芯片的封裝設計中,引腳寬度的設計和框架引腳的整形設計是兩個關鍵的方面,它們直接影響到元件的鍵合質量和可靠性,本文對其進行介紹,分述如下:
引腳寬度設計
框架內部設計
框架外部設計
1.引腳寬度設計
引腳寬度設計的經驗值主要根據線徑(金線或鋁線)和焊點數量來確定。以下是一些具體的設計原則:
金線單點鍵合
當線徑小于1.5mil時,引腳寬度的最小值設計經驗值為8mil。
當線徑大于或等于1.5mil時,引腳寬度的最小值設計經驗值為4倍的線徑加2.0mil,再減去沖壓精度的影響。
金線多點鍵合
對于線徑小于1.5mil的金線多點鍵合,引腳寬度的最小值設計經驗值為焊點數量乘以4.5再加2mil。
對于線徑大于或等于1.5mil的金線多點鍵合,引腳寬度的最小值設計經驗值為焊點數量乘以6.0再加2mil。
鋁線鍵合
當線徑小于6.0mil時,引腳寬度的最小值設計經驗值為15mil。
當線徑大于或等于6.0mil時,引腳寬度的最小值設計經驗值為2.5倍的線徑加2.0mil再減去沖壓精度的影響,并額外加上5mil的切刀距離。
在疊層鍵合技術(BSOB)的情況下,引腳寬度的最小值設計原則略有不同,但總體趨勢相似。對于金線單點鍵合,引腳寬度的最小值設計經驗值可以降低到6.5mil;而對于金線多點鍵合,則與上述原則一致。
除此之外,框架的引腳整形設計還需要保證鍵合質量并鎖住塑封料。整形尺寸的設計需要遵循以下原則:
整形深度(Coin depth)
整形深度應控制在0.2~2.0mil之間。這個深度范圍可以確保引腳在整形過程中不會受到過度的損傷,同時又能達到預期的整形效果。
整形長度(Coin length)
整形長度應至少達到引腳邊最小20mil,或在某些情況下為最小30mil。這是為了確保引腳在整形后能夠保持足夠的強度和穩定性。同時,如果制造過程中寬度方向的整形平面度(Coin flatness)經過80%的整形,那么整形長度的要求可能更為嚴格。
2.框架內部設計
框架內部設計需綜合考慮基島形狀、引腳鎖孔、引腳及基島間距、封裝體外部距離、支撐筋、溝槽、酒窩、下沉距離、電鍍處理區域以及第一腳等多個方面,以確保封裝質量和性能。
基島形狀及間距設計
基島形狀需根據具體封裝需求進行設計。表面平整和電鍍后,金屬基島間距的最小值需根據框架厚度確定:框架厚度小于0.127mm時,間距為0.10mm;框架厚度大于或等于0.127mm時,間距為框架厚度的0.8倍。
引腳鎖孔設計
引腳鎖孔用于鎖住塑封料以防止濕氣進入。引腳鎖孔邊緣到封裝體邊緣的距離通常設計為8mil(0.2032mm),特殊情況下可調整為5mil(0.127mm),10mil(0.254mm)更佳。
引腳鎖孔的設計
角上的引腳必須保證最小值為0.254mm。鎖孔形狀可以是T形或鉤狀,以保證良好的鎖定功能。
引腳及基島間距設計
引腳可以設計成圓弧狀態,圓弧的中心線位于基島,但不適用于多芯片多基島封裝框架;框架引腳到基島的最小距離通常是框架厚度的1倍以上,特殊情況下可放寬至0.8倍;封裝體外部到引腳的距離需參考引腳鎖孔到封裝體邊緣的設計準則,引腳邊緣到封裝體外沿距離設計不小于0.254mm。
封裝體外部距離定義
沒有設計引腳的基島邊緣到封裝體邊緣最小距離為0.305mm。設計引腳間距時,需考慮鍵合時夾具壓板的空間分布。
支撐筋設計
支撐筋用于在封裝過程中支撐整條框架;支撐筋的寬度最小值不得小于1.5倍的框架厚度,典型經驗值是0.254mm以上。
支撐筋的設計
支撐筋末端應設計V型溝槽,以便脫模過程中封裝體穩定,并鎖定塑封料,防止濕氣進入。
V型溝槽與U型溝槽設計
V型溝槽設計在框架的表面和底面,開槽位置需避開引腳薄弱點。
溝槽形狀設計
深度設計范圍是0.05~0.5mm、開槽倒角角度設計為90°、距離引腳平整區至少0.125mm,同時距離封裝體外沿0.075mm(封裝引腳上溝槽中心最小間距0.2mm的情況下)。U型溝槽設計在基島上,用于防止焊料溢出基島。
酒窩設計
酒窩設計用于在基島上更好地鎖定塑封料。常見酒窩形狀包括直接沖壓成鉆石外形、半切割成U型和沖壓成內倒角類似鴿子尾巴形狀。
下沉距離設計
支撐筋上的下沉設計需在原始引腳和基島之間,用于避開加熱塊。
下沉設計
Downset角度設計通常為30°或45°,以避免框架折彎導致的封裝工藝質量問題。
電鍍處理區域設計
從框架基島到引腳內互聯區需做電鍍處理的區域設計,通常是基島中心線到封裝體邊緣減去0.0635mm(根據塑封模具設計的最大邊緣錯位允許偏差而定)。
第一腳設計
封裝元件的第一腳位對電路組裝起到決定性作用。第一腳必須設計在封裝體的邊角位置,便于肉眼識別。
第一腳設計
在多排框架的情況下,第一腳設計在基島拐角的倒角處,應盡量和基島的倒角接近。
3.框架外部設計
聯筋(Dambar)設計
聯筋在封裝過程中起著至關重要的作用,它不僅阻止塑封料的流動,還保持外引腳的形狀直至切筋工序。為了確保其有效性,最小的聯筋寬度通常設計為框架厚度的1.2倍。聯筋過薄可能會導致塑封料溢出,影響封裝質量。
聯筋設計
同時,從封裝體邊緣到聯筋區的最小距離應保持在0.127mm,以確保切筋時沖壓模具的制造能力。
假腳(False Leads)設計
假腳設計旨在提供引腳支撐,特別是在需要錨定引腳位置的場合。在切筋成型過程中,當最后一個功能引腳被分離成型時,假腳能夠保持封裝體的穩定性。然而,對于一體成型切割,假腳可能并不必要,反而會增加框架材料和制造費用。因此,假腳設計是一個可選項,而非必選項。
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原文標題:芯片封裝——引腳設計
文章出處:【微信號:bdtdsj,微信公眾號:中科院半導體所】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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