摘要：本文講述了引線(xiàn)框架的主要特性以及引線(xiàn)框架對(duì)封裝的影響，提出了一些改進(jìn)方法。

　　關(guān)鍵詞：引線(xiàn)框架；塑封；IC

　　中圖分類(lèi)號(hào)：305．94 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

　　1引言

　　近年來(lái)，隨著集成電路技術(shù)的進(jìn)步，集成電路封裝也得到了很大的發(fā)展。國(guó)外廠商紛紛來(lái)大陸投資設(shè)廠，使國(guó)內(nèi)的封裝業(yè)變得更為興旺，這樣，作為電子信9、制造業(yè)的基礎(chǔ)--電子信息材料越來(lái)越受到政府各部門(mén)、各地區(qū)和企業(yè)界的關(guān)注和重視。集成電路塑封中使用的引線(xiàn)框架是集成電路封裝的一種主要結(jié)構(gòu)材料。它在電路中主要起承載IC芯片的作用，同時(shí)起連接芯片與外部線(xiàn)路板電信號(hào)的作用，以及安裝固定的機(jī)械作用等(見(jiàn)圖1)。

　　集成電路引線(xiàn)框架一般采用銅材(Cu)或鐵鎳合金(42#Fe-Ni)，考慮到電氣、散熱與塑封匹配以及成本等方面的因素，目前主要使用銅材，特別是DIP和SIP插入式封裝以及SOIC、QFP、PLCC等適合SMT技術(shù)要求的封裝大多數(shù)都采用銅材。

　　2引線(xiàn)框架的主要性能

　　根據(jù)引線(xiàn)框架在封裝體中的作用，要求引線(xiàn)框架具備以下性能：

　　2．1 良好的導(dǎo)電性能

　　由圖1可以看出，引線(xiàn)框架在塑封體中起到芯片和外面的連接作用，因此要求它要有良好的導(dǎo)電性。另外，在電路設(shè)計(jì)時(shí)，有時(shí)地線(xiàn)通過(guò)芯片的隔離墻連到引線(xiàn)框架的基座，這就更要求它有良好的導(dǎo)電性。如圖2所示。

　　有的集成電路的工作頻率較高，為減少電容和電感等寄生效應(yīng)，對(duì)引線(xiàn)框架的導(dǎo)電性能要求就更高，導(dǎo)電性越高，引線(xiàn)框架產(chǎn)生的阻抗就越小。

　　一般而言，銅材的導(dǎo)電性比鐵鎳材料的導(dǎo)電性要好。如：Fe58％-Ni42％的鐵鎳合金，其電導(dǎo)率為3．0％IACS；摻0．1％Zr的銅材料，其電導(dǎo)率為90％IACS；摻2．3％Fe、0．03％P、0．1％Zn的銅材料，其電導(dǎo)率為65％IACS，因此從上面可以看出，銅材的電導(dǎo)率較好，并且根據(jù)摻雜不同，其電導(dǎo)率有較大的差別

　　2．2 良好的導(dǎo)熱性

　　集成電路在使用時(shí)，總要產(chǎn)生熱量，尤其是功耗較大的電路，產(chǎn)生的熱量就更大，因此在工作時(shí)要求主要結(jié)構(gòu)材料引線(xiàn)框架能有很好的導(dǎo)熱性，否則在工作狀態(tài)會(huì)由于熱量不能及時(shí)散去而"燒壞"芯片。導(dǎo)熱性一般可由兩方面解決，一是增加引線(xiàn)框架基材的厚度，二是選用較大導(dǎo)熱系數(shù)的金屬材料做引線(xiàn)框架。

　　Fe58％-Ni42％的鐵鎳合金導(dǎo)熱系數(shù)為15．89W／cm~℃；摻0．1％Zr的銅材料，其導(dǎo)熱系數(shù)為359．8W／cm~℃；摻0．1％Fe、0．058％P的銅材料，其導(dǎo)熱系數(shù)為435．14W／cm℃?？梢?jiàn)銅材料的導(dǎo)熱系數(shù)最好，而且根據(jù)摻雜的不同，其導(dǎo)熱系數(shù)不一樣。

　　2．3良好的熱匹配(即熱膨脹)

