引线框架贴膜工艺在QFN封装制程中的应用

作者： 郑嘉瑞 肖君 周宽林 胡金     (哈尔滨工业大学(深圳)电子与信息工程学院 深圳市联得自动化装备股份有限公司)    在此特别鸣谢！

摘要：

针对半导体封测领域方形扁平无引脚封装(QFN，Quad Flat No-leads Package)工艺中的引线框架贴膜工艺和装备，从QFN封装工艺制程、贴膜工艺、关键装备、应用及趋势进行了全面梳理和阐述。归纳总结了引线框架贴膜工艺的分类、国内外发展现状以及发展趋势，比较了主要半导体框架贴膜装备的主要参数，对贴膜工艺发展趋势进行了展望。研究结论对引线框架贴膜工艺在半导体框架贴膜的应用提供了参考，使半导体封测公司在选择相应贴膜装备时有了依据。

全球半导体产业的蓬勃发展以及我国半导体产业的进步，以中芯国际为代表的晶圆制造厂的产线兴建与扩建，半导体封测行业持续发展，半导体封测装备需求快速增长，从2020 年开始，我国已经成为全球最大半导体装备市场。半导体装备作为半导体产业链上必不可少的一环，受到国家和各级地方政府部门的大力鼓励和支持，国产替代趋势给国产封测装备进一步发展提供机遇，解决好各个装备的关键工艺和技术问题，国产封测装备发展空间巨大。

半导体引线框架贴膜装备应用于QFN 封装制程中，在引线框架的背部贴膜是为了防止在进行框架塑封时的塑封料透过溢出。

1 QFN 封装

由于半导体QFN 封装(QuadFlat No-leads Package)的良好电热性能、高密度、体积小、质量轻等优势，其应用在新型电子封装领域快速发展。QFN是一种方形无引脚的表面贴装的封装形式，是目前中高端半导体集成电路封装的主要封装技术形式之一。常见的QFN封装生产工艺流程如图1所示[1-2]。

2 QFN 引线框架贴膜工艺

引线框架贴膜工艺是指QFN 封装在生产工艺中需要在引线框架固晶工艺(Die bonding)之前或焊线(Wire bonding)工艺之后，在QFN 引线框架背部进行贴膜工艺，以防止在进行塑封(Molding)工艺时树脂从框架镂空缝隙中挤出、泄漏而造成溢料的问题，从而造成封装不良品产生。在这种半导体引线框架的贴膜工艺中，按顺序的不同分为“前贴膜”和“后贴膜”2 种工艺方式，也有称前贴膜为预贴膜[3]。

常见的QFN 引线框架和相应的框架背部贴附胶膜，如图2 所示，这种胶膜（聚酰亚胺薄膜，英文为Polyimide Film）是一种呈黄色透明的半导体封装电子材料，具有一定黏性、耐高温、抗腐蚀等特性。QFN 引线框架贴膜的工艺要求是将胶膜自动平整地贴附在引线框架的背部表面，贴附完成后无肉眼可见的气泡，贴附精度要求是±0.1～0.3 mm，是胶膜边到引线框架边的误差范围。

2.1 前贴膜工艺

前贴膜是在固晶之前对引线框架进行贴膜的工艺，这种工艺大多是在半导体引线框架厂完成，完成贴膜后的框架出售给半导体封测厂使用，直接可以用于固晶工艺。这种贴膜工艺是用一种滚贴的方式完成，引线框架预先平放并由真空吸附固定在贴膜平台上，贴膜模组从框架的短边一侧开始，由贴膜滚轮逐步滚贴到另一侧短边，在贴附过程中可有效地控制贴附层气泡的产生，完成整个贴附的工作[4]。

对于封测公司来说，前贴膜工艺的优点是设备成本降低，无贴膜工艺，不用购买贴膜设备。其缺点表现在三个方面，一是贴膜表面有黏性，容易在固晶和焊线之前附着异物；其次是贴膜后的框架，由于膜的弹性焊线难度增大，容易导致焊线不良；还有就是贴膜容易产生褶皱，塑封时溢料风险高。

