一种先进封装除泡装置的制作方法

1.本发明涉及半导体先进封装领域，尤其涉及一种先进封装除泡装置。


背景技术：

2.目前，现有技术的封装除泡装置采用机械轴封机构，由于长期接触封装除泡装置内的高温，高压以及真空环境，在长时间承受大的温差以及压差的状态下，此机械轴封机构的寿命和密封可靠性会受到影响。同时，机械轴封机构存在易磨损，容易产生摩擦颗粒的问题。而将驱动马达引入密封装置的设计同样存在将污染物引入该密封装置内的风险，容易引起芯片失效的问题。因此，亟需一种先进封装除泡装置以改善上述问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种先进封装除泡装置，该装置用于除去封装芯片底填胶中的气泡。
4.第一方面，本发明提供一种先进封装除泡装置，应用于半导体芯片封装时填充胶的除泡，包括：外壳、驱动马达、风扇、加热单元和磁耦合器；所述外壳用于封装所述芯片；所述加热单元用于加热所述外壳中的封装芯片；所述风扇用于搅拌所述外壳内的气体，使所述外壳内的气体温度分布均匀；所述驱动马达用于为所述风扇的转动提供动力；所述磁耦合器包括第一磁体和第二磁体；所述第一磁体与所述风扇连接，所述第二磁体与所述驱动马达连接；所述第一磁体和所述第二磁体互相作用，用于将所述驱动马达的动力传导到所述风扇。
5.本发明的方法有益效果为：通过设置磁耦合器将来自驱动马达的动力传递到风扇，具有密封效果更好，而且不会额外带入污染物的优点，有利于提升半导体先进封装工艺的品质。
6.可选的，所述外壳连接有增压单元；所述增压单元用于向所述外壳充入保护气，提升所述外壳内的气压。
7.可选的，所述外壳连接有真空单元，所述真空单元用于抽取所述外壳中的气体，使所述外壳中的气压为负压。
8.可选的，所述装置还包括压力保护组件，所述压力保护组件包括第一压感单元、第二压感单元；所述第一压感单元和所述第二压感单元均用于测量所述外壳中的气压；当所述外壳内气压超出设定压力，所述第一压感单元和所述第二压感单元中的至少一个发出报警。
9.可选的，所述第一压感单元包括压力传感器；所述第二压感单元包括机械式压力计；所述第一压感单元和所述第二压感单元均包括压力开关，当所述外壳内气压超出所述设定压力时，所述压力开关用于发出报警信号。
10.可选的，所述压力保护组件还包括第三压感单元；当第一压感单元和第二压感单元均失效时所述第三压感单元用于对所述外壳泄压。
11.可选的，所述装置还包括氧气浓度感测单元，所述氧气浓度感测单元用于测量所述外壳中的氧气浓度；当所述外壳中的氧气浓度高于允许的氧气浓度值时，所述外壳内停止升温升压。
12.可选的，所述装置还包括若干温度测量单元；所述温度测量单元用于实时测量所述外壳中的温度；当任意两个温度测量单元测得温度差大于预设温度差值时，所述温度测量单元发出报警。
13.可选的，所述装置还包括冷却单元，所述冷却单元包括快冷风机和热交换器；所述快冷风机用于提供动力，使外壳内的气体循环进入所述热交换器；所述热交换器用于将外壳内的气体热量导出。
14.可选的，所述装置还包括过滤单元，所述过滤单元用于吸附所述外壳内气体中漂浮的颗粒。
15.第二方面，本发明提供一种先进封装除泡方法，应用于所述权利要求1至10中任一项所述的装置，所述方法包括：附着了底填胶的封装芯片被送入外壳；加热单元加热外壳中的封装芯片，增压单元和真空泵控制外壳中的气压；驱动马达带动第二磁体转动，第二磁体与第一磁体互相作用；第一磁体带动风扇搅拌所述外壳内的气体；底填胶中的气泡排尽后，外壳内恢复常温常压，封装芯片移出外壳。
16.可选的，加热单元加热外壳中的封装芯片，增压单元和真空泵控制外壳中的气压，还包括：在t1时段中，所述加热单元将所述封装芯片加热到第一温度；在t2时段中，所述加热单元使封装芯片维持第一温度；真空泵抽吸外壳中的气体，增压单元向外壳充入保护气，反复若干次；在t3时段中，加热单元保持封装芯片处于第一温度；增压单元持续向外壳充入保护气，使外壳内气压升至目标气压，所述目标气压高于标准大气压；在t4时段中，加热单元升温，将封装芯片加热到第二温度；使外壳内气压维持目标气压不变。
附图说明
17.图1为现有技术的传统封装芯片的结构示意图；
18.图2为现有技术的晶圆级先进封装的结构示意图；
19.图3为现有技术的底填胶附着于芯片的封装结构示意图；
