Leadframe知识简介 框架材料（Leadframe） 框架的构成：框架是模塑封装的骨架，它主要由两部分组成：芯片焊盘（die paddle）和引脚（lead finger）。其中芯片焊盘在封装过程中为芯片提供机械支撑，而引脚则是连接芯片到封装外的电学通路，就引脚而言，每一个引脚末端都与芯片上的一个焊盘通过引线相连接，该端称为内引脚（inner finger），引脚的另一端就是所谓管脚，它提供与基板或PC板的机械和电学连接。 框架的功能是显而易见的，首先它起到了封装器件的支撑作用，同时防止模塑料在引线间突然涌出，为塑料提供支撑；其次它使芯片连接到基板，提供了芯片到线路板的电及热通道。由它的这些功能出发，我们在选择引线框架材料所要考虑如下因素：制造难易、框架性能要求，自然，成本也是非常重要的。 框架材料：框架通常都是由合金材料制成的，加工方法一般为冲压法（stamping punch）和蚀刻法（etching）。化学蚀刻法主要采用光刻及金属溶解的化学试剂从金属条带上蚀刻出图形。大体可分为以下步骤： （1） 冲压定位孔 （2） 双面涂光刻胶 （3） UV通过掩膜板曝光、显影、固化 （4） 通过化学试剂腐蚀暴露金属（通常使用三氯化铁等试剂） （5） 祛除光刻胶 蚀刻法的特点是设备成本低，但是框架成本较高，生产周期短。机械冲制法一般使用跳步工具，靠机械力作用进行冲切。这种方法所使用的模具昂贵，但框架生产成本低。对于微细间距封装所采用的框架，通常都是采用蚀刻方法加工的，因为机械冲压加工的精度是无法满足高密度封装要求的。 除了选择合适的加工方法，由于框架的几何形状和成分会强烈影响到封装模块的可加工性、质量及性能，所以也应当得到重视。选择框架材料要考虑到材料是否能满足加工、封装装配、PCB板装配及器件的性能要求。 通常的框架材料是铜合金材料和铁镍合金（也称合金42，一般情况下镍的含量为42%，铁的含量为58%）。除此之外现今各种各样的复合材料层出不穷，但是应用的范围还比较狭窄，一个是由于技术上还不够完善，再一点就是价格因素。在考虑选择材料时，最重要的是框架与塑封材料的粘合性。这种粘合性仅靠物理键合是不够的，化学的键合也非常必要。一般认为，铁镍合金与环氧塑封材料的粘合性比铜合金要好一些，可能是因为在其表面不易生成起钝化作用的氧化层。但是事实上，铜合金的微氧化促进了铜与塑封材料的粘接性，氧化铜结构比较疏松，影响了机械强度，这一点在实验中也得到发现，表面氧化后的铜在与塑封擦了成型后的剥离实验时，其断裂面是在铜与氧化铜之间而不是氧化铜与塑封材料界面处，所以在选择材料的时候要充分对比其优缺点，选择更为合适的材料。 框架材料的性质： 我们已经知道，框架材料一般是金属合金，在封装中，我们主要注意它们它们的粘接性、热膨胀系数（CET）、强度以及电导率。下面我们将分别讨论框架材料的这些性质，同时对不同材料的这些性质进行比较说明。 （1） 框架材料的粘接性 框架与塑料材料的粘接性只所以如此重要，原因在于如果其粘接失效，就会在界面上发生分层现象（delamination），这样，空气中的水分、各种离子以及塑封材料表面的离子杂质就会直接进入封装模块，从而影响到引线键合处，引起引线键合锈蚀失效等问题。所以粘接性是考虑框架材料选择的一个很重要因素。在上文中我们已经提到，就与塑封材料的粘接性而言铜合金要优于铁镍合金。 由于现在铜合金框架材料的应用越来越广泛，所以对铜合金表面的改进也越来越多。比方说有些研究表明，在铜框架表面涂一层聚合物，这种聚合物既与铜合金又与环氧塑封材料有良好的键合作用，这样可以大大提高铜框架的粘接性。 （2） 框架材料的热膨胀系数（CET） 我们知道，不同的材料它们的热膨胀系数是有一定差别的，硅的热膨胀系数是— ppm，而环氧塑封料的热膨胀系数为16—20 ppm由以上数据可看出，硅的热膨胀系数和环氧塑封料的热膨胀系数相差甚多，CET失配就会引起封装模块开裂、分层等问题。