　　材料受熱產(chǎn)生膨脹，在封裝體中，引線(xiàn)框架和塑封體的塑封樹(shù)脂相接觸，也和芯片間接接觸，因此要求它們有一個(gè)良好的熱匹配。Fe58％-Ni42％的鐵鎳合金，其線(xiàn)膨脹系數(shù)為43×10-7／℃，一般的銅材料引線(xiàn)框架，其線(xiàn)膨脹系數(shù)為(160~180)×10-7／℃，由此可見(jiàn)，鐵鎳材料的膨脹系數(shù)較小，銅材料的膨脹系數(shù)較大。銅質(zhì)引線(xiàn)框架的膨脹系數(shù)和塑封樹(shù)脂的膨脹系數(shù)(200×10''7／~C左右)相近，但是和硅芯片的膨脹系數(shù)相差較大，硅的膨脹系數(shù)為26×l0-7／℃。不過(guò)，現(xiàn)在采用的樹(shù)脂導(dǎo)電膠作為粘片材料，它們的柔韌性強(qiáng)，足以吸收芯片和銅材之間所出現(xiàn)的應(yīng)力形變。如果是共晶裝片，那么就不宜采用線(xiàn)膨脹系數(shù)大的鋼材做引線(xiàn)框架了。

　　2．4良好的強(qiáng)度

　　引線(xiàn)框架無(wú)論是在封裝過(guò)程中，還是在隨后的測(cè)試及客戶(hù)在插到印刷線(xiàn)路板的使用過(guò)程中，都要求其有良好的抗拉強(qiáng)度。Fe58％-Ni42％的鐵鎳合金的抗拉強(qiáng)度為0．64GPa，而銅材料合金的抗拉強(qiáng)度一般為0．5GPa以下，因此銅材料的抗拉強(qiáng)度要稍差一些，同樣它可以通過(guò)摻雜來(lái)改善抗拉強(qiáng)度。作為引線(xiàn)框架，一般要求抗拉強(qiáng)度至少應(yīng)達(dá)到441MPa，延伸率大于5％。

　　2．5 耐熱性和耐氧化性

　　耐熱性用軟化溫度進(jìn)行衡量。軟化溫度是將材料加熱5分鐘后，其硬度變化到最初始硬度的80％的加熱溫度。通常軟化溫度在400℃以上便可以使用。材料的耐氧化性對(duì)產(chǎn)品的可靠性有很大的影響，要求由于加熱而生成的氧化膜盡可能少。

　　2．6具有一定的耐腐蝕性

　　引線(xiàn)框架不應(yīng)發(fā)生應(yīng)力腐蝕裂紋，在一般潮濕氣候下不應(yīng)腐蝕而產(chǎn)生斷腿現(xiàn)象。

　　3封裝工藝對(duì)引線(xiàn)框架的要求

　　引線(xiàn)框架作為主要結(jié)構(gòu)材料，從裝片開(kāi)始進(jìn)人生產(chǎn)過(guò)程一直到結(jié)束，幾乎貫穿整個(gè)封裝過(guò)程，它的設(shè)計(jì)是否合理、質(zhì)量控制得好與壞，將影響到封裝的幾乎所有的重要工序，如裝片、鍵合、塑封、電鍍、切筋等，因此根據(jù)封裝工藝，對(duì)引線(xiàn)框架具有以下的要求：

　　3．1一定的硬度

　　引線(xiàn)框架在使用過(guò)程中，要重復(fù)在不同工序的設(shè)備的導(dǎo)軌中傳送，如果引線(xiàn)框架的硬度不好，極易變形，引起產(chǎn)品報(bào)廢，甚至損壞設(shè)備，現(xiàn)在一般選用1H左右的硬度。硬度Hv應(yīng)大于130，國(guó)外要求引線(xiàn)腳的反復(fù)彎曲次數(shù)大于等于3次，以后要求會(huì)更高。

　　3．2引線(xiàn)框架的步進(jìn)特性

　　一條引線(xiàn)框架上可以裝5只~20只電路芯片，甚至更多，因此要求引線(xiàn)框架的定位孔的孔徑大小和塑封模及切筋模頂針剛好匹配。其次還要求定位孔的孔徑精度和定位孔之間的累積誤差都不能太大，否則在設(shè)備傳輸和模具上操作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不到位和壓出金屬飛邊等。

　　3．3 引線(xiàn)框架的小島設(shè)計(jì)要和芯片匹配- 引線(xiàn)框架的小島要和芯片匹配，同一種封裝形式有不同的IC芯片尺寸，因此同一種引線(xiàn)框架也應(yīng)有很多種小島尺寸供選擇。同時(shí)，引線(xiàn)本身也有內(nèi)引線(xiàn)腳間距以及內(nèi)引線(xiàn)腳和小島之間間距的匹配要求，如圖3所示：

　　3．4 外引線(xiàn)腳的鎖定和潮氣隔離結(jié)構(gòu)

　　引線(xiàn)框架和塑封體之間是機(jī)械粘接的，因此在引線(xiàn)框架上應(yīng)有一定的凸起或孔洞將引線(xiàn)框架的腳鎖定在固化的塑封體中，這樣能很好地阻止在使用過(guò)程中的潮氣進(jìn)入到塑封體體內(nèi)。如圖4所示。

