專利名稱：塑膠封裝的模制方法與設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模制半導(dǎo)體塑膠封裝的方法與設(shè)備。更具體地說，本發(fā)明涉及可靠而經(jīng)濟(jì)地模制球柵陣列(BGA)封裝的方法與設(shè)備。
背景技術(shù)：
球柵陣列(BGA)封裝要求在成本，功率消耗，速度及輸入/輸出(I/O)接腳數(shù)方面克服傳統(tǒng)封裝的限制，例如四平包裝(QFP)。完成這些要求的關(guān)鍵是電子工業(yè)能用現(xiàn)行表面安裝技術(shù)及設(shè)備可靠而經(jīng)濟(jì)地模制BGA封裝的能力。一般而言，BGA封裝的實(shí)際尺寸比同等速度和I/O接腳數(shù)的傳統(tǒng)封裝小和薄。當(dāng)然，當(dāng)BGA封裝用于更高速度及更多I/O接腳計(jì)數(shù)應(yīng)用時(shí)，傳統(tǒng)封裝技術(shù)中的例如線擺動(dòng)的不理想結(jié)果變得相當(dāng)嚴(yán)重。
再者，建立更緊密內(nèi)連系統(tǒng)，例如多晶片組件(MCM)的趨勢持續(xù)進(jìn)行。MCM指的是一封裝具有一個(gè)以上晶片，組合幾個(gè)至一百個(gè)以上的高效能硅IC與客戶指定的基板結(jié)構(gòu)。BGA封裝自然地與MCM配合成為一電子工業(yè)，它們具有以高產(chǎn)量及低成本在印刷電路板(PCB)上組裝標(biāo)準(zhǔn)單晶片組件的經(jīng)驗(yàn)。然而，事實(shí)上MCM流行使用球形頂(glob top)密封使表面安裝技術(shù)的產(chǎn)量及成本的優(yōu)點(diǎn)下降。
發(fā)明概要本發(fā)明的一個(gè)目的是可靠地密封球柵陣列(BGA)封裝。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是可靠及經(jīng)濟(jì)地密封多晶片組件(MCM)BGA封裝。
本發(fā)明具有一上模，空腔板及一下模，用以使用傳遞鑄模法來密封各種BGA封裝。上模的特點(diǎn)在于與至少一豎澆道相通的一流道網(wǎng)絡(luò)。該空腔板在面對下模的一側(cè)具有至少一空腔用以形成一模型于一基板之上，該基板被夾緊時(shí)被夾在其間?？涨话迕鎸ι夏５囊粋?cè)具有至少一個(gè)錐形通道，用以接收來自流道的樹脂。該錐形通道的尖端終結(jié)在一下沉澆口，該下沉澆口安置于空腔的中心，用以引入樹脂，同時(shí)減少線擺動(dòng)。流道的網(wǎng)絡(luò)及錐型通道的組合可靠而經(jīng)濟(jì)地密封各種呈陣列的BGA封裝。
附圖簡要說明

圖1A是一種下空腔型球柵陣列封裝的剖面圖，其中，鑄?；蛎芊鈽渲蕴摼€示出。
圖1B為一上空腔型球柵陣列封裝的另一剖面圖，其中，上鑄模樹脂以虛線示出。
圖2為一用以密封塑膠封裝的已有技術(shù)的澆口板鑄模方法。
圖3為一密封塑膠封裝的另一已有技術(shù)的可除去空腔板鑄模方法。
圖4為用以將鑄模樹脂填滿于塑膠封裝的另一已有技術(shù)的成球狀(globbing)方法。
圖5示出由于使用成球狀的鑄模方法導(dǎo)致的矩陣球柵陣列(BGA)基板上翹，隨后將基板裁剪成為適當(dāng)?shù)木笮∫呀?jīng)不大可能。
圖6為本發(fā)明的一俯視圖，其中，可使用單一流道及錐型通道系統(tǒng)來模制一BGA矩陣基板以達(dá)到優(yōu)良結(jié)果。
圖7為沿圖6中的線A-A截取的剖面圖。
發(fā)明詳細(xì)說明下面描述一密封球柵陣列(BGA)封裝的方法與設(shè)備。在以下說明中，說明了多種具體的細(xì)節(jié)，諸如豎澆道，流道及模板等，以便對本發(fā)明有完全的了解。熟悉本技術(shù)者應(yīng)知道，本發(fā)明也可以不用這些具體的細(xì)節(jié)加以實(shí)施。在其他例子中，為了使本發(fā)明更清楚，已知部件，例如有關(guān)樹脂加熱及傳遞及傳遞模的夾住操作中的那些部件在圖中未示出。
