專利名稱：封裝的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及半導體器件，尤其是半導體器件的封裝系統(tǒng)。
現(xiàn)代集成電路和其他環(huán)境靈敏器件的復雜性大大增加，其靈敏度因環(huán)境因素而受損害。所以，大多數(shù)器件經(jīng)封裝后從工廠運輸?shù)接脩?，其目的是降低操作、靜電放電(ESD)和濕度引起的損害。典型的封裝系統(tǒng)中，將器件裝在載帶上，而后載帶卷成卷，再運用屏蔽帶包扎，并與載帶的引出頭連接。運送時，這些成卷組件裝入導電的鋁制袋以防止集成電路的管腳間因形成高靜電勢而損害內(nèi)部元件。通過對鋁袋抽真空來控制濕度并將其密封以防潮。
控制鋁袋中的殘留水汽，采用的是粒狀或粉狀干燥劑，如硅膠，將其放在尼龍袋中，并在真空密封前放入裝有成卷組件的鋁袋中。干燥劑袋放在鋁袋中的位置很重要，以防止器件的損壞。在袋中放置干燥劑，通常都是人工進行的，它既費時又費錢。例如，在某些封裝系統(tǒng)中，干燥劑放于成卷組件上并抽真空。這些系統(tǒng)的問題是鋁袋中的干燥劑發(fā)生膨脹，成卷組件壓力發(fā)生不平衡。當運送時，這種不平衡氣壓能使成卷組件變形，并損壞集成電路的引線。
在另一些封裝系統(tǒng)中，干燥劑袋放在鋁袋角落里，可以將組件堆疊起來而不變形。然而當抽真空時鋁袋側邊塌陷，干燥劑袋將被封離而產(chǎn)生蒸汽阻擋層，妨礙了水汽從器件中抽走。
鋁袋是不透明的，所以，要了解其中器件的情況，必需放棄真空將鋁袋打開。在鋁袋上設置觀察窗不但會增加費用，而且由于觀察窗的縫，將增加漏氣的可能性。
因此，需要這樣一種半導體器件的封裝系統(tǒng)，它能更有效地控制靜電放電和濕度，同時能保證半導體器件的引線不受損傷或變形。


圖1是器件運送裝置的立體分解圖；圖2是器件運送裝置另一實施例的詳細說明圖3是器件運送裝置的頂蓋的視圖；圖4是線帶的詳細說明圖；圖5是封裝系統(tǒng)的頂視圖；圖6是打開的封裝系統(tǒng)的剖面圖；圖7是關閉的封裝系統(tǒng)的剖面圖。
圖1是器件運送裝置100的立體分解圖，用于集成電路和環(huán)境靈敏器件的封裝以便于輸運。器件運送裝置100包括卷盤102，其上卷繞著載帶104，而載帶104裝有許多半導體器件如集成電路。按照集成電路封裝的型號，載帶104既可有存放集成電路的模制腔，又可制成帶有用于貼裝集成電路106的扁平帶。載帶104由浸漬了碳黑或類似的導電材料的聚苯乙烯或聚碳酸酯制成，用于保護器件106避免因靜電放電(ESD)而損壞。載帶104通過自鎖線帶108封于卷盤102上。線帶108含有末端夾具(未示出)以維系對卷盤102的環(huán)繞。
卷盤102由如浸漬了碳黑的聚苯乙烯等塑料制成，它可以保護器件106避免因靜電放電(ESD)而損壞。卷盤102涂上典型的抗靜電涂料，可進一步進行EDS的保護。卷盤102包括盤心114，它與邊110與112連接，在卷盤102中限定了用于卷繞載帶104的存儲區(qū)。盤心114內(nèi)有腔體116，它可容納器件保護材料如干燥劑模壓楔塊118。楔塊118也可由抗靜電材料制成，它發(fā)射銅離子以保護集成電路引線不受侵蝕。為了讓楔塊118對器件106提供保護功能，在盤心114形成數(shù)個小孔120，用于在存儲區(qū)和腔體之間提供蒸汽通道，例如，在包括模壓干燥劑的楔塊118上鉆、打、模制小孔120，提供從器件106到楔塊118的水汽通道，以便讓干燥劑將水汽從器件吸走。
由為了形成楔塊118，將器件保護材料與尼龍座混合，并模制，以壓合進腔體116。。器件保護材料包括干燥劑時，干燥劑最好是硅膠或分子篩或類似物質，其應對器件沒有腐蝕性。由于尼龍易于成形和多孔，它是很有用的基座，可以使蒸汽通過干燥劑材料，且阻力最低。在楔塊118中制成開口122以增加干燥劑的有效表面面積，可進一步提高其對水分的吸附能力。通過在烘箱中加熱楔塊118可以去除水汽，使模制干燥劑可反復使用。