　　3．5應(yīng)力釋放

　　引線(xiàn)框架產(chǎn)生的兩類(lèi)應(yīng)力可以通過(guò)引線(xiàn)框架設(shè)計(jì)減少。

　　最嚴(yán)重的應(yīng)力之-是由于塑封與金屬之間內(nèi)在的熱膨脹系數(shù)失配引起的。嚴(yán)重的情況可能發(fā)生在熱沖擊試驗(yàn)時(shí)，封裝體會(huì)彎曲變形到足夠的程度而損害器件的功能。將芯片表面放在封裝體的中心彎曲軸線(xiàn)上，這樣芯片表面的應(yīng)力就會(huì)減小。芯片的粘接平臺(tái)下凹就是為了達(dá)到這種效果。所遇到的另一種應(yīng)力情況是由應(yīng)力的集中點(diǎn)產(chǎn)生的。集中點(diǎn)位于每個(gè)沖制引線(xiàn)框架底部的邊緣，如圖5所示。當(dāng)沖制成形時(shí)，沖頭穿過(guò)片狀金屬形成一個(gè)圓角，它由于摩擦力拉動(dòng)材料時(shí)形成。相反，在出口面一些金屬會(huì)凸，出形成毛刺，毛刺很鋒利并且是應(yīng)力容易集中之處。一旦出現(xiàn)裂紋，裂紋就會(huì)沿著粘接芯片的支撐平臺(tái)邊緣的毛刺向一條水汽浸入通道，這種內(nèi)部裂紋比較隱蔽，無(wú)法用普通的X射線(xiàn)技術(shù)探測(cè)。給跳步模裝置增加一道精壓工序來(lái)去毛刺，毛刺被鍛壓成邊緣倒角。

　　3．6塑封支撐基體

　　引線(xiàn)框架對(duì)塑封料起-個(gè)支撐基體的作用，塑料可以黏附在它的上面并在模具中形成封裝體。塑封模具的上下兩部分相互結(jié)合在一起，這時(shí)塑封料在上下模具之間整體連結(jié)在一起，當(dāng)金屬區(qū)域增加時(shí)，上下兩部分切開(kāi)所需的力會(huì)減小，此時(shí)在引線(xiàn)彎曲成形或焊接操作時(shí)沿著金屬與塑料的接觸面會(huì)產(chǎn)生斷裂。

　　水汽沿金屬與塑料連接界面處滲透官幼的減緩與金屬框架周?chē)芰鲜湛s有關(guān)，一般情況下，塑料覆蓋范圍越大，收縮力越大，設(shè)計(jì)引線(xiàn)框架時(shí)理想的塑料與金屬面積之比為：

　　Am／Ap≤1

　　其中：Am是金屬面積，Ap是塑料面積。

　　3．7內(nèi)引線(xiàn)腳的鍍層質(zhì)量

　　為了保證封裝工藝中的裝片／鍵合性能，使芯片和金絲與引線(xiàn)框架形成良好的擴(kuò)散焊接，引線(xiàn)框架的裝片／鍵合區(qū)域(內(nèi)引線(xiàn)腳上和小島)一般要求壓印，然后在上面鍍金或鍍銀，如圖6所示。

　　通過(guò)壓印可以形成-個(gè)光滑致密的表面以獲得高質(zhì)量的鍍層，同時(shí)提供了一個(gè)充足平坦的鍵合點(diǎn)區(qū)域。壓印深度一般控制在0．013mm。早期在壓印區(qū)域都采用鍍金工藝，厚度控制在2ltm左右。采用鍍金工藝是因?yàn)殄兘饘优c引線(xiàn)框架基體和金絲有比其它金屬更加好的結(jié)合力和焊接性能，保證了很好的裝片／鍵合強(qiáng)度，而且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐腐蝕、耐氧化、可靠性好。但是其成本過(guò)于昂貴制約了集成電路的飛速發(fā)展，于是金的替代品銀逐漸被廣泛采用。

