一種球柵格陣列形式高精密半導體封裝模具的制作方法
【專利摘要】一種球柵格陣列形式高精密半導體封裝模具，特別適用于封裝基板一側帶有球柵格陣列、引腳柵格陣列或被安裝在帶有柵格陣列觸點的集成電路上的電子元件（BGA）類型的封裝模具。該封裝模具包括上模板、下模板和浮動裝置，組合上模板和下模板形成用于封裝電子元器件的上型腔和下型腔，浮動裝置提供調節距離補償不同厚度的基板。通過上模板上的流道注入封裝材料物質進入上型腔和下型腔中，同時使空氣排到上模板外，下模板設有集氣裝置和排氣裝置。該封裝模具使基板充分地與下模板接觸，不會因氣壓導致基板扭曲變形；集氣裝置與排氣裝置可有效的結合在一個封裝模具內，有效地解決了集成電路封裝過程中產生的一些問題，節約了生產時間，降低了生產成本。
【專利說明】一種球柵格陣列形式高精密半導體封裝模具
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種球柵格陣列形式高精密半導體封裝模具，特別適用于封裝基板一側帶有球柵格陣列、引腳柵格陣列或被安裝在帶有柵格陣列觸點的集成電路上的電子元件(BGA)類型的封裝模具。
【背景技術】
[0002]半導體的封裝和通過球柵格陣列連接并傳遞到其他電子裝置，是一個已知的和常用的技術。通常情況下，大量的電子元件或電子設備被放置在一個下模板或多個型腔中，上模板與下模板合模時，形成的型腔由流道連接，即填充液化狀態的封裝材料。通常位于每一型腔的入口狹窄的通道稱為澆口，以限制注射進入型腔的液化封裝材料的流量和速度。
[0003]實際情況被封裝一個電路板或基板上，有一個或多個半導體器件被線所連接，在上下模板之間被壓緊，以阻止液化的封裝材料泄漏到型腔外。通常被用來壓緊模板的力具有數噸大。
[0004]通常，粉末的或做成粒狀的封裝材料，例如熱固性樹脂，被放置在注料筒里并被一個注料頂桿壓縮。加熱加壓的封裝材料液化，通過相連的流道到達澆口，填充到每一個型腔中，隨后它固化變硬，以保護封裝基板上的電子器件裝置。當液化的封裝材料填充到型腔時，空氣被通過一個或多個排氣口從型腔內排出。通過熱固材料的部分硬化，模板沿著合模面分離，其在流道和澆口中的材料已經凝固，多余的封裝材料將被去除并修整。
[0005]封裝材料從模具型腔各封裝單元固化和分離后，基板上所有廢料部分可以從基板切除，這種切除技術是已知的，該裝置是現成的。
[0006]具有在一個電路板上有許多裝置中一個球柵格陣列封裝(BGA)或相似的陣列，電路板的表面具有陣列連接形式凸起，不可以有封裝材料物質覆蓋。因而，在陣列連接表面上已經凝固的任何塑料制品將被去除。
[0007]在大多數裝置中，夾在基板體中的材料是可以變換厚度或密度的，除非有對此厚度變化進行補償，要不然一個薄于正常的電路板經過上下模板的合模面部分存在縫隙，可以導致封裝材料泄漏。
[0008]已經發現氣體通常被基板壓住轉移不出去，大概因為基板壓實以及氣體由于模板高溫而膨脹。使得一個安裝好的具有IC器件的基板不能與模具下模的支撐板完全貼合，基板一側的氣體可以引起基板的暫時的翹曲。通過正常的合模注料，翹曲的基板會引起封裝材料成型中的破裂，散裂等問題出現。
【發明內容】
[0009]為了克服現有技術中存在的問題，本發明提供一種球柵格陣列形式高精密半導體封裝模具。該封裝模具采用補償基板厚度變化差異的裝置，提供基板厚度補償，對額定厚度的基板進行自動調整，對不同型號基板的厚度是可調的，以便于在現有的商業封裝壓力機上使用。