腔體116的側邊向腔體116的開口向內(nèi)變斜，以使這些側邊擴展容納楔塊118。當楔塊118嵌入腔體116后，借助側邊向內(nèi)傾斜產(chǎn)生壓力將其卡在腔體116內(nèi)。另一種壓入配合的方法是借助模制進盤心114內(nèi)的接頭片或類似的保持裝置將楔塊固定就位。
線帶108是軟塑料帶，它環(huán)繞卷盤102的外徑，包圍存儲區(qū)。線帶108由浸漬了碳黑的聚苯乙烯制成，以提供另外的靜電放電(ESD)保護。另外防潮由器件保護材料模制的小片實現(xiàn)，它們固定于模制于線帶108中的凹槽中。
器件運送裝置100包括用于存儲和保護器件106的集裝組件，它包括卷盤102，載帶104，線帶108和模制的器件保護材料。由腔116內(nèi)的整塊楔塊118提供保護功能以便作為一個組件處理楔塊118和卷盤102的優(yōu)點是，與現(xiàn)有技術系統(tǒng)相比，整體單元既便于操作又降低了成本。楔塊118保持于封套內(nèi)的預定位置，所以，干燥劑不會使器件106的引線變形。而且，當由于抽真空封套側邊塌陷時，這種腔體116結構可確保楔塊118不會與器件封離。由于整體組件減小或消除了在真空袋關鍵部位人工放置干燥劑的費用。所以提高了可靠性，且降低了成本。
在各圖中，標記相同的元件具有相同的功能。
圖2是器件運送裝置另一實施例的詳圖，包括卷盤102和帽蓋130。卷盤102的功能如上所述。帽蓋130包括如上所述的尼龍和干燥劑混合物，它與楔塊128集合成一體嵌入腔體116。楔塊128制成使帽蓋130能壓合進并固定于腔體116的形狀。此外，借助固定夾具和類似機構(未示出)，帽蓋130和盤心114的貼合在一起?？梢钥闯?，帽蓋130有較大的表面，它改進了對器件的保護。帽蓋130通常可根據(jù)各個楔塊更換使用。
圖3是立體透視的帽蓋底視圖，如圖所示，楔塊128和帽蓋130由器件保護材料模制成整體單元。在楔塊128和/或帽蓋130中形成開口132，其作用是增加保護材料的表面面積，以提高有效的保護功能。
圖4是線帶108詳細圖，它包括模制在線帶108上的凹槽142，其可存放干燥劑材料小片140。線帶108由浸漬了碳黑的聚苯乙烯制成，以提供靜電放電(ESD)保護。小片140嵌入其內(nèi)的凹槽的數(shù)目，根據(jù)器件106所需的保護程度可以調(diào)整。例如，當要求最大保護時，小片140放入線帶的每個凹槽142。當要求保護程度較低時，如器件106本身防潮時，小片140只嵌入部分凹槽142。
通過凹槽142剖開的截面144示出一個在凹槽142的開口中的向內(nèi)錐體的邊148。線帶108是柔軟的，以便凹槽142擴展容納小片140。小片一旦插入后，便借助于向內(nèi)錐體的邊148產(chǎn)生的壓力固定于凹槽142中。而且，小片140還可以由模制于線帶108的每個凹槽142中的接頭片或類似固定裝置固定就位。
小片140固定于形成在線帶108上的凹槽中，所以，小片140和線帶108具有整體單元的功能，與現(xiàn)有技術系統(tǒng)相比，既便于操作又降低了成本。由凹槽142中的整體小片141提供保護功能以便小片140和凹槽142可作為單個組件進行處理，這樣的優(yōu)點是，與現(xiàn)有技術系統(tǒng)相比，既便于操作又能降低成本。小片140固定于封套內(nèi)的預定位置，這樣干燥劑不會使器件106的引線變形。而且，當由于抽真空封套的邊緣塌陷時，這種腔體凹槽結構可確保小片140不會與器件106封離。這種整體組件減少或消除了在真空袋內(nèi)人工放置干燥劑昂貴費用。因而，提高了可靠性，并降低了成本。
從圖4可看出，線帶108的內(nèi)表面上的每個凹槽142，其外表形成凸點146。向內(nèi)錐體的橫截面144應裁成使凸點146能從線帶108的另一部分插入凹槽142起到自鎖定機構作用的形狀，使線帶108環(huán)繞卷盤周邊就位。由于減少了另加的鎖定裝置，這種結構降低了線帶的成本。