因此，根据器件的性能仔细挑选具有合适热膨胀系数的框架材料是级为重要的。合金42（铁镍合金）的CET为— ppm，铜合金的CET在17—18 ppm。从上面的数据可看出，合金42的CET与芯片（表面为硅材料）的CET较为匹配，而铜合金的CET与环氧塑封料的CET较为接近。在解决了框架的粘接性问题之后，为了降低由于热膨胀系数失配所引起的热应力，通常人们更倾向于选择铜合金作为框架材料。 （3） 框架材料的热导率和电导率 框架的功能之一就是散热，芯片在工作过程中会产生相当的热量，有很大一部分就是通过框架散发出去的，这是因为塑封料的导热能力相当差。在热学性能方面，铜合金的优势显得极为明显，要比铁镍合金的导热能力高了10倍以上，这也是现在铜合金框架材料的使用越来越广泛的原因之一。 由于框架连接了芯片和PCB板，所以，框架材料的电导率也是需要考虑的因素之一。在电学性能方面来讲，铜合金框架材料的优势则更为明显，铁镍金属的导电率只有铜合金的%，从这一点来讲，铜合金框架材料是绝对优于铁镍合金的。 （4） 框架材料的强度 在框架强度方面我们要注意两个方面，即材料的机械强度和柔顺强度。一般来说从电路于基板的装配方式影响到材料机械强度来考虑。如果装配方式是插孔式的，那么框架材料最好选择合金42，因为合金42的机械强度要高于铜合金，在装配的时候减少了由于对准误差而产生的器件损坏情况发生的几率。铜合金的机械强度较小，一般不用于插孔式装配的器件。但是铜合金抗拉强度的弱点可以通过各种方法来弥补，譬如说在铜中添加铁、锌、磷等元素，可提高合金的热处理及硬加工特性，满足抗拉强度和韧性要求。 考虑材料的柔顺性是为了便于封装块后面的引脚打弯工序。如果材料很脆很硬，那么不利于打弯的进行。因此，框架材料通常要经过冷加工处理，这样可以大大提高机械强度，但同时降低了材料的韧性，之后再进香回火处理，可以提高其柔顺性。合金42的接写强度和柔顺性均强于铜合金，但是缺点就是热导率和电导率不如铜合金。另外，由于合金42中含有42%的镍，所以价格也要比铜合金贵了很多。 这里还需要指出的是，一般金属经过冷扎后，材料沿压延轴方向和垂直方向的强度是不同的。但是合金42在这两个方向上的机械强度差别不大。这在四方扁平封装（PQFP）中是十分重要的，因为四方扁平封装在四边都有引脚，都需要经过打弯处理。 框架的表面处理：框架材料在完成成型加工之后，还有一道必不可少的工序称为leadframe finish，即框架的表面处理工序，其目的就是使框架防止锈蚀，增加它的粘接性和可焊性。 那么镀层材料的选择应注意什么呢？首先镀层材料要比框架基本体材料有更好的抗腐蚀性，否则不能起到保护框架的作用。其次，镀层材料的选择需要致密、无空洞，还要有一定的强度，不至于在后期工序中出现开裂问题。一般不会在整个框架上涂镀层，通常在框架芯片焊盘和内引脚上镀银，这可以增加它们的粘接性并增加引线键合的可焊性。在前面我们提到了铜合金的氧化问题，为了防止这种氧化问题的产生，可以在其表面镀一层高分子材料，这种材料在一定温度下会发生分解挥发，这样既保证了框架的抗腐蚀性又不会影响到材料的可靠性以及与其它材料的粘接性。 如果遇到较大尺寸封装的时候，可以利用聚合物带（一种能起到支撑作用的聚合物带状材料）增强框架的机械强度，防止引脚拉伸变形。这些聚合物带还可以降低塑封材料流动时引起的应力造成引线挂断或是芯片移位等问题。在大部分流动构造中，塑封材料沿着框架流动，并穿过框架，因为腔体的喷嘴位于框架的一端，分开的引脚在聚合物带的作用下连在一起，以免塑封材料流过引起拉伸变形。这种聚合物带必须可以经受住高温工艺，包括成型操作、后固化及接下来的温度循环和器件可靠性测试等。聚酰亚胺膜就是经常使用的框架增强带材料之一。 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/33f20d642d3f5727a5e9856a561252d380eb20bd.html