用于至少部分封装具有电子元件的封闭扁平载体的装置和方法

摘要

本发明涉及一种用于封装一具有电子元件的封闭扁平载体的装置，其包括一具有一第一型腔的第一模具部件以及一具有一第二型腔的第二模具部件，其中，该第二型腔用于连接所述载体的第二侧面。本发明还涉及一种用于至少部分封装一具有电子元件的封闭扁平载体的方法以及一种两侧设有封装材料的具有电子元件的扁平封闭载体。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于至少部分封装具有电子元件的封闭扁平载体的装置，其包括一具有一第一型腔的第一模具部件，其中，该第一型腔用于连接所述载体的第一侧面，并在所述载体的第一侧面上设置一层封装材料。

背景技术

载体是指一基本上呈扁平状的用于承载电子电路的部件。电子元件(尤其是集成导电连接件)可以置于该载体上，也可至少部分置于该载体内。该载体通常由至少部分电绝缘材料制成，例如硅或陶瓷材料；但也可能使用某一具有良好导电性的材料，例如铜，前提是该载体还必须设置有至少一绝缘材料层以实现不同电路间的电分离。特别地，这类载体可以由半导体材料制成，但并不仅限于半导体材料。

众所周知，在该载体的一侧设置封装材料段或一层封装材料，将会对连接到载体的电子电路起到保护作用。这类载体通常尺寸非常大，可达几十厘米。经验表明，由于设置了封装材料，载体有可能会发生翘曲。这样，由于连接件彼此间距离相当近，在载体的进一步加工过程中会引发相当大的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种方法及装置以避免上述问题。

使用一种前文所述类型的装置来实现该目的，其中，所述封装装置设有一第二型腔。该第二型腔用于连接至所述载体的另一侧面并在所述载体的另一侧面上设置一层封装材料。

同样地，使用一种用于至少部分封装具有电子元件的封闭扁平载体的方法来实现该目的。该方法包括：将封闭扁平载体置于一第一模具部件上，将所述具有电子元件的封闭扁平载体装入所述第一模具部件和第二模具部件间相对侧之中，并在所述载体的两侧设置一层封装材料。

通过以上措施在所述载体的两侧设置封装材料层，使得因设置封装材料层而给所述载体带来的应力可相互补偿，同时也避免了翘曲现象的发生。这里指出的是，所述载体任一侧的封装材料层的厚度可以有所不同以对所述载体本身的不对称结构进行补偿，并且所述载体的封装材料层不必是完全封闭的。

通过使用该装置或方法，一基本上呈扁平状的具有电子元件的封闭载体，其至少一侧设置有一层封装材料，并且该载体另一侧也同样设有一层封装材料，从而有效避免了载体的翘曲。

根据一第一优选实施例，所述装置用于在一半导体晶片的两侧设置一层封装材料。半导体晶片是本发明一个非常重要的应用领域；近年来，最初在半导体晶片内加工形成的电子电路已在晶片承载台一侧进行封装，半导体晶片在该晶片承载台上仍然形成一个整体。然后，通过对半导体晶片进行锯割或切削来使多个单独电路间相互分离，而后再进行后续的加工步骤。这些半导体晶片的单侧覆盖物同样也存在翘曲的问题。这样，半导体晶片的进一步加工将会变得更加困难，甚至无法进行。通过使用本发明的措施，可避免上述问题。同时，由于半导体晶片的两侧已进行封装，从而简化了半导体晶片及其产品的进一步处理，该简化在一定程度上还要取决于进一步的生产过程。

该优选实施例还涉及这样一种方法，其中，所述载体由一半导体晶片制成。关于本方法的优点，请参考本发明的装置的上述优点。

第一型腔和第二型腔优选用于在所述载体两侧设置一层分布整个表面的封装材料。这样，所述载体的整个表面都可避免翘曲现象的发生。需要指出的是，术语“整个表面”当然也包括封装材料层中的开孔，例如接触部分的通道，由单一部件组成的封装材料层除外。这样，封装材料可从一连接至相关型腔的滑槽到达这些开孔。因此，封装材料层无需封闭。当本发明应用于一半导体晶片时，该半导体晶片内加工形成的电路将会在随后进行分离；通常，所述半导体晶片分离的每一部分都会具有一大致相当的封装部分，这种效果只能通过在整个表面分布封装材料层来实现。

