力，提高IC產品的可靠性和使用壽命。[0007]本實用新型采用如下技術方案一種低充高保IC塑封模具，包括上模底板、上模板、上模盒、下模底板、下模板、下模盒、注頭、高壓注塑油缸、加熱器及控溫系統，上模板03 固定有上模盒04，下模板08固定有下模盒07，上模盒上設有型腔鑲塊05，所述型腔鑲塊的中心部位設有上模料腔板洲，所述下模盒上也設有型腔鑲塊，中心部位設有下模料腔板 12，所述下模料腔板下方設有下模注頭襯套15，所述下模注頭襯套滑配了注頭16，所述注頭下端聯接高壓注塑油缸17。[0008]所述上模板與上模盒之間裝有上模支撐柱33，所述下模板與下模盒之間裝有下模支撐柱14。可以承受高保壓壓力，防止型腔或模板變形，造成脫模困難。[0009]所述上模盒與下模盒外圍設有隔熱板37，所述上模板上端面裝有上模隔熱板02， 所述下模板的下端面裝有下模隔熱板09。[0010]所述注頭下端通過注頭快捷連接器22連接高壓注塑油缸17，注塑頭可以通過快速連接器進行更換。[0011]所述下模底板上裝有傳力板導向機構，所述傳力板導向機構包括下模傳力板13、 傳力板導向滑塊20及傳力板導向座21，注塑頭施加高壓的整個行程中均有可靠的導向。[0012]所述上模盒與下模盒處設有快速冷卻機構，所述快速冷卻機構由電路連接控溫系統。[0013]本實用新型的有益效果降低內應力，高保壓力下固化塑封體的密度提高，可以提高密封效果，減少濕氣滲入的幾率，提高產品使用壽命；高密度塑封提高熱傳導效果，有利于IC芯片散熱；較高的壓應力狀態下固化，在一定程度上避免了由于料流沖擊拽拉而引起破壞的附加拉應力，使得引線斷裂、脫焊的可能性降低；高保壓方法形成的低應力效果比單純降低塑料線脹系數方法好；本實用新型可以適應于多種不同品性塑料的封裝。比如同一個芯片，在應用于高溫、低溫或高輻射等場合時對塑封料的要求有所不同，但因為它們收縮率的不同，就需要制造不同的模具來進行生產。而如果采用高保壓方法就可以采用同一副模具，對不同品質的塑封料通過控制保壓壓力來調整收縮率，滿足使用的要求。[
][0014]圖1本實用新型的結構示意圖；[0015]圖1中，01上模底板，02上模隔熱板，03上模板，04上模盒，05型腔鑲塊，06流道頂桿，07下模盒，08下模板，09下模隔熱板，10下模澆口鑲塊，11下模墊板，12下模料腔板，13 下模傳力板，14下模支撐柱，15下模注頭襯套，16注頭，17高壓注塑油缸，18下模頂出板，19 下模底板，20傳力板導向滑塊，21傳力板導向座，22注頭快捷連接器，23下模頂出桿，24下模頂件板，25下模頂出底板，26圓形定位銷，27導套，觀上模料腔板，四上模頂料底板，30 上模頂料板，31上模墊板，32導柱，33上模支撐柱，34頂針，35加熱器溫控器，36上模頂料4彈簧，37隔熱板。 [具體實施方式
][0016]
以下結合附圖對本實用新型作以下進一步說明[0017]如圖1所示，本實用新型包括上模底板、上模板、上模盒、下模底板、下模板、下模盒、注頭、高壓注塑油缸、加熱器及控溫系統，上模板03固定有上模盒04，下模板08固定有下模盒07，上模盒上設有型腔鑲塊05，所述型腔鑲塊的中心部位設有上模料腔板觀，所述下模盒上設有下模澆口鑲塊10，所述下模澆口鑲塊的中心部位設有下模料腔板12，所述下模料腔板下方設有下模注頭襯套15，所述下模注頭襯套連接注頭16，所述注頭下端配合連接高壓注塑油缸17。所述上模板與上模盒之間裝有上模支撐柱33，所述下模板與下模盒之間裝有下模支撐柱14。可以承受高保壓壓力，防止型腔或模板變形，造成脫模困難。所述上模盒與下模盒外圍設有隔熱板37，所述上模板上端面裝有上模隔熱板02，所述下模板的下端面裝有下模隔熱板09。所述注頭下端通過注頭快捷連接器22連接高壓注塑油缸17，注塑頭可以通過快速連接器進行更換。[0018]所述下模底板上裝有傳力板導向機構，所述傳力板導向機構包括下模傳力板13、 傳力板導向滑塊20及傳力板導向座21，注塑頭施加高壓的整個行程中均有可靠的導向。[0019]所述上模盒與下模盒處設有快速冷卻機構，所述快速冷卻機構由電路連接控溫系統。