专利名称:柱塞,封装装置和用于密封柱塞外壳上的柱塞配合的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将封装材料进给到型腔的柱塞，该柱塞包括至少一个在柱塞的气缸套上凹进去的圆周凹槽。本发明还涉及一种用于封装固定在载体上的电子元件的装置。此外，本发明还涉及一种用于密封柱塞外壳上的柱塞配合的方法，其中柱塞适合于使封装材料在压力下进给到型腔。
背景技术：
在电子元件的封装，更特别地是固定在载体(引线框)上的半导体的封装中，通常使用所谓的“传递模塑工艺”。该具有电子元件的载体在此被夹持在两个模型配件之间，以使得型腔被限定在元件周围以用于密封。液体封装材料随后被引入到这些型腔内，并且在其至少部分硬化后，该模型配件被移开并且具有密封的电子元件的载体被移走。封装材料的进给通过一个或多个柱塞来进行，压力可通过该柱塞被施加在为此目的而提供的封装材料上。这些柱塞在外壳内是可替换的，其中尚未液体密封的材料可送入该外壳内。柱塞向被同时加热和/或被预先加热的封装材料上施加压力，其结果是封装材料变为了液体。作为与柱塞施加压力的响应，液体封装材料流向该型腔，并且在正确的工艺条件下，以封装材料完全填充它。在以柱塞置换封装材料的过程中，柱塞外壳上的柱塞配件是关键性的；必须防止不可控制量的封装材料透过该配件。在现有的用于调节柱塞外壳上的柱塞配件的方案中，是通过在柱塞气缸套上凹进去而形成一圆周凹槽。收集在该凹槽内的封装材料随后硬化并且用作接下来的生产步骤的密封。这描述在例如US 6,200,504中。在实际中已经发现这种由封装材料制成的密封在一开始具有良好的功能，但在一段时间后却存在着柱塞阻塞在外壳中的危险。这意味着柱塞通过由封装材料制成的密封以(非常)紧密配合的方式啮合在柱塞外壳上。
发明内容本发明的目的是提供一种改进的柱塞、封装装置和方法，其中可被保持上述现有技术的优点，而降低柱塞阻塞在柱塞外壳中的可能性。
为此，本发明提供了一种在本文开始时提到的那种类型的柱塞，其特征在于，在凹槽内配置有仅仅部分填充该凹槽的材料。这里的凹槽和材料优选地具有这样的尺寸，以使得凹槽在整个圆周上被部分地填充以材料。在首次使用这种柱塞后，置于凹槽内的材料可被封装材料至少部分地包围。包围该材料的封装材料通常在一段时间后硬化。因此有可能产生具有由封装材料限定的活性表面特性的密封，和不同于(硬化的)封装材料的弹出特性的弹出特性。在柱塞的使用过程中，通过新近提供的封装材料带来的密封尺寸的补充优点得到保持是可能的。因此可实现外壳上的柱塞的良好装配，而不会像现有技术那样在使用一段时间后会出现柱塞阻塞在其外壳中。其原因在于，即使是在使用较长的时间后，在根据本发明的柱塞外壳中形成的密封与现有技术的优点相结合，从而使这种密封具有可控的弹性作用。在柱塞外壳的圆周上形成的密封的外部通过封装材料(更特别地是环氧树脂)形成，而该密封的核心(容纳在柱塞外壳的凹槽中的材料)由其它材料组成。根据现有技术的通过从凹槽移除硬化封装材料的密封环而产生的预防性和补救性维护，在此无需发生或至少不那么频繁地发生。根据本发明的柱塞中的密封即使是在长时间使用后(在实际中为超过半天)仍可保持足够的弹性，这是由于加入到整个密封中的材料带来了额外的弹性，特别是在所使用的材料由弹性体制造时，情况更是如此。由封装材料制成的密封施加在外壳上的摩擦阻力将不会达到能阻碍柱塞正确操作的极端高的值。
在一优选实施例中，材料由塑料制成。可使用的塑料具有可变的弹出特性并且可进一步具有耐热形式。最好该材料能够耐至少120℃的温度，优选至少140℃，更优选至少160℃。这是在电子元件的封装过程中可出现的所有温度。更特别地设想是材料由所谓的高性能工程聚合物制成。该聚合物的例子包括全氟代烷氧基聚合物(PFA)，聚四氟乙烯(PTFE)，聚醚酮醚(PEEK)，和(氟代)硅酮。这些材料是可根据其商品名在市场上买得到的，尤其是特富龙，Norglide，Fluoroloy，Rulon，Meldin，和Chemraz。但是，具有耐热性和耐压性的其它弹性体也适用于制造该材料。另一种可能性是通过具有相对高的膨胀系数的材料来制造该材料。这种材料的一个例子例如是铜合金。在柱塞的使用过程中(操作温度大小为175℃)，这种材料可施加偏压力，以便增加良好的密封性。