圖1A及圖1B示出兩個(gè)最普通的BGA封裝結(jié)構(gòu)的簡化剖面圖。圖1A中，BGA封裝示于空腔下結(jié)構(gòu)。這類BGA封裝是美國專利第5,583,378號所公開的一種。BGA封裝1包括一連接于散熱片4的集成晶片(IC)2。圖1A中未示出晶片2結(jié)合至基板6的細(xì)節(jié)。但熟悉本技術(shù)者可以知道，晶片不是被結(jié)合至基板6的線就是被引向基板6的TAB。一焊料球陣列8連接于BGA封裝1的下側(cè)。虛線及晶片2之間的區(qū)域代表一用樹脂密封的空間10，并且是本發(fā)明所涉及的區(qū)域?，F(xiàn)流行的工業(yè)習(xí)慣是使用一阻擋件及填充密封處理來保護(hù)該晶片。首先使用一高粘度密封劑，有選擇地將一矩形阻擋件放置在晶片周圍。然后，一旋轉(zhuǎn)泵使用低粘度密封劑將一螺旋填料分配在阻擋件內(nèi)。例如，CAM/ALOT液體分配系統(tǒng)。
參考圖1B，BAG封裝11被示于一空腔上結(jié)構(gòu)。封裝11采用一集成晶片(IC)12，該IC連接于基板16的上側(cè)，同時(shí)，一焊料球陣列18連接于基板16下側(cè)。如同圖1A中的BGA封裝1，省略IC如何被結(jié)合至基板的細(xì)節(jié)。一體積20代表密封樹脂。封裝11例示一普通等級的塑膠BAG結(jié)構(gòu)，為摩托羅拉及精工社所開發(fā)，并被稱為上模塑膠墊陣列載體。
圖2至4示出已經(jīng)被用以密封塑膠BGA結(jié)構(gòu)的已有技術(shù)的鑄模方法。在圖2中，示出一用以密封塑膠封裝的澆口(gate)板鑄模方法。該封裝20以一連接至一空腔21(未示出)的澆口22被橫向模制。該方法描述于授于杜生·史列西之美國專利第4,442,056號中。在圖3中，一采用至少一空腔21及一橫向澆口32的可除去空腔板30被描述于也授于杜生·史列西的美國專利第4,332,537號中，用以密封塑膠封裝。最后，圖4示出密封BGA封裝的最常用的方法球狀頂部。例如，見授于馬等人的美國專利第5,355,283號的圖6。球狀頂部密封藉由層狀分配的環(huán)氧樹脂來填滿BGA晶片，以防止氣泡陷于樹脂之中。
已有技術(shù)的密封塑膠封裝的方法具有若干限制，而使得現(xiàn)行表面安裝技術(shù)及設(shè)備不容易使用。首先，密封劑橫向引入空腔中經(jīng)常在較多的I/O接腳數(shù)(pin count)的BGA封裝中造成線移動(dòng)的問題。第二，于MCM中，測試程序缺乏標(biāo)準(zhǔn)，由線移動(dòng)所造成的電氣問題可能降低此先進(jìn)BGA封裝的可靠度。第三，球狀頂部方法是費(fèi)時(shí)并對品質(zhì)控制有問題。用一球狀頂部方法來密封一BGA矩陣基板的結(jié)果例示于圖5中，其中，基板由于密封劑及基板的熱膨脹系數(shù)不同，而使得基板上翹42嚴(yán)重。這使得隨后的基板剪裁成為各個(gè)BGA晶片很難或近乎不可能。
圖6及圖7為用以密封塑膠封裝的本發(fā)明的俯視及側(cè)視圖。本發(fā)明在傳遞鑄模法上組合申請人/受讓人用以成排罐(gang-pot)鑄模及可除去空腔板鑄模技術(shù)的知識?？梢詾槭煜け炯夹g(shù)者所了解的是傳遞鑄模不同于注射鑄模，特別是有關(guān)于用以密封半導(dǎo)體元件的傳遞鑄模中的熱固樹脂或密封劑除外。相反，注射鑄模設(shè)備適合于熱塑型材料。參考圖6、7，本發(fā)明50的特征是一上模53，一可除去空腔板55，及一下模57，用以夾住一基板66，該基板66具有一包含BGA結(jié)構(gòu)的塑膠封裝的陣列。熟悉本技術(shù)者應(yīng)了解，一上模底座51及下模底座59通常需要與本發(fā)明一起使用。模具底座51及59用以保持加熱樹脂顆?；驐l(未示于圖中)的罐所產(chǎn)生的熱量。
再如圖6所示，本發(fā)明的上模53的下側(cè)包含至少一豎澆道，用以接收并再導(dǎo)引被一柱塞52所壓縮的受熱樹脂。有關(guān)于其上采用BGA封裝60陣列的基板60，可使用一個(gè)多重柱塞或成排罐模，例如本發(fā)明50。在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，豎澆道54連接于在BGA封裝中心部分之上的網(wǎng)絡(luò)流道56中。這些流道56使得樹脂容易流入在上模下的各個(gè)空腔中。因?yàn)榱鞯?6是相互連接的，所以流道中的樹脂流可以平衡。