[0010]本發明采用的技術方案是:一種球柵格陣列形式高精密半導體封裝模具，它包括一個具有上型腔和至少一處上合模面的上模板和一個具有下型腔和至少一處下合模面的下模板，它還包括一個針對不同厚度的基板進行相應的補償的浮動裝置，所述浮動裝置具有多個彈簧堆疊構件，組合所述上模板和下模板形成用于封裝電子元器件的上型腔和下型腔，所述上合模面與下合模面壓實一部分基板，在上模板與下模板之間夾著基板的一部分，使用上模板的一個上合模面接觸一部分基板，使用下模板的一個下合模面接觸一部分基板，在所述上模板上設有用于密封基板的合模力裝置；所述浮動裝置提供調節距離補償不同厚度的基板，浮動裝置包括一個第一平面板、一個第二平面板和附加裝置，用于安放第一平面板與附加裝置的第二平面板固定不動，第一平面板與第二平面板之間有相對運動；所述附加裝置中設有多個同心錐形的彈簧堆疊構件與止動構件，止動構件調節第一平面板與第二平面板之間的最大間隔距離，通過上模板上的流道注入封裝材料物質進入上模板的上型腔和下模板的下型腔中，同時使上型腔中的空氣通過排氣口排到上模板外，下模板設有存放基板下部產生氣體的集氣裝置和用于把收集氣體排出模板的排氣裝置。
[0011]所述下模板的下型腔內設置安放基板的凸筋與凹槽。
[0012]本發明的有益效果是:這種球柵格陣列形式高精密半導體封裝模具包括上模板、下模板和浮動裝置，組合上模板和下模板形成用于封裝電子元器件的上型腔和下型腔，浮動裝置提供調節距離補償不同厚度的基板，浮動裝置包括第一平面板、第二平面板和附加裝置，附加裝置中設有多個同心錐形的彈簧堆疊構件與止動構件，止動構件調節第一平面板與第二平面板之間的最大間隔距離，通過上模板上的流道注入封裝材料物質進入上模板的上型腔和下模板的下型腔中，同時使上型腔中的空氣通過排氣口排到上模板外，下模板設有存放基板下部產生氣體的集氣裝置和用于把收集氣體排出模板的排氣裝置。該封裝模具使基板充分地與下模板接觸，不會因氣壓導致基板扭曲變形，影響電子元件的封裝質量；集氣裝置與排氣裝置可有效的結合在一個封裝模具內，有效地解決了集成電路封裝過程中產生的一些問題，節約了生產時間，降低了生產成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是一種球柵格陣列形式高精密半導體封裝模具的結構圖。
[0014]圖2是一個展示模槽和浮動裝置的立體圖。
[0015]圖3是圖2中的A-A的剖視圖。
[0016]圖4是另一浮動裝置與排氣裝置的可案圖。
[0017]圖5是下模板的部分俯視圖，包括集氣槽與排氣裝置。
[0018]圖6是圖5中的B-B剖視圖，包括集氣槽與排氣裝置。
[0019]圖7是浮動裝置的壓縮運動與壓縮力之間的關系圖。
[0020]圖中:10、封裝模具，12、上模板，14、下模板，16、中心線，18、上型腔，20、矩形板件，22、流道，24、排氣口，26、平坦的上表面，28、合模力裝置，30、平坦的下表面，32、下部合模力，34A、上合模面，34B、下合模面，38、電子裝置，40、基板，42、一側，44、半導體芯片，48、細導線，50、基板下面，52、下型腔，54、排氣裝置，56、凸筋，58、凹槽，58A、集氣裝置，60、浮動裝置，62、第一平面板，64、第二平面板，66、水平平板，68、垂直承壓板，69、上端面，70、彈簧堆疊構件，72、多個同心錐形彈簧，74、第一平面板上平面，76、頂絲，78、頂絲螺紋孔，80、螺絲頭，82、螺紋，84、軸心，86、螺紋孔下部，88、頂絲孔中心線，90、止動裝置，91、止動螺絲釘，92、通孔，93、螺絲釘螺紋，94、定距環，96、墊圈，98、止動螺絲釘頭，100、螺絲釘螺紋孔。102、螺絲釘螺紋孔中心線，106、水平平板上表面，P、壓縮力，t、厚度尺寸，η、同心錐形彈簧數量。
[0021]【具體實施方式】:
球柵格陣列(BGA)形式高精密半導體封裝模具適用于封裝基板一側帶有球柵格陣列、引腳柵格陣列或被安裝在帶有柵格陣列觸點的集成電路上的電子元件(BGA)類型的封裝模具。
[0022]圖1-5示出了一臺封裝模具10，封裝模具10包括一個上模板12和下模板14。為描述容易起見，假定在中心線16右面說明的部分是在中心線左面的鏡像部分。
[0023]該部分描述的是那些直接涉及到本發明的部分，因此，一臺封裝模具的加熱器部分通常是包括在一臺封裝模具10以內的，直接位于下模板14下方。它不被描述也不被顯示，它對本發明沒有直接的關系。
