一文读懂半导体引线框架

  前言

半导体引线框架（Lead Frame）是指用于连接半导体集成块内部芯片的接触点和外部导线的薄板金属框架，是半导体封装的一种主要结构材料，在半导体封装材料市场中占比达15%。

 

图  2019年半导体封装材料占比情况，来源：Semi   什么是引线框架 引线框架主要由两部分组成：芯片焊盘（die paddle）和引脚（lead finger）。作为集成电路的芯片载体，引线框架是一种借助于键合材料（金丝、铝丝、铜丝）使芯片内部电路引出端（键合点）通过内引线与外引线的电气连接，形成电气回路的关键结构件，它起到了和外部导线连接的桥梁作用。  

图  IC封装结构示意图   在集成电路中，引线框架和封装材料起着固定芯片，保护内部元件，传递电信号并向外散发元件热量的作用。   引线框架材料应满足以下特性： ①导热导电性能好，能够降低电容、电感引起的不利效应，也利于散热； ②低热膨胀系数，良好的匹配性、钎焊性、耐蚀性、热耐性和耐氧化性，电镀性好； ③足够的强度，刚度和成型性。一般抗拉强度要大于450MPa，延伸率大于4%； ④平整度好，残余应力小； ⑤易冲裁加工，且不起毛刺； ⑥成本低，可满足大规模商业化应用的要求。  

常用的引线框架合金及其性能1

  目前广泛使用的铜合金有：铜-铁-磷、铜-镍-硅、铜-铬-锆、铜-银、铜-锡等合金系；理想的引线框架材料是抗拉强度600MPa以上、导电率80%以上、抗软化温度大于500℃的高导电、高强度、高功能的材料。   引线框架的生产工艺 引线框架的生产工艺主要有冲制型和蚀刻型两种生产工艺：  

引线框架生产工艺特点比较

工艺种类	优点	缺点
冲压型	①生产效率高，适用于大规模生产； ②资金投入少，进入门槛低； ③可生产带有凸性的产品； ④对于低脚位、产量大的产品生产成本较低。	①模具制作周期长； ②产品精度相对较低，不适合生产多脚位产品； ③不能生产超薄产品。
蚀刻型	①生产调整周期短，方便转换生产，适用于多品种小批量生产； ②产品精度高，可生产多脚位（100脚以上）的产品； ③适合生产超薄产品。	①资金投入大，进入门槛高 ②、不能生产带有凸性的产品 ③不适合生产厚的产品； ④对于低脚位、产量大的产品生产成本相对较高

资料来源：康强电子招股说明书  

图  蚀刻引线框架与冲压引线框架密度图2   1、冲制型工艺   冲制成型生产工艺主要包括三个环节：精密模具及喷镀模制作、高速带料精密冲制和高速选择性电镀、切断校平等。根据生产经验，引脚数少于 100 pin 的引线框架适合采用冲制型生产工艺。  

图  冲制工艺主要流程   2、蚀刻型工艺   蚀刻法生产工艺主要分为贴膜制备和蚀刻成型两大步骤，具体工艺流程如下：  

  引线框架的发展状况 人工智能、5G、物联网、智能制造、新能源汽车等新兴产品和应用不断推陈出新，促进了半导体封装材料市场的不断发展；终端设备的智能化、功能多样化、轻薄小型化促使包括引线框架在内的封装材料不断向高密度、高可靠性、高散热、低功耗、低成本演进。  

图  引线框架，来源：新光电气   和其他的半导体子行业一样，引线框架行业是一个技术密集、资本密集的行业。我国的引线框架企业中，外资在华设厂企业与国内企业生产的引线框架各占 50%左右，主要集中在长江三角洲、珠江三角洲一带。   由于国内蚀刻引线框架领域企业起步较晚，基础较为薄弱，生产设备、产品、技术工艺相对落。在产品结构上，外资企业占据着国内引线框架相对中高端的市场。技术方面，国内引线框架生产企业的产品主要以冲压引线框架为主，蚀刻引线框架的占比还很小。如今国内不少企业加大了引线框架的研发投入，国产替代正如火如荼。   引线框架相关生产企业有：新光电气、凸版印刷、ASM、三井高科技、顺德工业、界霖科技、长华科技、百容电子、复盛精密、宁波康强电子、铜陵丰山三佳、永红电子、宁波华龙电子、广州丰江、华天科技等。