2.2 后贴膜工艺

后贴膜是在焊线之后对引线框架进行贴膜的工艺，这种工艺是在半导体封测公司完成。为了提升贴膜质量减少异物等影响，在贴膜之前还要对引线框架进行等离子清洗。后贴膜工艺流程是：QFN胶膜先被贴膜组件拉伸并且被贴膜真空平台吸附住，搬运模组的上料机械手夹住引线框架，从正上方下降到贴膜位置，引线框架和薄膜面对面加压贴附，完成贴膜动作，完成贴膜后的引线框架被搬送到加温烤箱区域，等待加热若干秒完成贴膜工艺(加热工艺时间依据不同的生产要求可以调整)[5]。

这种贴膜工艺的优点：由于是后贴膜，对工厂本身的固晶和焊线工艺几乎没有影响；同时克服了前贴膜工艺的缺点。对封测公司而言，缺点是设备投入成本增高。

3 前贴膜和后贴膜装备对比

根据前、后贴膜工艺的不同，贴膜装备的设计结构组成也不同。前贴膜或者前后兼容贴膜装备的贴膜方式主要是以滚贴为主，引线框架的芯片焊线面朝下。而后贴膜则是采用硬对硬式的正上方框架对准膜进行下压贴膜，先贴膜，再烘烤贴膜后的框架，引线框架正面朝上。目前主要半导体QFN 贴膜装备公司的产品性能指标如表1所示。

4 引线框架贴膜装备

QFN 封装是一种较为成熟的封装形式，所用的贴附胶膜、以及前贴膜和后贴膜装备主要以中国香港ASM 公司、韩国Hanmi 公司和日本I-PEX公司的产品为主。

针对前贴膜工艺，目前主要是引线框架生产公司，江阴新基和深圳联得公司推出的贴膜设备替代了进口设备；针对后贴膜工艺，应用场景是半导体QFN 封测公司，深圳联得也推出了相应的后贴膜设备，贴膜前采用机器视觉对位，实现高精度后贴膜的工艺要求，贴膜精度可达到±0.1 mm。对贴膜装备的工艺要求是引线框架表面与膜之间是不能有气泡，尤其是框架的引脚处，存在气泡极易在塑封工艺时造成封装溢料[6]。

5 贴膜应用及趋势

QFN 封装的贴膜工艺主要是为了解决溢料问题，但是也带来了一些其他问题。框架背部的贴膜需要在做完塑封工艺后撕掉，撕膜后给引线框架表面造成的胶状物残留、撕膜断裂等现象，而且给QFN 封装生产制程造成了不少麻烦，针对这些问题，可采取选用合适的贴膜材料、采用专门的撕膜机等作为对应的解决方案。

半导体QFN 封装贴膜工艺是封装生产过程中必要的环节，不同公司根据自身的生产成本、产品特性等选择了不同的贴膜工艺。近年来，QFN引线框架胶膜价格的持续增长，甚至超过了一条框架的价格，加上焊线机上对铜线工艺的广泛采用，后贴膜工艺的工艺优势和价格优势逐渐凸显，促使新建的封测厂开始倾向采用后贴膜工艺。例如，宁波甬矽电子QFN 封装全部采用的是后贴膜工艺。在一些新的半导体封装制程中，也出现了一些需要在特殊的小框架背部预先贴胶膜的工艺。

6 结束语

近年来，QFN 封装已经成为应用最广、增长最快的主流半导体封装形式之一，扩建和增建封装生产线众多，对QFN 封装工艺及其装备的探讨也日渐增多。本文探讨了贴膜工艺及装备，全面阐述了2 种不同的贴膜方式及其优缺点，对国内引线框架贴膜装备及其趋势也进行了简要分析，有利于加深半导体QFN 封装的贴膜工艺了解以及促进QFN 封装生产质量更好的提升和完善。