[0020]以SS0P-20L產品的IC塑封為例，采用EP料(三星電子有限公司，牌號為 SL-7300SPM)。設置壓機自動模式的塑封工藝流程參數，模具溫度設置在165°C，注塑階段采用低速充模，系統壓力在2Mpa左右，固化階段采用高壓保壓，系統壓力約為14MPa左右。[0021]具體操作過程為如圖1所示，把六個注頭16清潔后用專用套筒和注頭快捷連接器22安裝妥當。當模具在加熱系統等加熱并顯示溫度達到165°C后，將粘合了芯片、鍵合了金線的引線框放置于下模型腔表面，用圓形定位銷26把引線框正確定位，把六個EP圓柱料投入下模料腔板12中，控制壓機把分型面閉合，啟動自動壓制程序。系統壓力升到2MPa，高壓注塑油缸17在傳力板導向滑塊20、傳力板導向座21的精確制導作用下，通過注頭快捷連接器22和注頭16向料腔加壓，由于高溫EP料熔融，在注塑壓力下通過分型面上的分流道和澆口鑲塊10進入IC塑封型腔，5-19秒之內型腔充滿，實測型腔壓力升高，20秒后系統壓力進入HMI5a的高壓狀態(壓力根據實際的收縮率要求可以調整)，腔內的塑料開始發生固化反應，這時型腔內壓力達到95MPa，固化的過程一直伴隨有高壓作用，高壓的作用迫使型腔內塑料的質量不斷增加，塑料被壓縮，但隨著塑料固化比例的提高，系統壓力的傳遞效果減弱，實測型腔壓力逐漸漸低，接近90秒時型腔內完全固化，加熱系統35控制型腔開始冷卻，降溫到40°C左右，塑料冷卻收縮。120秒時，壓機打開分型面，下模頂出板18被限制向下，推動下模頂出桿23向上頂動下模頂件板M、下模頂出底板25帶動流道頂桿06和頂針 34頂出塑封流道、塑件和引線框。取出引線框后，模溫又上升到165°C，重復下一循環。
權利要求1.一種低充高保IC塑封模具，包括上模底板、上模板、上模盒、下模底板、下模板、下模盒、注頭、高壓注塑油缸、加熱器及控溫系統，上模板(0 固定有上模盒(04)，下模板(08) 固定有下模盒(07)，其特征在于上模盒上設有型腔鑲塊(05)，所述型腔鑲塊的中心部位設有上模料腔板( )，所述下模盒上也設有型腔鑲塊，中心部位設有下模料腔板(12)，所述下模料腔板下方設有下模注頭襯套(15)，所述下模注頭襯套滑配了注頭(16)，所述注頭下端聯接高壓注塑油缸(17)。
2.根據權利要求1所述低充高保IC塑封模具，其特征是所述上模板與上模盒之間裝有上模支撐柱(33)，所述下模板與下模盒之間裝有下模支撐柱(14)。
3.根據權利要求1或2所述低充高保IC塑封模具，其特征是所述上模盒與下模盒外圍設有隔熱板(37)，所述上模板上端面裝有上模隔熱板(02)，所述下模板的下端面裝有下模隔熱板(09)。
4.根據權利要求3所述低充高保IC塑封模具，其特征是所述注頭下端通過注頭快捷連接器0 連接高壓注塑油缸(17)。
5.根據權利要求4所述低充高保IC塑封模具，其特征是所述下模底板上裝有傳力板導向機構，所述傳力板導向機構包括下模傳力板(13)、傳力板導向滑塊00)及傳力板導向座 01)。
6.根據權利要求5所述低充高保IC塑封模具，其特征是所述上模盒與下模盒處設有快速冷卻機構，所述快速冷卻機構由電路連接控溫系統。
專利摘要本實用新型涉及一種低充高保IC塑封模具，包括上模底板、上模板、上模盒、下模底板、下模板、下模盒、注頭、高壓注塑油缸、加熱器及控溫系統，上模盒上設有型腔鑲塊，所述型腔鑲塊的中心部位設有上模料腔板，所述下模盒上也設有型腔鑲塊，中心部位設有下模料腔板，所述下模料腔板下方設有下模注頭襯套，所述下模注頭襯套滑配了注頭，所述注頭下端聯接高壓注塑油缸；本實用新型可以降低內應力，高保壓力下固化塑封體的密度提高，可以提高密封效果，減少濕氣滲入的幾率，提高產品使用壽命；較高的壓應力狀態下固化，在一定程度上避免了引線斷裂、脫焊的可能性，高保壓方法形成的低應力效果比單純降低塑料線脹系數方法好。
文檔編號B29C45/26GK202241834SQ20112037526
公開日2012年5月30日 申請日期2011年9月28日 優先權日2011年9月28日
發明者唐佳, 廖秋慧, 張霞, 曹陽根, 曹雨楠, 阮勤超, 黃晨 申請人:上海工程技術大學