[0024]術語“上”和“下”這里使用是為了描述方便，因上、下模板位置是可反轉的。
[0025]顯示為常規的一個上模板12，通常與多個上型腔18 —起沿著它的下平面的矩形板件20分布。每一上型腔18具有一個流道22，其用于注入熔化封裝材料進入型腔。通常一個熱固性樹脂通過流道22進入型腔，型腔內的氣體就會從排氣口 24被擠出。上模板12通常具有一個平坦的上表面26，接收壓力機上部傳遞的合模力裝置28用于上模板12與下模板14充分接觸保證封裝材料沒有泄漏。
[0026]下模板14通常具有一個平坦的下表面30，用來接收壓力機傳遞的下部合模力32。上模板12上一個部分凸起的上合模面34Α，與封裝的基板40上部接觸。下模板14上凸起的下合模面34Β與封裝的基板40下部接觸。當上模板12和下模板14通過上合模面34Α和下合模面34Β —起壓實一個基板40。
[0027]在本發明的另一個方面，在封裝過程期間一個基板40被放置到下模板14時產生的氣體，利用一個集氣裝置58Α和排氣裝置54，進行收集和排出氣體。如圖1、5和6所示，集氣裝置58Α包括凸筋56和凹槽58，氣體通過排氣裝置54、下模板14排出。凸筋56和凹槽58頂部和底部之間的距離不需要太大，大約25微米到100微米。圖6顯示的剖視圖為直觀描述夸張畫法。包括多個凹槽集氣裝置58Α，其中一個槽與排氣裝置54連接。基板下面50外露面積覆蓋至少大約四分之一的集氣裝置58Α，即在下合模面34Β之內，有一定的距離，其避免在基板下面50的焊球、引腳收到擠壓損害。集氣裝置58Α凹槽可以任意排布，達到收集并排出氣體即可，使基板的排氣問題得以解決。
[0028]可以在封裝模具10中被封裝的一個電子裝置38的顯示為例，包括基板40的一側42上安裝一個或多個半導體芯片44或包括電阻、電容、其他電子設備和連接導線，例如細導線46。在這種結構中，在基板40的一側42導管通過基板連接到球柵格陣列的焊料上聯通在基板下面50的引腳48。這種特殊類型的電子裝置38的設計是封裝只在一側42上面，不封裝球柵格陣列的一面。在圖1中，每個設備必須顯示有兩個封裝芯片。
[0029]本發明的一個浮動裝置60表示在圖1-3中，包括一個第一平面板62，在一個H形的模架第二平面板64中間，顯示的第二平面板64包括一個水平平板66和兩邊各一個垂直承壓板68。第一平面板62放置在第二平面板64的垂直承壓板68之間，具有一個鄰接位置和一個最大隔開的位置之間。〃最大隔開的位置〃在此作為可調的空間位置。第一平面板62及第二平面板64被一個止動裝置90固定，但是此件可以彼此相對地被壓縮。注意到第一平面板62可以被安裝在第二平面板64的水平平板66上邊或下邊，這取決于所配置的封裝模具。術語“上”和“下”這里使用是為了方便描述，由于上模板、下模板位置是可反轉的。
[0030]使用中，被施加向下的合模力裝置28不被顯示，直接加壓在垂直承壓板68的上端面69，力通過垂直承壓板68被傳輸到水平平板66，通過可壓縮的多個同心錐形彈簧堆疊構件70作用在第一平面板62上。合模力裝置28向下通過第一平面板62的下表面75傳導給上模板12，合模力作用在上模板12與下模板14之間的基板40上。
[0031]如圖2和3所示，第一平面板62被多個同心錐形彈簧堆疊構件70控制，多個同心錐形彈簧72通過水平平板66中的頂絲螺紋孔78中的一個頂絲76壓在第一平面板上平面74上。顯示頂絲76包括螺絲頭80，其具有螺紋82和一個軸心84，組成一直線維持多個同心錐形彈簧72在一起。螺紋孔下部86的直徑被擴大到可以放置多個同心錐形彈簧72。多個同心錐形彈簧72的數量可以改變壓縮特性，配合被作用模具材料實現所需的力量和所需的應變率。
[0032]多個同心錐形彈簧堆疊構件70都有一個頂絲孔中心線88，位置被均勻分布在第一平面板62上，從而對上模板12、下模板14壓縮力方向平行于頂絲孔中心線88。