该实施例还涉及这样一种方法，其中，所述封装材料分布在所述载体两侧的整个表面上。该实施例还涉及一种通过该方法获得的载体。

为了均匀快速地填充型腔，重要的是所述装置需要设有至少一第一滑槽和一第二滑槽，其中，第一滑槽连接至第一型腔，第二滑槽连接至第二型腔。这样便避免了封装材料需要穿过或沿着所述载体才能从一个型腔移入另一个型腔的情况。分别单独向载体两侧加入封装材料也可达到同样的效果。

在某些情况下，可以将两滑槽连接至同一封装材料源，并在至少一滑槽内设置一可调节或可控节流阀，以达到较好的效果。这样，借助单个封装材料源即可实现单独控制的措施。通常，可以使用一柱塞来加入封装材料，封装材料在加热后变为液体并由该柱塞压入所述型腔中(也称为传递模塑)。本发明中还给出了一些其他可能的封装材料加入方法，例如注射模塑。关于封装材料，本发明中同样也涉及一些其它替代品，例如以液态形式加入的封装材料(液态环氧树脂)或由至少两种分别加入的组分所组成的热固化封装材料(这些组分混合会发生固化)。

或者，还可以将与第一型腔相连接的滑槽连接至一第一封装材料源，并将与第二型腔相连接的滑槽连接至一第二封装材料源，这两个封装材料源彼此间可以独立控制。这样，在所述载体的任一侧都可以独立地调整封装材料的加入流速和压力。对于两侧具有不同结构的载体来说，这一点至关重要。毕竟，封装材料将会在所述载体的两侧显示出不同的流动特性，其中，所述封装材料的特性可以独立地进行控制。

当封装材料从不同的封装材料源加入到型腔中载体的两侧时，也可以获得同样的有益效果。

根据另一优选实施例，所述封装材料以不同的流速加入到型腔中载体的每个侧。

为了在所述载体任一侧获得不同的封装性质，比如若希望在所述载体的第一侧面上获得比另一侧面更高的导热性，最好在第一封装材料源和第二封装材料源处分别加入不同类型的封装材料。这样，在所述载体的任一侧便可获得具有不同性质的不同封装材料。

一特别针对设有突出部分(例如，突出接触元件)载体的较好实施例提供了以下措施：至少一型腔至少部分地由一弹性材料层保护。该弹性层可以是一设置在型腔内的固定层，也可以是一借助一加入机构经一个或多个加工周期进行更换的弹性材料带或弹性材料膜。设置弹性材料所带来的有益效果是：所述突出接触元件或其他突出部分可在型腔闭合时穿透所述弹性层，从而防止所述突出部分被封装材料覆盖。这样，部分所述接触元件便可保持不被封装材料覆盖的状态，从而无需清理便可进行连接。同时，还极大减少了损坏所述突出部分的几率。

该实施例涉及一种方法，其中，一至少一侧具有突出其外表面部分的载体置于所述型腔中。所述突出部分，特别是接触元件，在型腔闭合时穿透至少部分保护型腔的弹性材料层。这样所获得的载体，其至少一侧将具有突出封装材料外表面的部分。

载体，尤其是半导体晶片，通常至少一侧具有连接至所述载体的半导体电路。在此种情况下使用本发明，可以获得同样的有益效果。为达到该目的，所述封装装置最好能够至少部分封装载体，该载体的至少一侧具有连接至载体的半导体电路。

在此种情况下，如果载体和半导体电路之间存在一定的间隙，封装装置将封装材料置于载体和这些元件之间的间隙后，同样会取得较好的效果。

该实施例提供了以下措施：一至少一侧具有电子电路的载体置于所述封装装置中，并且在封装过程中，封装材料设置于所述电子电路和所述载体之间的间隙内。所述电子元件还可以设有具有受限尺寸(1-20μm)的开口(也称为“通孔”)。通过将封装材料填充至所述开口，所述电子元件和所述封装材料之间的粘着效果会得以改善。

在另一实施例中，将多个不同的电子元件进行层叠。这些层叠的电子元件可以借助通孔通道彼此选择性地导电耦合，通孔通道也称为尺寸(1-20μm)受限的硅通孔(TSV)。

本发明所涉及的载体类型，通常以半导体晶片的形式存在，往往尺寸较大。因封装质流入型腔而作用在型腔壁的压力也相当大。这样，模具部件会存在开口或形变的危险，还会造成封装载体的变形并损坏封装过程。为避免这些问题，本发明提出一优选实施例：所述封装装置设有用于控制闭合压力的控制设备，所述模具部件可以借助该闭合压力在载体上闭合。这样，便可在所述模具部件的模具壁外侧施加一可根据具体情况进行控制的可控补偿压力。在模具中尚未填充封装材料的情况下，压力可控制性具有非常重要的作用，其可防止所述载体因承受过大压力而损坏。