20.图4中的(a)为现有技术的机械轴封装置的结构示意图；
21.图4中的(b)为现有技术的驱动电机与密封装置一体设计的结构示意图；
22.图5为本发明实施例提供的第一种先进封装除泡装置的结构示意图；
23.图6为本发明提供的图5中的磁耦合器的安装结构示意图；
24.图7为本发明实施例提供的第二种先进封装除泡装置的结构示意图；
25.图8为本发明实施例提供的第三种先进封装除泡装置的结构示意图；
26.图9为本发明实施例提供的一种先进封装除泡方法的流程示意图；
27.图10中的(a)为本发明提供的一种先进封装除泡方法的外壳内气压随时间变化的曲线示意图；
28.图10中的(b)为本发明提供的一种先进封装除泡方法的外壳内温度随时间变化的曲线示意图；
29.图10中的(c)为本发明提供的一种先进封装除泡方法的底填胶内气泡随时间变化
的结构示意图。
30.图中标号：
31.101、芯片；102、底填胶；103、导线载板；
32.201、底部芯片；202、顶部芯片；
33.401、外壳；402、密封门；403、驱动马达；404、驱动轴；405、风扇；406、机械轴封机构；407、电机连接器；
34.501、真空泵；502、热交换器；503、快冷风机；504、增压单元；505、料箱；506、过滤单元；507、加热器；508、磁耦合器；509、门动传感器；510、氧气浓度感测单元；
35.601、第一磁体；602、第二磁体；
36.701、第一压感单元；702、第二压感单元；703、第三压感单元；
37.801、机械式压力计；802、压力开关；803、机械泄压阀；804、压力传感器。
具体实施方式
38.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
39.图1为现有技术的传统封装芯片的结构示意图。
40.如图1所示，在现有技术的传统封装中，芯片101通过引脚与导线载板103电性连接，芯片101的底端与导线载板103的顶端设有底填胶102。
41.图2为现有技术的晶圆级先进封装的结构示意图。
42.如图2所示，在现有技术的先进封装中，底部芯片201的顶端通过芯片凸点与顶部芯片202电性连接，所述芯片凸点之间的缝隙中填充底填胶。
43.图3为现有技术的底填胶附着于芯片的封装结构示意图。
44.值得说明的是，如图3所示，在封装过程中，当底填胶填充芯片凸点之间的缝隙时会出现气泡。如果不进行脱泡，在芯片长时间使用过程中热能会加速底填胶中的气泡破裂从而使封装芯片容易受到周围环境的影响，降低封装芯片的使用寿命，从而引起封装芯片提前报废。通过加热能够排出底填胶中的气泡。
45.图4中的(a)为现有技术的机械轴封装置的结构示意图；图4中的(b)为现有技术的驱动电机与密封装置一体设计的结构示意图。
46.如图4中的(a)所示，现有技术的传统封装的除泡装置，通过机械轴封机构406连接驱动马达403和外壳401；如图4中的(b)所示，现有技术的传统封装的除泡装置，通过电机连接器连接驱动马达403和外壳401。
47.图5为本发明实施例提供的第一种先进封装除泡装置的结构示意图；图6为本发明提供的图5中的磁耦合器的安装结构示意图。
48.针对现有技术存在的问题，本发明提供一种先进封装除泡装置，如图5和图6所示，
本发明提供一种先进封装除泡装置，应用于半导体芯片封装时填充胶的除泡，包括：外壳401、驱动马达403、风扇405、加热单元和磁耦合器508；所述外壳401用于封装所述芯片；所述加热单元用于加热所述外壳401中的封装芯片；所述风扇405用于搅拌所述外壳401内的气体，使所述外壳401内的气体温度分布均匀；所述驱动马达403用于为所述风扇405的转动提供动力；所述磁耦合器508包括第一磁体601和第二磁体602；所述第一磁体601与所述风扇405连接，所述第二磁体602与所述驱动马达403连接；所述第一磁体601和所述第二磁体602互相作用，用于将所述驱动马达403的动力传导到所述风扇405。
49.在一些具体实施例中，所述外壳401的一侧设有驱动马达403；所述驱动马达403的驱动轴404固定连接有第二磁体602，所述第二磁体602固定连接有风扇405。所述驱动马达403的一侧设有第一磁体601。所述第一磁体601与所述第二磁体602共同构成磁耦合器508，所述第一磁体601与所述第二磁体602之间存在缝隙。第一磁体601与第二磁体602不直接接触且通过磁场互相作用。所述外壳401内设有料箱505，所述料箱505用于装载封装芯片。
