半導(dǎo)體封裝是指將通過測(cè)試的晶圓按照產(chǎn)品型號(hào)及功能需求加工得到獨(dú)立芯片的過程。
01 引線框架簡介(作用,構(gòu)成,材料選擇,及工藝概述)
引線框架是半導(dǎo)體封裝的基礎(chǔ)材料,是集成電路的芯片載體,借助于鍵合材料(金絲、鋁絲、銅絲)實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)部電路引出端與外引線的電氣連接,形成電氣回路的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件,起到和外部導(dǎo)線連接的橋梁作用,主要功能是起到電路連接、散熱、機(jī)械支撐等作用。
框架構(gòu)成:主要由兩部分組成,芯片焊盤和引腳。芯片焊盤在封裝過程中為芯片提供機(jī)械支撐,引腳是連接芯片到封裝外的電學(xué)通路,每一個(gè)引腳末端都與芯片上的一個(gè)焊盤通過引線連接,為內(nèi)引腳,另一端提供與基板或PC板的機(jī)械和電學(xué)連接,為管腳。
在選擇引線框架時(shí)要考慮如下因素:制造難易、框架性能要求、合適的加工方法、以及成本。
考慮因素具體說明:
框架性能要求:
選材:框架與塑封材料的粘合性,物理鍵合是不夠的,要考慮化學(xué)鍵合。
粘結(jié)性、熱膨脹系數(shù)、強(qiáng)度以及電導(dǎo)率框架的幾何形狀和成分也應(yīng)考慮,會(huì)影響到封裝模塊的可加工性、質(zhì)量及性能。
框架材料能否滿足加工、封裝裝配、PCB板裝配及器件的性能要求。
合適的加工方法:
引線框架的加工方法一般為機(jī)械沖壓法和化學(xué)蝕刻法。
機(jī)械沖壓法
一般使用跳步工具,靠機(jī)械力作用進(jìn)行沖切,這種方法所使用的模具比較昂貴,但框架生產(chǎn)成本低。
缺點(diǎn):機(jī)械沖壓加工的精度無法滿足高密度的封裝要求。
化學(xué)蝕刻法
主要采用光刻及金屬溶解的化學(xué)試劑從金屬條帶上蝕刻出圖形。大體可分為以下步驟:
沖壓定位孔→雙面涂光刻膠→ UV通過掩模版曝光、顯影、固化→通過化學(xué)試劑腐蝕暴露金屬(通常使用FeCl3等試劑)→去除光刻膠
蝕刻法特點(diǎn):設(shè)備成本低、框架成本較高、生產(chǎn)周期短。
鍍層材料的選擇
框架材料在完成成型加工后,要進(jìn)行框架表面處理,目的是使框架防止銹蝕,增加粘結(jié)性和可焊性。鍍層材料要比框架基體具有更好的抗腐蝕性,要致密,無空洞,有強(qiáng)度保證不在后期工序中開裂,防止氧化。
一般的鍍層工藝不會(huì)在整個(gè)框架上涂鍍層,在框架芯片焊盤和內(nèi)引腳上鍍銀,增加粘結(jié)性和可焊性。
為解決銅合金的氧化問題,可在表面鍍一層高分子材料,特種高分子材料在一定溫度下會(huì)發(fā)生分解揮發(fā),保證了框架的抗腐蝕性又不會(huì)影響到材料的可靠性以及與其他材料的粘結(jié)性。
較大尺寸封裝,可以用聚合物帶狀材料增強(qiáng)框架的機(jī)械強(qiáng)度,起到降低塑封材料流動(dòng)時(shí)引線掛斷或者芯片移位等問題,用于增加框架的機(jī)械強(qiáng)度。
聚合物帶狀材料的技術(shù)壁壘在于:必須經(jīng)受住高溫工藝,包括成型操作、后固化及接下來的溫度循環(huán)和器件可靠性測(cè)試,一般用的比較多的是聚酰亞胺膜(提示:此處為技術(shù)壁壘及一般可用材料)。
框架材料通常由合金材料制成,封裝技術(shù)決定了封裝材料的使用,基本是一代封裝、一代材料的發(fā)展規(guī)律,不同的半導(dǎo)體封裝方式需要采用不同的引線框架(不同的封裝方式請(qǐng)見附表)。