在对型腔内载体进行封装的过程中，对模具部件闭合压力进行控制也会带来同样的有益效果。

为了实现对模具型腔内封装材料所施加压力的补偿，本发明提出另一实施例：所述用于控制模具部件闭合压力的控制设备连接有用于检测型腔压力的传感器。

该实施例给出以下措施：根据所述至少一封装材料源所施加的压力来控制模具部件施加在载体上的闭合压力。

当滑槽连接至所述型腔时，会获得较好的效果。这样，封装材料的流动方向基本上会沿着与网格对角的方向延伸，并且所述电子电路依据网格置于所述载体上。因此，确保了所述封装材料在前进过程中没有较大的、突然的方向改变，从而使封装材料在流动过程中遇到更少的阻碍并使通行更加顺畅。需要注意的是，该措施不仅用于本发明，还可以用于电子电路载体单侧封装的情况或基本按矩形结构排列的其他类型元件的封装情况。

本发明尤其适用于尺寸很大的电子元件载体。这些载体在进一步加工前，必须通过锯割、激光切割或水刀切割分离成较小的片段。

附图说明

下面通过附图中展示的实施例对本发明进行详细说明，但本发明不限于下图中典型实施例所述的内容，其中，

图1A是根据本发明装置第一实施例的横截面视图；

图1B和1C是根据本发明装置第一实施例的两连续横截面视图；

图2是本发明第二实施例的横截面视图；

图3是本发明第三实施例模具处于开启位置时的横截面示意图；

图4是图3所示实施例模具处于闭合位置时的横截面示意图；

图5是图3所示实施例封装过程中的横截面示意图；

图6是通过图3-5所示方法得到的产品横截面示意图；

图7是根据本发明两侧设有封装材料的载体横截面视图；和

图8是根据本发明两侧设有封装材料的载体实施例变体的横截面视图。

具体实施方式

图1A示意性地显示了用于封装电子元件载体的装置横截面，其整体标号为1。所述装置包括一下模具部件2a以及一上模具部件2b。模具部件2a和2b分别内凹形成各自的型腔3a和3b。当一载体4置于模具部件2a和2b之间时，各自的型腔3a和3b在载体4上闭合。通向所述型腔设置一滑槽5，其用于将封装材料加入到型腔3。所述封装材料由一可在气缸套10内活动的柱塞6推动。一通气通道7连接至所述型腔3相对于滑槽5的一侧。两模具部件2a和2b可相互分离以放入待封装载体4或移除封装完的载体4。

如图1A所示，所述装置的尺寸适用于对置于模具部件3a和3b之间的载体4的两侧进行封装，尤其适用于半导体晶片的两侧封装。近年来，封装工序通常是在生产过程的早期阶段完成。而后，封装材料将连同已封装在半导体晶片内的电子电路一起通过锯割或激光切割的方式分离。为了避免根据现有技术进行单侧封装的半导体晶片发生翘曲，对所述半导体晶片的两侧进行封装。如图1A所示的情况，封装材料可以通过单个滑槽5加入。

需注意的是，封装可以在一裸载体上进行，其中，开口需要在后面的封装过程中设置，以通向设置在所述载体内的电路和电连接件。封装还可以在载体上进行，且该载体上已设有以焊点8或电子电路9(例如存储芯片)的形式放置的接触元件。显然，图1所示的芯片9与焊点8处于相对的两侧，但是，芯片9或焊点8还可以仅置于某一侧上。焊点8和芯片9还可以置于载体的同一侧，并且在相对侧设有芯片9或焊点8。另外，所述接触元件可以是除焊点以外的其他形式，比如棒状体、块状体或任何其他随机的形式。

图1B和1C示出了图1A所示装置的两连续视图，用于说明所述装置可以设有两个柱塞6和6′，柱塞6和6′可在两个单独的气缸套10和10′中活动。图1B所示的柱塞6用于控制将封装材料加入到模具部件2b中的型腔3b，图1C所示的柱塞6′用于控制将封装材料加入到模具部件2a中的型腔3a。这样，可以使用单独的柱塞6和6′来将封装材料加入到载体4的相对侧，并且加入型腔3a和3b的流速可以分别独立调节。这样，在理想状况下，所述封装材料的流峰会在载体4两侧以大致相同的速度移动。