50.值得说明的是，风扇405旋转时，驱动气流沿着设定通道进行循环，使所述外壳401内温度均匀。通过设置磁耦合器508将来自驱动马达403的动力传递到风扇405，具有密封效果更好，而且不会额外带入污染物的优点，有利于提升半导体先进封装工艺的品质。
51.在一些实施例中，所述外壳401连接有增压单元504；所述增压单元504用于向所述外壳401充入保护气，提升所述外壳401内的气压。
52.在一些具体实施例中，所述增压单元504为增压阀；通过所述增压阀能够控制向所述外壳401输送保护气的流量。所述增压单元504向所述外壳401提供的保护气压力为1.5mpa，所述外壳401可承受的气压为2.0mpa。
53.在一些实施例中，所述外壳401的一侧连接有密封门402，所述密封门402的一侧设有门动传感器509，所述门动传感器509用于感应密封门402是否与所述外壳401密闭。当密封门402与所述外壳401密闭时，增压单元504向所述外壳401输送保护气。这种设置能够避免漏气，防止气体泄露。
54.在另一些实施例中，所述增压单元504可以设置为气泵或其他气体压缩单元。
55.在一些实施例中，所述外壳401连接有真空单元，所述真空单元用于抽取所述外壳401中的气体，使所述外壳401中的气压为负压。
56.在一些具体实施例中，所述真空单元为真空泵501。
57.在另一些实施例中，所述真空单元可以设置为无油真空泵或其他负压单元，所述真空单元还设有气动阀，所述气动阀用于开启或关闭外壳401与大气的连通。通过所述真空单元实现外壳401的快速除氧气以及芯片底填胶中气泡的抽除。
58.图7为本发明实施例提供的第二种先进封装除泡装置的结构示意图。
59.如图7所示，在一些实施例中，所述装置还包括压力保护组件，所述压力保护组件包括第一压感单元701、第二压感单元702；所述第一压感单元701和所述第二压感单元702均用于测量所述外壳401中的气压；当所述外壳401内气压超出设定压力，所述第一压感单元701和所述第二压感单元702中的至少一个发出报警。
60.在一些具体实施例中，第一压感单元701和第二压感单元702同时测量所述外壳401中的气压；当所述外壳401内气压超出设定压力，所述第一压感单元701和所述第二压感单元702均发出报警。
61.在另一些实施例中，第一压感单元701或第二压感单元702测量所述外壳401中的气压；当所述外壳401内气压超出设定压力，所述第一压感单元701或所述第二压感单元702发出报警。
62.图8为本发明实施例提供的第三种先进封装除泡装置的结构示意图。
63.如图8所示，在一些具体实施例中，所述第一压感单元701包括压力传感器804；所述第二压感单元702包括机械式压力计801；可以通过机械式压力计801查看外壳401中的气体压力。所述第一压感单元701和所述第二压感单元702均包括压力开关802，当所述外壳401内气压超出所述设定压力时，所述压力开关802用于发出报警信号。
64.值得说明的是，所述压力开关802为机械式的压力开关，不受外界电磁影响，一旦达到超出设定压力范围，所述压力开关802发出电信号。
65.在一些实施例中，所述压力保护组件还包括第三压感单元703；当第一压感单元701和第二压感单元702均失效时所述第三压感单元703用于对所述外壳401泄压，保证除泡装置的安全性。
66.在一些具体实施例中，所述第三压感单元703设置为机械泄压阀803。当所述外壳401内气压达到泄压压力时，所述机械泄压阀803开启，所述外壳401中的气体排出。
67.值得说明的是，所述泄压阀803不受任何电气信号控制，一旦外壳401内气压超过所述泄压阀803的泄压压力，所述泄压阀803会自动进行气体的排泄。
68.在另一些实施例中，当第一压感单元701和第二压感单元702均报警一段时间时后，所述第三压感单元703用于对所述外壳401泄压。
69.在一些实施例中，所述装置还包括氧气浓度感测单元510，所述氧气浓度感测单元510用于测量所述外壳401中的氧气浓度；当所述外壳401中的氧气浓度高于允许的氧气浓度值时，所述外壳401内停止升温升压。通过这种设置，提升了对封装芯片进行工艺的安全性，只有所述外壳401内部的氧含量到达了工艺要求的允许值，才会允许继续升温升压进行底填胶的脱泡。