圖5和圖6分別是打開的封裝系統(tǒng)500的頂視圖和剖面圖，其包括可吹脹的封套50，其內(nèi)嵌入了裝有許多集成電路器件106的卷盤102。圖7表示與圖6的封裝系統(tǒng)500類似的剖面圖，只是可吹脹的封套50按以下方法抽真空。在卷盤102貼上標簽152，提供了識別信息，如集成電路器件的型號，制造數(shù)量等。當運送時，標簽152還包括用于追蹤封裝系統(tǒng)500的信息。標簽152上的信息一般由可用標準的紅外掃描束進行掃描的條形碼、ID矩陣碼或類似的圖案提供。當運送時，在卷帶102或封在可吹脹的封套50上裝濕度指示器154，用以監(jiān)控濕度。
卷盤102插入可吹脹的封套50的存儲盒59，封套被熱封，以在真空環(huán)境中裝入集成電路器件，這樣可減少存儲盒59內(nèi)的沾污。由如圖所示的多個空氣包52在存儲盒59每邊作為緩沖。運輸前，用空氣、氮氣或其他氣體通過閥門54給氣包充氣?？纱得浀姆馓?0由涂有典型抗靜電溶液以防止ESD的損壞的尼龍/聚烯烴混合物制成。聚烯烴對空氣和真空均可密封，而加入尼龍可使可吹脹的封套50經(jīng)久耐用。
為了確包封起來的集成電路器件不被錯認，標簽152的可讀性是很重要的?，F(xiàn)有技術封裝系通常用真空密封的鋁袋封裝器件。這種袋不透明，器件一旦被密封在袋中，若不開袋或釋放真空器件不能被識別。鋁袋上可形成有透明的觀察窗，但窗的制作材料與鋁袋不同。窗材料與鋁袋材料的粘接不但會增加成本，而且在觀察窗與鋁袋之間形成的縫隙是真空漏氣的根源。
用于制作可吹脹封套50的尼龍/聚烯徑材料是透明的，其內(nèi)部一般可見。但是，當空氣包被充氣時，不能精確地掃描標簽152的編碼信息，如條形碼，這是由于紅外掃描束與標簽152間的焦距所致。為了減少焦距，運用加熱密封等方法在可吹脹的封套50形成觀察部分56，以將它粘接于空氣包相對表面上。因此，它沒有不密封的縫隙，防止了存儲盒59的漏氣。由于尼龍/聚烯徑材料對紅外線是透明的，標簽152通過觀察部分能被掃描。這種觀察部分56的成本極低，這是由于觀察部分與可吹脹的封套50所用的材料是一致的，而且加熱密封工藝簡單的緣故。如圖7所示，當存儲盒59被抽真空時，使觀察部分56與卷盤102貼合在一起，焦距被減少至接近零，這就易于觀察和掃描。
為了運送，在空氣包52放氣時，卷盤102插入可吹脹的封套50。可吹脹的運輸50放在真空室將儲存盒59抽空。熱封封口58，以保持真空。運送前，通過閥門54對空氣包充氣，以便為裝有集成電路器件的卷盤102提供緩沖。當充氣時，空氣包膨脹限制了裝有儲存盒59的卷盤102的活動。
為了取出卷盤102，讓空氣包52放氣并切掉封口58的熱封部分。封口58的切割線(圖未標明)通常標示出應切割的部位。為了使可吹脹的封套50可重復使用和降低成本，封口58的長度制成足夠可數(shù)次切割和反復密封。取出卷盤102后，可吹脹的封套50返還給集成電路的賣主，然后裝入又一批卷盤并開始新的運送循環(huán)?？纱得浀姆馓?0可重復使用，直到封口58太短無法對儲存盒59進行密封。在一個實施例中，具有足夠長度的封口58可使可吹脹的封包50至少用4次。
集成電路通過一系列步驟制作，主要是在襯底上制作物理結構。許多步驟要求器件避免有害環(huán)境的影響，如沾污，腐蝕和ESD，其經(jīng)常引起器件過早失效或可靠性降低。整個制作過程中，晶片和器件是放在高度控制的環(huán)境中，例如防塵容器中，防止不必要的雜質引進半導體材料。
運送集成電路器件的準備工作是半導體器件制作過程的一部分，其中包括將器件貼在載帶上，載帶卷到卷盤上，用線帶包封載帶，在卷盤的空腔或在線帶的凹槽裝入保護材料，將卷盤組件放入可吹脹的封套等。當器件從制造地運送到另一制造地，或從制造地運送到用戶時，保持最后用戶所收到的器件質量的這種準備工作是很重要的。例如，集成電路在一個地區(qū)封裝并運送到另一地區(qū)測試，它必須裝入保護袋避免因環(huán)境引起的損壞。同樣，器件運送到最終用戶前也要放入保護袋。如上所述，本發(fā)明的封裝系統(tǒng)減少了操作引起的損壞，并防止了水汽和其他有害物質進入器件。因而，用戶可收到高質量和高可靠性的器件。