根据图2所示的第二实施例，使用两个滑槽5a和5b，该两滑槽5a和5b分别连接至单独的封装材料源6a和6b。该封装材料源6a和6b是单独可控的，从而将封装材料单独加入到下型腔3a和上型腔3b中。由于型腔厚度不同或置于载体之上或之下的元件结构不同而造成两型腔内部的空间不同时，这一点就显得非常重要。同样，也可以使用一单独的封装材料源，并在一滑槽或两滑槽内设置一可控节流阀以利用单个封装材料源实现单独加入。

两封装材料源6a和6b还可以包含不同的封装材料，以实现在载体两侧分别使用不同材料进行封装。

图3示出了一实施例，其中，上型腔3b相对于载体4的内侧设有一柔性材料层12。该柔性材料层可以是固定设置在型腔3b内的一层，该层仍然需要经常进行更换，还可以例如是一条自粘合胶带。该自粘合胶带需在每次封装完成后进行更换。图3所示的实施例中使用了一胶带12。

该实施例特别适用于上侧具有以接触焊点8形式存在的接触元件的载体4。重要的是这些接触焊点8需能够触及，以在封装完成后形成电连接件。图3示出了这种情况，其中，载体4置于模具1中，但模具1尚未闭合。

图4示出了模具1闭合时的情况，从图中可以看出接触焊点8已穿透所述柔性材料层12。图5示出了模具部件3a和3b填充有封装材料的情况。需注意的是，接触焊点8突出于所述封装材料层，从而使其能够被触及以形成触点。在图6中同样可以看出此种情况。图6示出了在模具部件2a和2b之间的封装过程结束后取出的封装载体4。该突出部分可以达到最小，甚至可以与封装材料本身的平面齐平。

最后值得注意的一点是：所述载体的下侧具有若干贴附于载体4的元件9。这些元件9通常由半导体电路或芯片构成，例如存储电路，可与集成于载体4内的电路共同作用。通常，载体4会包括大量相同的电路，这些相同的电路会在封装过程结束后进行分离。每一个按此方法制造出的部件都会包括这样一个存储电路。在该实施例中，载体一侧设有一存储电路9，另一侧设有若干接触焊点8或非焊点形式的接触元件。

显然，也可以在载体4的下侧设置一层柔性材料，以便选择性地使电子元件的带电侧面或不带电侧面保持清洁，从而用于冷却或光学、化学和/或机械相互作用。在封装过程中，还可以选择使置于下侧的接触元件8保持清洁。该接触元件8还可以置于元件9之上。

图7示出了其上设有一特殊电子元件21(所谓的MEMS)的载体20。电子元件21将触点22连接至载体20，并设有一密封件23，从而在电子元件21之下形成一封闭空间。使用封装材料24对电子元件21进行封装。所述载体中还设有通道25，电子元件21可以借助该通道25连接至载体20相对侧的触点位置26。这些触点位置26设置有焊点27，在将封装材料28加入到载体20的相对侧时，使用一柔性材料层(未在本图中示出)来保护这些焊点27。这样，所述焊点27部分仍可保持不被封装材料28覆盖的状态。如有需要，电子元件21周围的封装材料24可以与设置在焊点27之间的封装材料28相同或相异。

图8示出了其两侧分别具有封装材料31和32的载体30。焊点33处于触点侧，由封装材料32部分包围，这样，焊点33可简单地进行电耦合，无需执行进一步操作。在载体30相对于焊点33的一侧，4个层叠的电子元件34置于载体30之上。电子元件34设有通孔通道35和36(TSV)。就所谓的中空通孔通道35来说，其可以在加入封装材料31的过程中填充封装材料32，如左侧的两个硅通孔35所示。这些通孔通道35通常直径很小(1-20μm)，所以无法在图中清楚地按比例画出。右侧的四个通孔通道与所述中空通孔通道35结构不同；通孔通道36不是中空结构，而是由一固体结构构成，例如铜。所述层叠的电子元件34例如通过一粘合层彼此进行功能耦合。填充有封装材料31的通孔通道35能赋予所述层叠的电子元件34更大的机械强度。虚线为用于分割载体30的锯线。

显然，在不同实施例中讨论的措施可以彼此结合。