70.在一些具体实施例中，所述允许的氧气浓度值小于50ppm。
71.在一些实施例中，所述装置还包括若干温度测量单元；所述温度测量单元用于实时测量所述外壳401中的温度；当任意两个温度测量单元测得温度差大于预设温度差值时，所述温度测量单元发出报警。
72.在一些具体实施例中，预设温度差值设置为3摄氏度。
73.在另一些实施例中，所述温度测量单元发出报警可以是发出警铃声、点亮警告灯或释放其他警报信号。
74.在一些实施例中，所述装置还包括冷却单元，所述冷却单元包括快冷风机503和热交换器502；所述快冷风机503用于提供动力，使外壳401内的气体循环进入所述热交换器502；所述热交换器502用于将外壳401内的气体热量导出。
75.在一些具体实施例中，所述热交换器502设置为散热片。
76.在另一些实施例中，所述热交换器502可以设置为热管或其他散热单元。
77.在一些实施例中，所述装置还包括过滤单元506，所述过滤单元506用于吸附所述外壳401内气体中漂浮的颗粒。
78.在一些具体实施例中，所述过滤单元506呈筛网状设置，所述过滤单元506由耐高
温材料制成。
79.图9为本发明实施例提供的一种先进封装除泡方法的流程示意图。
80.如图9所示，本发明提供一种先进封装除泡方法，所述方法包括：
81.s101.附着了底填胶的封装芯片被送入外壳401；
82.s102.加热单元加热外壳401中的封装芯片，增压单元504和真空泵501控制外壳401中的气压；
83.s103.驱动马达403带动第二磁体602转动，第二磁体602与第一磁体601互相作用；第一磁体601带动风扇405搅拌所述外壳401内的气体；
84.s104.底填胶中的气泡排尽后，外壳401内恢复常温常压，封装芯片移出外壳401。
85.图10中的(a)为本发明提供的一种先进封装除泡方法的外壳401内气压随时间变化的曲线示意图；图10中的(b)为本发明提供的一种先进封装除泡方法的外壳401内温度随时间变化的曲线示意图；图10中的(c)为本发明提供的一种先进封装除泡方法的底填胶内气泡随时间变化的结构示意图。
86.如图10中的(a)所示，在一些实施例中，加热单元加热外壳401中的封装芯片，增压单元504和真空泵501控制外壳401中的气压，还包括：
87.在t1时段中，所述加热单元将所述封装芯片加热到第一温度；
88.在t2时段中，所述加热单元使封装芯片维持第一温度；真空泵501抽吸外壳401中的气体，增压单元504向外壳401充入保护气，反复若干次；
89.在t3时段中，加热单元保持封装芯片处于第一温度；增压单元504持续向外壳401充入保护气，使外壳401内气压升至目标气压，所述目标气压高于标准大气压；
90.在t4时段中，加热单元升温，将封装芯片加热到第二温度；使外壳401内气压维持目标气压不变。
91.值得说明的是，如图10中的(b)和(c)所示，在所述t1时段中，外壳401内气压保持一个标准大气压，底填胶中存在气泡。所述t2时段中，真空泵501抽吸外壳401中的气体，增压单元504向外壳401充入保护气，反复若干次，底填胶中的气泡在负压过程中膨胀。所述t3时段中，外壳401内气压增大，底填胶中的气泡逐渐排出。所述t4时段中，外壳401内进一步升温，底填胶中的气泡排尽，即底填胶完全填充凸点的间隙，且在此过程中底填胶在高温高压的环境中固化。
92.虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

技术特征：
1.一种先进封装除泡装置，应用于半导体芯片封装时填充胶的除泡，其特征在于，包括：外壳、驱动马达、风扇、加热单元和磁耦合器；所述外壳用于封装所述芯片；所述加热单元用于加热所述外壳中的封装芯片；所述风扇用于搅拌所述外壳内的气体，使所述外壳内的气体温度分布均匀；所述驱动马达用于为所述风扇的转动提供动力；所述磁耦合器包括第一磁体和第二磁体；所述第一磁体与所述风扇连接，所述第二磁体与所述驱动马达连接；所述第一磁体和所述第二磁体互相作用，用于将所述驱动马达的动力传导到所述风扇。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述外壳连接有增压单元；所述增压单元用于向所述外壳充入保护气，提升所述外壳内的气压。