本發(fā)明的另一優(yōu)點是將器件的保護材料與封裝系統(tǒng)的元件集成在一起。這種集成包括將模制的干燥劑放入卷盤的腔體或線帶的凹槽中。因此，本發(fā)明提供了在防止機械與腐蝕引起損害的環(huán)境中封裝集成電路器件的集成組件。器件裝在載帶上，而后用線帶包封載帶繞于其上的卷盤的儲存區(qū)。采用裝在卷盤盤心處的腔體中的模制干燥器將殘留水汽從器件中抽走。在盤心的腔體與儲存區(qū)之間形成小孔，為從器件到干燥劑提供蒸汽通道。在腔體中固定干燥劑，防止儲存盒在其中活動，這種活動會使干燥劑在儲存盒抽真空時變形或與器件隔離。另一種防止水汽的方法是由將器件包封于卷盤內(nèi)并容納干燥劑小片的線帶提供的。所以，器件密封在卷盤的儲存區(qū)里，卷盤被干燥劑環(huán)繞以防止水汽進入。
卷盤插入可吹脹封套的儲存盒。儲存盒被抽真空并被密封。通過集裝在可吹脹封套中的空氣包來為儲存盒提供緩沖。儲存盒被抽真空后空氣包充氣，因此，空氣包膨脹限制了裝在儲存盒里的卷盤活動。運送時空氣包的緩沖和活動限制作用緩沖了器件的機械損害。包封在儲存盒內(nèi)的識別信息可以通過形成在可吹脹的封套上的觀察部分看到或電子掃描，觀察窗粘結在空氣包相對表面上。
權利要求
1.裝于封裝系統(tǒng)中的器件(106)，其特征在于，封裝系統(tǒng)包括器件運送裝置(100)，它具有與第一邊(110)和第二邊(112)相連接的盤心(114)，這兩邊限制了儲存器件的存儲區(qū)，在盤心中制成可固定器件保護材料(118)的腔體(116)。
2.根據(jù)權利要求1的器件，其特征在于，器件是由半導體材料制成的。
3.根據(jù)權利要求1的器件，其特征在于，在盤心的腔體和儲存區(qū)之間形成小孔(120)。
4.根據(jù)權利要求3的器件，其特征在于，器件保護材料包括第一模制干燥劑，用于通過小孔將水汽從儲存區(qū)抽走。
5.裝于封裝系統(tǒng)中的器件(106)，其特征在于，封裝系統(tǒng)的包括帶有儲存區(qū)(110，112，114)的器件運送裝置，用于裝載器件；包封儲存區(qū)的線帶(108)，它裝載器件保護材料(140)。
6.根據(jù)權利要求5的器件，其特征在于，器件保護材料保存在線帶的凹槽區(qū)142)。
7.根據(jù)權利要求6的器件，其特征在于， 器件運送裝置包括卷盤(102)，進一步的特征是用于裝載器件和繞在儲存區(qū)的卷盤上的載帶(104)。
8.根據(jù)權利要求5的器件，進一步的特征在于，可吹脹的封套(50)配置器件運送裝置和線帶，其中，可吹脹的封套包括用于配置真空中的器件運送裝置和線帶的儲存盒(59)；用于充氣以緩沖器件運送裝置和線帶的空氣包(52)；用于觀察可吹脹的封套內(nèi)部的觀察窗。
9.制造半導體器件(106)的方法，其特征在于，采取將器件保護材料(118)與裝載半導體器件的卷盤(102)集裝在一起的方法。
10.根據(jù)權利要求9的方法，其特征在于，集裝方法包括將器件保護材料置于卷盤的線帶(108)中的步驟。
全文摘要
保護集成電路器件使之抗腐蝕和防機械損傷的封裝系統(tǒng)。所說器件包封在帶有盤心的卷盤中,盤心中形成有腔體,用于存放模制的干燥劑。在腔體與器件之間的小孔提供從器件抽掉水汽的通道。線帶用于包封卷盤內(nèi)的器件,它有凹槽區(qū)用于放干燥劑小片。卷盤放入可吹脹的封套中,封套備有可識別卷盤上的信息的觀察部分。封套被抽真空并被密封。在運送期間,可吹脹的封套中的空氣包被充氣用于緩沖器件以防機械損傷。
文檔編號B65H75/18GK1197757SQ9810099
公開日1998年11月4日 申請日期1998年3月31日 優(yōu)先權日1997年3月31日
發(fā)明者威廉·V·鄧肯, 理查德·J·巴頓 申請人:摩托羅拉公司