　　目前，在引線(xiàn)框架鍍銀工藝中，一般分為半光亮和光亮鍍銀兩種。鍍銀層的質(zhì)量直接影響裝片和金絲鍵合強(qiáng)度，從而最終影響產(chǎn)品的成品率和可靠性。一般鍍銀層的厚度控制在3~8}μm，銀層表面應(yīng)致密光滑，色澤均勻，呈鍍層本色，不允許有起皮、起泡、沾污、斑點(diǎn)、水跡、異物和發(fā)花等缺陷。應(yīng)無(wú)明顯的污點(diǎn)、脫落或鍍層漏鍍，無(wú)貫穿鍍層的劃痕；在冷態(tài)和熱態(tài)(250℃)應(yīng)無(wú)明顯變色，不允許起皮，起泡，剝落，發(fā)花，斑點(diǎn)等缺陷；鍵合區(qū)應(yīng)易于鍵合，鍵合強(qiáng)度大于4gf；外引線(xiàn)腳經(jīng)彎曲試驗(yàn)后不應(yīng)出現(xiàn)斷裂。另外，光亮度過(guò)高的銀層，在鍵合高溫時(shí)會(huì)析出碳?xì)湮镔|(zhì)，降低了銀面的致密性，提高了空隙率，最終影響鍵合。

　　3．8 引線(xiàn)框架的共面性

　　由于現(xiàn)在引線(xiàn)框架的腳數(shù)越來(lái)越多，引線(xiàn)框架的內(nèi)外引腳和小島的共面性要求較高，否則鍵合后會(huì)斷絲等，或者在塑封模具中造成金絲斷開(kāi)。一般要求共面性在100~130μm左右，實(shí)際使用時(shí)愈嚴(yán)愈好。

　　3．9 引線(xiàn)框架的彎曲

　　由于現(xiàn)在封裝都是采用自動(dòng)化設(shè)備和精度較高的模具，因此要求引線(xiàn)框架在長(zhǎng)度和寬度方向的側(cè)彎較小，否則會(huì)在設(shè)備導(dǎo)軌中傳輸時(shí)引線(xiàn)變形，在塑封／切筋模具中產(chǎn)生金屬飛邊。一般在長(zhǎng)度方向的彎曲(俗稱(chēng)為側(cè)彎)應(yīng)控制在50-100μm。

　　3．10 引線(xiàn)框架的機(jī)械位置一致性

　　由于現(xiàn)在操作都是高速自動(dòng)化生產(chǎn)，先將引線(xiàn)框架的機(jī)械位置等輸人到設(shè)備里，然后設(shè)備認(rèn)準(zhǔn)該數(shù)據(jù)進(jìn)行快速自動(dòng)化生產(chǎn)，如果機(jī)械位置不一致，則會(huì)造成經(jīng)常停機(jī)，并且會(huì)產(chǎn)生大量不合格品，如圖7所示。

　　現(xiàn)在有些引線(xiàn)框架廠家為提高產(chǎn)量，上下兩排引線(xiàn)框架同時(shí)沖壓(也就是相當(dāng)于兩付模具分別同時(shí)沖壓)，然后再切開(kāi)，這時(shí)就不允許這上下兩排引線(xiàn)框架混放在一起，因?yàn)檫@兩排引線(xiàn)框架不可能完全一致，極有可能造成鍵合機(jī)能識(shí)別上排引線(xiàn)框架就無(wú)法識(shí)別下排引線(xiàn)框架的現(xiàn)象。

　　有時(shí)雖然是同一模具沖壓出來(lái)的引線(xiàn)框架，但是模具沖壓次數(shù)過(guò)多，或者后面的電鍍等相應(yīng)工序的控制不好，也會(huì)產(chǎn)生機(jī)械位置不一致。

　　3．11引線(xiàn)框架的運(yùn)輸過(guò)程控制

　　現(xiàn)在的引線(xiàn)框架大都是基島下凹的。如果運(yùn)輸過(guò)程控制不好，就會(huì)造成引線(xiàn)框架基島的吊筋浮起或下沉，特別是有四根吊筋的引線(xiàn)框架，如QFP引線(xiàn)框架尤為嚴(yán)重。如圖8所示。

　　一般引線(xiàn)框架出廠時(shí)，吊筋是正常的，而到了客戶(hù)那里，就會(huì)出現(xiàn)吊筋上浮和下沉的現(xiàn)象，顯然是運(yùn)輸過(guò)程中造成的。對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)上的引線(xiàn)框架進(jìn)行抽樣調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，吊筋上浮一般是在每包引線(xiàn)框架最上面的5條，而吊筋下沉一般是在每包引線(xiàn)框架的最后5條。改變角度，減少運(yùn)輸過(guò)程中的震動(dòng)，對(duì)減少吊筋異常是有幫助的。

　　4結(jié)束語(yǔ)

　　隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，集成電路復(fù)雜度的增加，集成電路具有更小的外形，更高的性能。這就對(duì)集成電路塑封引線(xiàn)框架提出了更高的要求，要求引線(xiàn)框架具備更高的電性能，更高的可靠性。因此引線(xiàn)框架制造要不斷技術(shù)更新，嚴(yán)格質(zhì)量管理，更好地適應(yīng)封裝技術(shù)和集成電路發(fā)展的需求。