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述外壳连接有真空单元，所述真空单元用于抽取所述外壳中的气体，使所述外壳中的气压为负压。4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括压力保护组件，所述压力保护组件包括第一压感单元、第二压感单元；所述第一压感单元和所述第二压感单元均用于测量所述外壳中的气压；当所述外壳内气压超出设定压力，所述第一压感单元和所述第二压感单元中的至少一个发出报警。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一压感单元包括压力传感器；所述第二压感单元包括机械式压力计；所述第一压感单元和所述第二压感单元均包括压力开关，当所述外壳内气压超出所述设定压力时，所述压力开关用于发出报警信号。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述压力保护组件还包括第三压感单元；当第一压感单元和第二压感单元均失效时所述第三压感单元用于对所述外壳泄压。7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括氧气浓度感测单元，所述氧气浓度感测单元用于测量所述外壳中的氧气浓度；当所述外壳中的氧气浓度高于允许的氧气浓度值时，所述外壳内停止升温升压。8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括若干温度测量单元；所述温度测量单元用于实时测量所述外壳中的温度；当任意两个温度测量单元测得温度差大于预设温度差值时，所述温度测量单元发出报警。9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括冷却单元，所述冷却单元包括快冷风机和热交换器；所述快冷风机用于提供动力，使外壳内的气体循环进入所述热交换器；所述热交换器用于将外壳内的气体热量导出。10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括过滤单元，所述过滤单元用于吸附所述外壳内气体中漂浮的颗粒。11.一种先进封装除泡方法，应用于所述权利要求1至10中任一项所述的装置，其特征在于，所述方法包括：附着了底填胶的封装芯片被送入外壳；加热单元加热外壳中的封装芯片，增压单元和真空泵控制外壳中的气压；驱动马达带动第二磁体转动，第二磁体与第一磁体互相作用；第一磁体带动风扇搅拌
所述外壳内的气体；底填胶中的气泡排尽后，外壳内恢复常温常压，封装芯片移出外壳。12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，加热单元加热外壳中的封装芯片，增压单元和真空泵控制外壳中的气压，还包括：在t1时段中，所述加热单元将所述封装芯片加热到第一温度；在t2时段中，所述加热单元使封装芯片维持第一温度；真空泵抽吸外壳中的气体，增压单元向外壳充入保护气，反复若干次；在t3时段中，加热单元保持封装芯片处于第一温度；增压单元持续向外壳充入保护气，使外壳内气压升至目标气压，所述目标气压高于标准大气压；在t4时段中，加热单元升温，将封装芯片加热到第二温度；使外壳内气压维持目标气压不变。

技术总结
本发明提供了一种先进封装除泡装置，应用于半导体芯片封装时填充胶的除泡，其特征在于，包括：外壳、驱动马达、风扇、加热单元和磁耦合器；所述外壳用于封装所述芯片；所述加热单元用于加热所述外壳中的封装芯片；所述风扇用于搅拌所述外壳内的气体，使所述外壳内的气体温度分布均匀；所述驱动马达用于为所述风扇的转动提供动力；所述磁耦合器包括第一磁体和第二磁体；所述第一磁体与所述风扇连接，所述第二磁体与所述驱动马达连接；所述第一磁体和所述第二磁体互相作用，用于将所述驱动马达的动力传导到所述风扇，该装置用于除去封装芯片底填胶中的气泡。填胶中的气泡。填胶中的气泡。


技术研发人员：张兴刚 黄占超 宋涛 李来滨 王昌飞 林祚彦
受保护的技术使用者：安泊智汇半导体设备（上海）有限责任公司
技术研发日：2022.02.14
技术公布日：2023/8/23