在圖7中，剖面圖示出可除去空腔板55插在上模53及下模57之間。在朝向上模53并與之對齊的表面上至少有一個(gè)錐形通道58，用以由流道接收樹脂流。錐形通道58的窄端較佳終結(jié)在一下沉澆口，其與至少用于BGA封裝的至少一個(gè)空腔60相通。再參閱圖7，夾于空腔板55及下模57之間的是基板66。相對于空腔的錐形通道的定位是本發(fā)明的發(fā)明特征之一由空腔的中心部分而不是橫向引入樹脂，確?？涨恢械臉渲鞲骄Ｊ聦?shí)上，樹脂流動(dòng)方向與線結(jié)合或TAB引線的散開方向相同，因此，線移動(dòng)的發(fā)生機(jī)會(huì)不可能多。再者，空腔中的樹脂流粘度增加所帶來的問題也降到最少。一般來說，本發(fā)明具有電子工業(yè)所有傳遞鑄模技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，而沒有傳統(tǒng)空腔鑄?；虬彖T模的缺點(diǎn)。
密封BGA基板的過程如下圖7中的柱塞52在罐62中向上移動(dòng)并強(qiáng)迫受熱樹脂進(jìn)入豎澆道54并經(jīng)由流道56及錐形通道58進(jìn)入空腔60中。當(dāng)柱塞52檢測到來自流道網(wǎng)絡(luò)的回壓時(shí)，表示樹脂已經(jīng)完全填滿空腔。當(dāng)適當(dāng)?shù)拿芊鈩┕袒瘯r(shí)間到時(shí)，本發(fā)明的夾緊操作停止。可除去空腔板55的結(jié)構(gòu)便于空腔與流道平順分離，因此，降低了密封BGA基板的循環(huán)時(shí)間。
雖然圖6及7示出一陣列BGA基板的密封，但本發(fā)明同時(shí)也很容易適用于密封一客戶指定MCM BGA基板，其中，BGA結(jié)構(gòu)的放置是隨意的。因此，本發(fā)明具有適用于各種基板的適用性。
雖然，本發(fā)明已經(jīng)特別地參考圖1至圖7加以說明，其中強(qiáng)調(diào)了用以密封塑膠封裝特別是BGA封裝的方法與裝置，但應(yīng)了解的是這些圖只是用以例示，不應(yīng)被認(rèn)為是用以限制本發(fā)明。另外，很清楚本發(fā)明的方法與裝置可用于很多的需要封裝半導(dǎo)體元件應(yīng)用中。可以知道任何熟悉本技術(shù)者可以在不脫離本發(fā)明范圍及精神下完成各種改變及變化。例如本發(fā)明可直接應(yīng)用至其他基板，例如陶瓷，TAB等。
權(quán)利要求
1.一種用以密封塑膠封裝的系統(tǒng)，它包含一上模，包含至少一個(gè)豎澆道及至少一個(gè)流道系統(tǒng)，用以傳送來自至少一柱塞及罐組件的樹脂；一下模，用以支持一基板，基板上至少要做成一個(gè)塑膠封裝；一空腔板，被安置于該上模及下模之間，用以接收來自流道系統(tǒng)的樹脂，該空腔板的面對上模的表面上具有至少一個(gè)錐形通道，該通道相通于至少一空腔，用以密封基板，由此該系統(tǒng)能可靠地密封該基板，同時(shí)減少在塑膠封裝內(nèi)的線移動(dòng)的問題。
2.如權(quán)利要求1所述的密封系統(tǒng)，其特征在于所述空腔板更在于其端部終結(jié)有一下沉澆口。
全文摘要
本發(fā)明具有一上模,空腔板及一下模,用以使用傳遞鑄模法來密封各種BGA封裝。上模的特征在于一流道網(wǎng)絡(luò),與至少一豎澆道相通。該空腔板在面對下模的一側(cè)具有至少一空腔用以形成一模于一基板之上,該基板夾緊時(shí)被夾于其間。空腔板面對上模的一側(cè)具有至少一個(gè)錐形通道,用以接收來自流道的樹脂。該錐形通道的尖端終結(jié)于一下沉澆口,其安置于空腔中間,用以引入樹脂時(shí),同時(shí)減少線擺動(dòng)。流道網(wǎng)絡(luò)及錐型通道的組合可靠經(jīng)濟(jì)地密封各種呈陣列的BGA封裝。
文檔編號B29C45/02GK1255082SQ9880482
公開日2000年5月31日 申請日期1998年5月2日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月6日
發(fā)明者周輝星, 陳炳輝 申請人:先進(jìn)自動(dòng)化體系有限公司