为了使封装材料有效的进给至凹槽，在优选变形中，后者(凹槽)通过至少一个设置在气缸套中的通道连接至待指向封装材料的柱塞的端面。由此可实现封装材料连续进给至密封。在一个简单且有效的形式中，材料是环形的，例如O形环。这种环对于其它应用可得到多种变形。
本发明还提供了一种用于密封固定在载体上的电子元件的装置，包括可相对于彼此置换的模型配件，该模型配件在闭合位置限定了至少一个用于包围电子元件的型腔，和用于液体封装材料的进给装置，其连接至型腔并且设置有至少一个上述的柱塞。这种封装装置可以简单的方式通过根据本发明的柱塞置换输送机构的已知柱塞来得到。这意味着本发明的上述优点不仅可在新近构造的封装装置中实现，而且已知的封装装置也可通过简单的方式并在有限的投资下被改进。
本发明还提供了一种用于密封柱塞外壳上的柱塞配合的方法，优选地是在用于密封电子元件的封装装置中，该柱塞适合于使封装材料在压力下进给到型腔，该方法包括步骤A)将材料设置到在柱塞外壳上凹进去的圆周凹槽中，和B)使用柱塞将液体封装材料进给到型腔，其中封装材料渗透到圆周凹槽内，以使得该材料被封装材料至少部分地包围。除在将材料置于凹槽内之外，该方法无需特殊设备。与现有技术的元件封装相比，通过应用本发明的封装元件的后续处理工序不会受影响(除了柱塞在它们的外壳中的耐久性和改进的密封之外)。
材料的配置可以简单的方式通过在工艺步骤A)的过程中至少部分地在圆周凹槽中配置超尺寸的物体，并且随后移除一部分超尺寸物体而实现。其中一部分超尺寸物体的移除可通过使用基准模具来实现。更特别的，具有超尺寸物体的柱塞可被运载通过一基准模具，从而一部分超尺寸的物体从保持在圆周凹槽中的材料移除(切除)。为了使这种替换更简化，材料可通过使用引导件(例如，中空心轴，材料在其上被推动)设置到在柱塞凹槽中凹进去的圆周凹槽内。这在使用环形材料时特别有利。因此可制造标准尺寸的弹性体以便通过简单的方式装配以用于与根据本发明的柱塞共同作用。
本发明通过示于下面附图中的非限制性的示例性实施例来作进一步的描述，其中图1A是柱塞的透视图，其具有在柱塞气缸套上凹进去的圆周凹槽，图1B是环形材料的视图，图1C是图1A的柱塞的透视图，其中图1B的环配置在该凹槽中，图1D是示于图1A和1C的柱塞的透视图，其中在凹槽内具有硬化的封装材料，图2是柱塞可替换实施例变形的透视图，其中在柱塞的气缸套上具有凹进去的圆周凹槽，并且该凹槽部分地填充有柔性材料，图3是根据本发明的封装装置的断面图，图4A示意性示出了柱塞凹槽中的材料的固定，和图4B和4C是减小配置在柱塞凹槽中的材料尺寸的顺序工艺步骤示意图。
具体实施方式图1A示出了具有气缸套2的柱塞1，在该气缸套内凹进去有一圆周凹槽3。柱塞1还具有用于控制由柱塞1施加的力的弹簧4。柱塞1还具有连接件5，通过该连接件，柱塞1可连接至封装装置的驱动机构(未示出)。图1B示出了环6，其直径至少大体上相应于示于前一附图中的在柱塞1的外壳2上凹进去的凹槽3的直径。图1C示出了柱塞1和环6的组件7。可以看出，环6紧密地配合在凹槽3上并且凹槽3未被环6完全填充。柱塞1和环6的组件7还示于图1D中，由于环6被硬化的封装材料8所覆盖，因此环6在该附图中被完全隐藏了。硬化的封装材料部分地位于柱塞外壳2的凹槽3中，在该附图中同样不可见，该封装材料还在有限的程度上突出到柱塞外壳2的表面上。硬化的封装材料8形成了与外壳表面的连接，这在下面的附图中示出了，其中柱塞1和环6的组件被移除了。
图2示出了柱塞10的变形的替换实施例，其中再一次地设置有圆周凹槽11。在凹槽11中具有柔性材料层12，其在该变形中不是由单独的环，而是通过施加至凹槽11的底部的材料层12形成的(例如，液体形式，部分硬化的材料层或一层或多层带)。不同于前面的附图，这里设置了用于将柱塞10的端面13连接至凹槽11的通道14。因此(液体)封装材料被进给到凹槽11可得到简化。图2还示出了圆柱壁16中的螺旋凹槽15，通过该螺旋凹槽15可从包围柱塞10的柱塞外壳17上刮去污物。在该附图中仍未示出在柱塞10的使用过程中用于覆盖材料层12的硬化封装材料层。