[0033]根據本發明，第一個平面板62被連接至第二平面板64上，通過一個止動裝置90固定。止動裝置90包括止動螺絲釘91，其具有沿螺絲釘螺紋孔中心線102對齊于一個螺絲釘螺紋93，其上具有墊圈96下通過通孔92對齊位于水平平板66中，其中具有定距環94。定距環94顯示在通孔92之內，墊圈96支撐止動螺絲釘頭98。止動螺絲釘91安裝在第一平面板62中的一個螺絲釘螺紋孔100，通過第二平面板64固定第一平面板62。定距環94可在通孔92之內滑動，可保持并可調整第一二平面板62、第二平面板64的距離。任何數量的止動螺絲釘91的止動裝置90中，每個一個定距環94位于一個通孔92之內保持滑動，才能達到其作用。
[0034]浮動裝置60為預加載狀態時，其中它在水平平板66的上表面106 (參看圖2)和第一平面板62的下表面75之間有一個特別的厚度尺寸t。當預加載時，止動螺絲釘91處于張緊狀態，多個同心錐形彈簧堆疊構件70處于壓縮狀態。
[0035]如圖7所示，運用在浮動裝置60的壓縮力P和厚度尺寸t之間的關系，實際上是適用于圖1的設備，特別是取決于每一個浮動裝置彈簧堆疊構件70中同心錐形彈簧數量η。當η被增加時，在一個特定的厚度尺寸t的壓縮力P增加，使該裝置可以很容易地調整基板厚度的變化。
[0036]止動螺絲釘91以及頂絲76可以設置通過一個螺絲刀、通用板手或其他合適的工具或裝置進行旋轉調整。
[0037]如圖4所示的，浮動的第一平面板62可以包括上模板12或下模板14。因此減少了一個單獨的一塊平面板。因此顯示為上模板12直接連接至第二平面板64和附加裝置。模具第二平面板64與下模板14功能與前面描述是一樣的。提供封裝材料的流道22在上模板12的表面。型腔的排氣口 24也是顯示為通過垂直承壓板68，避免其干擾。
【權利要求】
1.一種球柵格陣列形式高精密半導體封裝模具，它包括一個具有上型腔(18)和至少一處上合模面(34A)的上模板(12)和一個具有下型腔(52)和至少一處下合模面(34B)的下模板(14)，其特征是:它還包括一個針對不同厚度的基板(40)進行相應的補償的浮動裝置(60)，所述浮動裝置￠0)具有多個彈簧堆疊構件(70)，組合所述上模板(12)和下模板(14)形成用于封裝電子元器件的上型腔(18)和下型腔(52)，所述上合模面(34A)與下合模面(34B)壓實一部分基板(40),在上模板(12)與下模板(14)之間夾著基板(40)的一部分，使用上模板(12)的一個上合模面(34A)接觸一部分基板(40)，使用下模板(14)的一個下合模面(34B)接觸一部分基板(40)，在所述上模板(12)上設有用于密封基板(40)的合模力裝置(28);所述浮動裝置￠0)提供調節距離補償不同厚度的基板(40)，浮動裝置￠0)包括一個第一平面板(62 )、一個第二平面板(64 )和附加裝置，用于安放第一平面板(62 )與附加裝置的第二平面板(64)固定不動，第一平面板(62)與第二平面板(64)之間有相對運動；所述附加裝置中設有多個同心錐形的彈簧堆疊構件(70)與止動構件(90)，止動構件(90)調節第一平面板(62)與第二平面板(64)之間的最大間隔距離，通過上模板(12)上的流道(22)注入封裝材料物質進入上模板(12)的上型腔(18)和下模板(14)的下型腔(52)中，同時使上型腔(18)中的空氣通過排氣口(24)排到上模板(12)外，下模板(14)設有存放基板下部產生氣體的集氣裝置(58A)和用于把收集氣體排出模板的排氣裝置(54)。
2.根據權利要求1所述的一種球柵格陣列形式高精密半導體封裝模具，其特征是:所述下模板(14)的下型腔(52)內設置安放基板(40)的凸筋(56)與凹槽(58)。
【文檔編號】B29C45/26GK104441487SQ201410780834
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月17日 優先權日:2014年12月17日
【發明者】宋巖, 閆俊堯, 孫曉文 申請人:大連泰一精密模具有限公司