陈国岚，陈志祥，何文海，高 睿

(天水华天科技股份有限公司，甘肃天水741000)

塑封集成电路中使用的引线框架是集成电路封装的一种主要材料。它在电路中主要起承载IC芯片的作用，同时起连接芯片与外部线路板电信号的作用，以及安装固定的机械作用等，因此引线框架的原材料需要有良好的导电性、导热性、热膨胀性、强度、耐热性和耐氧化性、具有一定的耐腐蚀性。引线框架一般采用铜材或铁镍合金，考虑到电气、散热与塑封匹配等方面因素主要使用铜材；但随着铜材价格的大幅上涨，人力成本不断增加，而封装费用又不断降低，这样造成对下游产品价格的大幅挤压，使后段的封装成本压力很大，这就推动引线框架的结构由原单排向多排数及高密度转移，在产品设计源头对引线框架的结构进行重新排列，采用矩阵式高密度及IDF 的设计方式，提高铜材利用率，并且提升了封装效率、改善了产品可靠性；

1 引线框架结构设计

本文从以下三个方面对如何通过引线框架的结构设计来提高产品效率及可靠性进行全面阐述及探讨。

1.1 矩阵式IDF 结构

传统，引线框架宽度一般设计在10.00 ～30.00 mm，呈双排或单排排列，每条10～20 个单元不等，随着电路市场需求的不断增长，引线框架的结构不断向多排、MTX、小基岛、IDF 方向发展，单条框架可以做到70.00～100.00 mm 宽度，单元可数倍于现有框架(单/ 双排)数量，对于引线框架IC 封装厂来说，大幅度提升了生产效率、原材料的利用率。

如TO252-3L 8 排引线框架：

引线框架内部封装单元在框架上呈矩阵式分布，如图1 所示：框架A 单元和框架B 单元为相邻的两个框架单元，其中B1 夹在A1、A2 引线脚之间，A2 夹在B1 和B2 引线脚之间，B2 夹在A2和A3 引线脚之间，并A2 与B2 相连，A3 夹在B2和B3 引线脚之间。 框架B 单元与框架C 单元通过1 相连，第一列与第二列通过2 相连，第二列与第三列通过小连筋3 相连，依此类推，框架形成了引脚IDF 结构的矩阵式排列，而原四排的框架只是简单地将第一排与第二排并列在一起形成。

图1 TO252-3L 8 排线框架单元排列结构

TO252-3L 原4 排框架结构（图2）与8 排矩阵式IDF 框架结构（图3）、效率对比如下表1 所示。

图2 四排框架结构

图3 八排矩阵式IDF 框架结构

表1 TO252-3L 4 排框架结构与8 排矩阵式IDF 框架结构、效率、成本对比表

通过以上设计可以看出，框架尺寸由原来的228.00 mm×50.80 mm 变为250.00 mm×79.50 mm，框架长度只增加了22.00 mm，宽度只增加了28.70 mm，而每条框架封装的产品却增加了1 倍，从而极大限度地提高了框架材料的利用率、生产效率，达到了产品由四排升级八排预定的目标。

1.2 内引线脚、基岛的锁定和潮气隔离结构

引线框架和塑封体之间是机械粘接的，如果水气与其他有害杂质，如钠、氯离子（塑封料中有残留，工艺中有可能引入）共同作用，通过框架与塑封料之间的间隙进入塑封体内，在加热时会变成水气，使塑封体受力膨胀，当其力超过塑封体与框架、芯片的粘结力时就会使塑封料与框架、芯片间产生离层或使塑封体开裂，严重时甚至发生“爆米花”现象，因此在引线框架单元结构内引脚上增加一定的锁定“V”槽（如图4、5 所示）、锁定孔（如图6、7 所示），这样就能更好地阻止在使用过程中的潮气进入到塑封体内部。

图4 内引脚上锁定“V”

图5 A-A 剖“V”槽与塑封料的锁定效果

图6 内引脚上锁定孔

图7 内引脚上锁定孔与塑封料的锁定效果

塑封材料中的水分子存在于高分子链围成的微孔洞中，并与高分子聚合物以氢键相连。它是以一种特殊的液态水形态存在，在一定的水汽浓度下，器件内部塑封材料在界面处的微孔洞可能出现气液两相共存，两相共存的微孔洞还与水分子争夺高分子的氢键使高分子与芯片或引线框架表层的结合减弱，而逐步扩展形成可观察到的分层[1]。在基岛背面设计“梅花点”结构(如图8、9 所示)、基岛边缘增加锁定长孔结构（如图10、11）将引线框架锁定在固化的塑封体中，防止基岛与塑封料之间产生分层。

1.3 引线框架基岛设计

引线框架的基岛设计要和芯片匹配，同一种封装形式有不同的IC 芯片尺寸，因此同一种引线框架也有很多种基岛规格供选择。同时，引线框架本身内引脚间距以及内引脚和基岛之间也要能满足匹配要求。

引线框架对塑封料起支撑基体的作用，塑料可以黏附在它的上面并在模具中形成封装体。塑封模具的上下两部分相互结合在一起，这时塑封料在上下模具之间整体连结在一起，随着金属区域增加时，上下两部分切开所需的力会减小，此时在引线弯曲成形或焊接操作时沿着金属与塑料的接触面会产生断裂。水汽沿金属与塑料连接界面处渗透减缓与金属框架周围塑料收缩有关，一般情况下，塑料覆盖范围越大，收缩力越大，设计引线框架时理想的塑料与金属面积之比为：

图8 基岛背面“梅花点”

图9 B-B 剖“梅花点”与塑封料的锁定效果

图10 基岛上锁定孔

图11 基岛上锁定孔与塑封料的锁定效果

其中：Am是金属面积，Ap是塑料面积。

基岛连筋在胶体分离需要在切断（或拉断）的部位设计预设切断和锁定“V”型槽（见图12、13 所示），减少外部冲切模具的冲切力对塑封体内部的影响（见图14 所示），避免分层出现。

图12 切断和锁定“V”型槽

图13 C-C 剖“V”型槽

图14 冲切模具与产品的配合关系

2 总 结

塑封集成电路中引线框架结构设计种类繁多，但总体方向一致，即提高封装效率，提升产品可靠性。本文分别通过多年来对DIP、SOP、TO、SSOP、TSOP、QFP、TQFP 等 产 品 的 多 次 升级改善，大量的设计验证：封装UPH 大幅度提高，节省了大量人力与原材料，产品可靠性与质量有了进一步的提升。当然影响产品可靠性及质量的因素很多，除过引线框架材料的设计，还有塑封料、粘片胶等其他材料的组合选择、设备类型、工艺、加工质量等，在实际应用中需要不断完善整体的设计方案，通过实际的验证数据进行优化，因文章篇幅有限，本文仅从引线框架结构设计，即：矩阵式IDF 结构设计，外引线脚、基岛的锁定和潮气隔离结构，引线框架基岛设计原则三个方面阐述及探讨，该方法可广泛使用于引线框架的设计中。

[1] 李立新.环氧塑封料的性能和应用研究[J].半导体技术，2005，30(7)：43-46.