文章來(lái)源：學(xué)習(xí)那些事

原文作者：前路漫漫

本文介紹了半導(dǎo)體封裝框架的外部及封裝體設(shè)計(jì)規(guī)范。

概述

封裝框架的外部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，核心包含聯(lián)筋（Dambar）與假腳（False leads）兩大關(guān)鍵部分，以下將針對(duì)各設(shè)計(jì)要素及技術(shù)要求展開(kāi)詳細(xì)說(shuō)明。

聯(lián)筋（Dambar）設(shè)計(jì)規(guī)范

聯(lián)筋的結(jié)構(gòu)形式可參考圖1所示。在封裝工藝中，聯(lián)筋承擔(dān)著雙重核心作用：一是在塑封工序中有效阻隔塑封料的無(wú)序流動(dòng)，二是在切筋工藝實(shí)施前維持外引腳的結(jié)構(gòu)形態(tài)穩(wěn)定性。從設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)看，聯(lián)筋的最小寬度通常需設(shè)定為框架厚度的1.2倍，若聯(lián)筋尺寸過(guò)薄，極易引發(fā)塑封料溢出現(xiàn)象，影響封裝質(zhì)量。此外，封裝體邊緣至聯(lián)筋區(qū)域的最小間距需控制在0.127mm，該參數(shù)的確定主要基于切筋工序中沖壓模具的實(shí)際加工能力限制。

假腳（False leads）設(shè)計(jì)規(guī)范

假腳的典型設(shè)計(jì)方案如圖2所示。其設(shè)計(jì)初衷是為引腳提供更可靠的支撐，尤其在需要精確定位引腳的場(chǎng)景中，能在切筋成型工序（特別是成型階段）發(fā)揮關(guān)鍵作用——當(dāng)最后一個(gè)功能引腳完成分離成型時(shí)，可有效維持封裝體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。值得注意的是，若采用一體成型切割工藝，假腳通常不具備實(shí)際功能，反而會(huì)增加框架材料消耗及制造成本，因此假腳屬于可選設(shè)計(jì)要素，而非強(qiáng)制要求。

外框架其他設(shè)計(jì)要求

針對(duì)多排框架這類特殊結(jié)構(gòu)，主聯(lián)筋的寬度設(shè)計(jì)需重點(diǎn)考量劃片工序所用金剛刀的厚度參數(shù)，通常應(yīng)使聯(lián)筋寬度小于金剛刀厚度。這是因?yàn)椴糠址庋b體采用金剛刀片切割而非模具沖壓的分離方式，因此在設(shè)計(jì)中預(yù)留專用切割道，并設(shè)置便于圖像識(shí)別的花紋或標(biāo)記，對(duì)后續(xù)刀片分離工序中設(shè)備的編程校準(zhǔn)至關(guān)重要，具體結(jié)構(gòu)可參考圖3。

封裝體設(shè)計(jì)規(guī)范

封裝體的核心構(gòu)成材料為金屬與塑封料，二者的體積配比是設(shè)計(jì)關(guān)鍵。理想狀態(tài)下，金屬材料的體積占比應(yīng)不超過(guò)封裝體總體積的50%。若金屬含量超出該閾值，必須深入分析材料間的應(yīng)力分布特性，以及在恒定溫度與交變溫度環(huán)境下的可靠性表現(xiàn)。這是因?yàn)槎鄶?shù)半導(dǎo)體器件在PCB板安裝過(guò)程中，需承受200~300℃的高溫回流焊，而不同材料的熱膨脹系數(shù)存在差異，易在結(jié)合部位產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致封裝體出現(xiàn)分層、裂紋、爆米花等缺陷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)喪失對(duì)芯片的保護(hù)功能（關(guān)于封裝質(zhì)量問(wèn)題的詳細(xì)分析可以參考之前的文章）。

因此，為保障封裝體設(shè)計(jì)的可靠性與穩(wěn)定性，當(dāng)出現(xiàn)金屬含量占比超標(biāo)（超過(guò)50%）、采用未經(jīng)驗(yàn)證的封裝結(jié)構(gòu)、使用新型塑封料配方或框架基板材料變更等情況時(shí)，設(shè)計(jì)者需重點(diǎn)掌握以下內(nèi)容：

對(duì)于無(wú)參考依據(jù)的全新封裝體設(shè)計(jì)，必須通過(guò)有限元建模、模流仿真及力學(xué)仿真（重點(diǎn)針對(duì)切筋成型工藝），全面掌握結(jié)構(gòu)力學(xué)特性，并將分析結(jié)果納入設(shè)計(jì)DFMEA文件。

需系統(tǒng)掌握芯片、內(nèi)互聯(lián)導(dǎo)線、裝片材料、框架及塑封料的馮·米塞斯應(yīng)力（Von Mises Stress）分布情況，確保封裝體設(shè)計(jì)參數(shù)不超過(guò)材料的極限應(yīng)力閾值。

完成框架設(shè)計(jì)相關(guān)的受力分析，尤其是切筋成型工藝中的受力狀態(tài)研究，將分析結(jié)果及改進(jìn)措施同步納入設(shè)計(jì)DFMEA文件。

（一）封裝體傾斜角設(shè)計(jì)

封裝體的傾斜角（Draft Angle）設(shè)計(jì)與脫模工藝直接相關(guān)，其最小設(shè)計(jì)值可參考圖4，具體規(guī)范如下：

全包封塑封體若采用型腔彈出針（cavity ejector pin）輔助脫模，傾斜角一般設(shè)計(jì)為5°；

全包封塑封體未使用型腔彈出針時(shí)，傾斜角通常控制在7°~10°；

半包封塑封體未使用型腔彈出針時(shí)，傾斜角標(biāo)準(zhǔn)值為7°。

（二）封裝體倒角半徑設(shè)計(jì)

封裝體倒角半徑的設(shè)計(jì)需結(jié)合封裝形式及模具加工工藝：全包封結(jié)構(gòu)的典型倒角半徑為0.05~0.127mm；采用電火花加工或精磨工藝制造的模具，其對(duì)應(yīng)封裝體的倒角半徑應(yīng)控制在0.13~0.17mm。

（三）外引腳抬起高度（Stand-off）設(shè)計(jì)

外引腳抬起高度需符合JEDEC與EIAJ標(biāo)準(zhǔn)要求（結(jié)構(gòu)示意如圖5）。對(duì)于無(wú)標(biāo)準(zhǔn)參考的全新封裝體，不同類型的高度參數(shù)規(guī)范如下：薄型封裝（Low Profile）為0.0127~0.10mm；高型封裝（High Profile）為0.127~0.254mm；多排封裝類型則為0.00~0.05mm。

（四）引腳肩部長(zhǎng)度（Lead Shoulder Length）設(shè)計(jì)

引腳肩部長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)參數(shù)需結(jié)合成型工藝及封裝類型確定（如圖6所示），具體要求如下：

成型過(guò)程中使用墊塊時(shí)，其典型值取（框架厚度+引腳電鍍層厚度）的1/2；

無(wú)墊塊直接成型時(shí)，封裝體本體成型誤差通常在0~0.025mm。需明確的是，引腳肩部長(zhǎng)度指封裝體邊緣至引腳彎曲圓弧中心的距離，該平坦區(qū)域處于首次與二次彎曲的中間位置，可通過(guò)相機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)清晰識(shí)別；

多排封裝結(jié)構(gòu)中，引腳肩部長(zhǎng)度定義為封裝體邊緣至引腳邊緣的距離，一般取值0.075~0.125mm；

引腳彎曲半徑（BR）的最小值為（框架厚度+引腳電鍍層最大厚度）平方根的1/2，即BR=1/2×√（框架厚度+引腳電鍍層最大厚度）。

（五）引腳接觸長(zhǎng)度與角度設(shè)計(jì)

引腳接觸長(zhǎng)度（Foot Landing）的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)值為0.10mm，具體結(jié)構(gòu)如圖7所示。引腳角度（Lead Angle）的設(shè)計(jì)規(guī)范為：相對(duì)垂直方向的角度范圍為0°~10°，引腳端部相對(duì)水平方向的角度范圍為0°~5°，詳細(xì)示意如圖8。

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