图3示出了具有底部模型配件21的封装装置20，在该模型配件上配置有具有电子元件23的载体22。在底部模型配件21中，留有用于柱塞25的接收空间24，通过该空间可在压力下带入封装材料小球26(其通常在热的影响下变为液体)。可相对于底部模型配件21置换的上部模型配件27在电子元件23的周围限定了用于密封的型腔28，并且模型配件21，27还一起限定了通道29，通过该通道，由柱塞25上推的液体封装材料26可引入到型腔28内。在柱塞25的外壳中设置有一凹槽30，在该凹槽内设置有一柔性环31，随后在该环上沉积一层硬化的封装材料25。该硬化封装材料层32在留在底部模型配件21的接收空间24上形成了用于柱塞21的密封。
图4A示出了具有凹槽41的柱塞40，在该凹槽中必须配置紧密装配的环42。为此目的，设置有一锥形引导件43。引导件43使得有可能通过简单的方式并且在不对环42造成损坏的前提下使环42按照箭头P1置于凹槽41内。
图4B和4C示出了在凹槽41内配置有环42的柱塞40。环42突出到柱塞40的气缸套43之外。由于环42在该情形下非常大，它必须被做得更小一些。这可通过切割工具44来完成。在切割工具44的靠近切割边45的地方设置有切口46，用于在执行切割操作之前或该过程中稳定环42。在相对于柱塞40按照箭头P2移动切割工具44之后，如图4所示，环42的多余部分47可被切除，从而具有所需尺寸的剩余部分48留在凹槽41中。
权利要求
1.用于将封装材料进给到型腔的柱塞，该柱塞包括至少一个在柱塞的缸套上凹进去的圆周凹槽，其特征在于，在凹槽内配置有仅仅部分填充该凹槽的材料。
2.根据权利要求
1所述的柱塞，其特征在于，凹槽在整个圆周上被部分地填充以所述材料。
3.根据权利要求
1或2所述的柱塞，其特征在于，材料由塑料制成。
4.根据前述权利要求
之一所述的柱塞，其特征在于，凹槽通过至少一个设置在缸套中的通道连接至待指向封装材料的柱塞的端面。
5.根据前述权利要求
之一所述的柱塞，其特征在于，材料是环形的。
6.根据前述权利要求
之一所述的柱塞，其特征在于，置于凹槽中的材料至少部分地被封装材料包围。
7.用于密封固定在载体上的电子元件的装置，包括可相对于彼此置换的模型配件，该模型配件在闭合位置限定了至少一个用于包围电子元件的型腔，和用于液体封装材料的进给装置，其连接至型腔并且设置有至少一个根据前述权利要求
之一所述的柱塞。
8.用于密封柱塞外壳上的柱塞配件的方法，该柱塞适合于使封装材料在压力下进给到型腔，该方法包括工艺步骤A)将材料设置到在柱塞外壳上凹进去的圆周凹槽中，和B)使用柱塞将液体封装材料进给到型腔，其中封装材料渗透到圆周凹槽内，以使得该材料被封装材料至少部分地包围。
9.根据权利要求
8所述的方法，其特征在于，所述材料在工艺步骤A)的过程中作为超尺寸的物体被至少部分地置于圆周凹槽中，并且一部分该超尺寸物体随后被移除。
10.根据权利要求
9所述的方法，其特征在于，一部分超尺寸物体通过基准模具移除。
11.根据权利要求
8-10之一所述的方法，其特征在于，材料通过使用引导件设置到在柱塞外壳上凹进去的圆周凹槽中。
专利摘要
本发明涉及一种用于将封装材料进给到型腔的柱塞(1，10，25，40)，该柱塞包括至少一个在柱塞的气缸套上凹进去的圆周凹槽(3，11，30，41)，从而在凹槽内配置有仅仅部分填充该凹槽的材料(6，12，31，42)。本发明还涉及一种用于密封固定在载体上的电子元件的装置。此外，本发明还涉及一种用于密封柱塞外壳上的柱塞配件的方法，该柱塞适合于使封装材料在压力下进给到型腔。
文档编号B29C45/58GK1997497SQ200580017088
公开日2007年7月11日 申请日期2005年4月21日
发明者H·J·B·彼特斯, H·H·J·范隆德 申请人:菲科公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan