引线框架一般采用铜材(Cu)或铁镍合金(42#Fe-Ni),考虑到电气、散热与塑封匹配以及成本等方面的因素,目前主要使用铜材,特别是DIP和SIP插入式封装以及SOIC、QFP、PLCC等适合SMT技术要求的封装大多数都采用铜材。
引线框架的主要性能 :
1 良好的导电性能:引线框架在塑封体中起到芯片和外面的连接作用,因此要求它要有良好的导电性。另外,在电路设计时,有时地线通过芯片的隔离墙连到引线框架的基座,这就更要求它有良好的导电性,集成电路的工作频率较高,为减少电容和电感等寄生效应,对引线框架的导电性能要求就更高,导电性越高,引线框架产生的阻抗就越小。 一般而言,铜材的导电性比铁镍材料的导电性要好。如:Fe58%-Ni42%的铁镍合金,其电导率为3.0%IACS;掺0.1%Zr的铜材料,其电导率为90%IACS;掺2.3%Fe、0.03%P、0.1%Zn的铜材料,其电导率为65%IACS,因此从上面可以看出,铜材的电导率较好,并且根据掺杂不同,其电导率有较大的差别
2 良好的导热性:成电路在使用时,总要产生热量,尤其是功耗较大的电路,产生的热量就更大,因此在工作时要求主要结构材料引线框架能有很好的导热性,否则在工作状态会由于热量不能及时散去而"烧坏"芯片。导热性一般可由两方面解决,一是增加引线框架基材的厚度,二是选用较大导热系数的金属材料做引线框架。 Fe58%-Ni42%的铁镍合金导热系数为15.89W/cm~℃;掺0.1%Zr的铜材料,其导热系数为359.8W/cm~℃;掺0.1%Fe、0.058%P的铜材料,其导热系数为435.14W/cm℃。可见铜材料的导热系数最好,而且根据掺杂的不同,其导热系数不一样。
3良好的热匹配(即热膨胀):材料受热产生膨胀,在封装体中,引线框架和塑封体的塑封树脂相接触,也和芯片间接接触,因此要求它们有一个良好的热匹配。Fe58%-Ni42%的铁镍合金,其线膨胀系数为43×10-7/℃,一般的铜材料引线框架,其线膨胀系数为(160~180)×10-7/℃,由此可见,铁镍材料的膨胀系数较小,铜材料的膨胀系数较大。铜质引线框架的膨胀系数和塑封树脂的膨胀系数(200×10'7/~C左右)相近,但是和硅芯片的膨胀系数相差较大,硅的膨胀系数为26×l0-7/℃。不过,现在采用的树脂导电胶作为粘片材料,它们的柔韧性强,足以吸收芯片和铜材之间所出现的应力形变。如果是共晶装片,那么就不宜采用线膨胀系数大的钢材做引线框架了。
4良好的强度:引线框架无论是在封装过程中,还是在随后的测试及客户在插到印刷线路板的使用过程中,都要求其有良好的抗拉强度。Fe58%-Ni42%的铁镍合金的抗拉强度为0.64GPa,而铜材料合金的抗拉强度一般为0.5GPa以下,因此铜材料的抗拉强度要稍差一些,同样它可以通过掺杂来改善抗拉强度。作为引线框架,一般要求抗拉强度至少应达到441MPa,延伸率大于5%。
5 耐热性和耐氧化性:耐热性用软化温度进行衡量。软化温度是将材料加热5分钟后,其硬度变化到最初始硬度的80%的加热温度。通常软化温度在400℃以上便可以使用。材料的耐氧化性对产品的可靠性有很大的影响,要求由于加热而生成的氧化膜尽可能少。
6具有一定的耐腐蚀性:引线框架不应发生应力腐蚀裂纹,在一般潮湿气候下不应腐蚀而产生断腿现象。 3封装工艺对引线框架的要求 引线框架作为主要结构材料,从装片开始进人生产过程一直到结束,几乎贯穿整个封装过程,它的设计是否合理、质量控制得好与坏,将影响到封装的几乎所有的重要工序,如装片、键合、塑封、电镀、切筋等,