大面板QFN引線框 降低制造流程的成本

今天，成本降低比以往任何時(shí)候都更加減少了傳統(tǒng)材料和物料清單（BOM）的減少，并降低了與建筑零件相關(guān)的人工和制造成本。剝離載體，如下面的圖1所示，是大量連接半導(dǎo)體進(jìn)行批量處理的長期形式。降低成本促使行業(yè)在制造過程中采用更大的帶鋼形式，以提高高成本工藝的效率。對(duì)于最大化材料潛力和加工步驟的勞動(dòng)力也是如此。這些較大的帶材尺寸可提高帶材密度并降低人工和工廠成本。

本文將介紹處理風(fēng)險(xiǎn)，芯片粘接挑戰(zhàn)，焊線，模具，切割以及帶材尺寸遇到的卷帶和卷軸挑戰(zhàn)增加并轉(zhuǎn)移到單塊配置，以降低制造流程的成本。

許多行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者積極參與降低成本的活動(dòng)，并且廣泛的引導(dǎo)框架轉(zhuǎn)換也是其中的一部分。但是，在進(jìn)行寬引線框轉(zhuǎn)換之前，請(qǐng)考慮所有選項(xiàng)，因?yàn)樵跐撛诘某杀驹黾优c設(shè)備和利用率的效率提升之間存在微妙的平衡。在開始旅程之前必須先了解這一點(diǎn)。

圖1顯示了傳統(tǒng)的四面板四扁平無引線（QFN）引線框設(shè)計(jì)和帶有單個(gè)模塊的擴(kuò)展面板設(shè)計(jì)。頂部的四塊模制75x250mm帶材已成為QFN封裝上十多年生產(chǎn)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。下面顯示的進(jìn)展（從上到下）是一個(gè)漫長而細(xì)致的過程，以確保過程和材料變化不會(huì)影響產(chǎn)品的最終成本和質(zhì)量。

圖1 -四塊與下一代剝離尺寸

進(jìn)入單面板寬引線框架的第一個(gè)挑戰(zhàn)是設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。與傳統(tǒng)使用的窄引線框架類型相比，在組裝處理期間引線框架將經(jīng)受更多的翹曲和彎曲。引線框的外部邊緣區(qū)域必須設(shè)計(jì)成有助于控制翹曲。包裝條區(qū)域和包裝之間的支撐結(jié)構(gòu)也需要仔細(xì)考慮。這是因?yàn)槁N曲和處理引起的封裝應(yīng)力可能導(dǎo)致更高的封裝分層，這是由于額外的每單元帶。當(dāng)您進(jìn)入更寬的條帶時(shí)，還存在更大條帶上的模具流動(dòng)和固化差異的復(fù)雜性。

當(dāng)查看傳統(tǒng)的QFN處理流程時(shí)，如圖2所示，存在許多潛在的風(fēng)險(xiǎn)改變引線框尺寸和格式。

圖2 -傳統(tǒng)引線框架QFN后端流程

處理風(fēng)險(xiǎn)

首次考慮更廣泛的引導(dǎo)框架創(chuàng)建正在處理 - 最初是在制造商處，然后是在裝配現(xiàn)場。使用相同的材料厚度更寬更長，使得在每個(gè)加工步驟處理引線框架成為一項(xiàng)挑戰(zhàn)。引線框架供應(yīng)商以及裝配工藝工程師和設(shè)計(jì)人員必須考慮到這一點(diǎn)。

圖3顯示了后端裝配過程中處理步驟之間的運(yùn)輸盒中使用的夾具修改。這種新的框架盒式磁帶（如右圖所示）在載體槽之間提供了一個(gè)板，以便在引線框架的底部表面上提供支撐，防止翹曲和彎曲，因?yàn)楣苄具B接化合物和額外的工藝步驟增加了重量。這樣可以防止在運(yùn)輸過程中損壞引線框架和電線?？梢钥吹阶髠?cè)盒式磁帶在放置芯片之前顯示引線框架的翹曲，而右側(cè)新盒式磁帶的圖片顯示了新固定裝置支持的相同框架。

圖3 -四個(gè)新舊支撐板卡帶

芯片粘接工藝

第一個(gè)加工步驟是芯片粘接操作。在此過程中，從輸入的測試晶片中拾取單個(gè)硅電路，并將其放置在引線框上，在引線框表面上具有分配的管芯附著材料。這個(gè)處理步驟增加了IC和環(huán)氧樹脂在引線框架上的額外重量，而在較舊的框架盒中，這會(huì)產(chǎn)生框架彎曲到從原始支撐槽掉落的程度。

隨著寬引線框架的尺寸增大，在芯片粘接過程中遇到的其他問題一直是環(huán)氧樹脂分配過程。歷史上，引線框架在加熱的輸入級(jí)上一次分配一個(gè)封裝，然后轉(zhuǎn)位到放置芯片的放置區(qū)域。對(duì)于較大的引線框架，分配和放置之間的時(shí)間變得太長并且環(huán)氧樹脂開始形成干燥的皮膚并且芯片附著干燥問題已經(jīng)遇到。這會(huì)產(chǎn)生環(huán)氧樹脂空洞，不完整的附著，以及堆疊的板級(jí)厚度（BLT）測量的多種多樣性。這種BLT變化將在焊絲和成型過程中以廢料產(chǎn)量損失的形式產(chǎn)生下游問題。

分配單元和引線框支撐系統(tǒng)的機(jī)器設(shè)計(jì)變更已被納入以消除環(huán)氧樹脂的問題干燥以及粘合線厚度控制。在分配過程中，框架彎曲和翹曲以及引線框架的軌道平整度由機(jī)器夾具和軌道設(shè)計(jì)變化控制。隨著封裝尺寸變得越來越小，芯片粘接材料將成為解決問題長期控制中的干燥問題的更重要因素。在芯片粘接過程中植入寬幅引線框架時(shí)，必須診斷和處理這三個(gè)因素的組合。

芯片粘接后的是芯片粘接固化過程。在此過程中，烘烤薄膜框架以固化芯片粘接材料。在添加額外的熱質(zhì)量時(shí)必須考慮工藝因素，并且還需要考慮盒式設(shè)計(jì)，以便在固化曲線期間能夠釋放氣體。如果不考慮，可能會(huì)遇到引線鍵合問題以及全環(huán)氧樹脂固化問題。

引線鍵合和挑戰(zhàn)

下一步操作是引線鍵合。在此過程中，將電線從電路放置到引線框架以建立與封裝和外部世界的電連接。這方面遇到的主要問題是處理引線框進(jìn)/出工藝，以及在焊接過程中正確夾緊引線框，以最大限度地減少操作期間的索引并提高輸出。工藝前和工藝后檢查對(duì)于實(shí)現(xiàn)寬引線框架功能也至關(guān)重要。

圖4顯示了使用大面積鉗位來提高效率并減少引線鍵合操作期間的分度。通過設(shè)計(jì)具有更大面積開口的夾具，機(jī)器輸出最大化并且通過寬引線框架使用獲得了效率。這需要在每個(gè)封裝尺寸上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)（DOE），以便能夠在不影響焊線牽引和剪切數(shù)據(jù)的情況下為工具提供最大化輸出結(jié)果的正確設(shè)計(jì)。在某些情況下，索引更多比減慢或調(diào)整鍵合參數(shù)更好，以補(bǔ)償鍵合過程中引線框架的移動(dòng)。這是一個(gè)微妙的平衡，必須在發(fā)布之前完全測試，因?yàn)檫^程控制和處理窗口是長期可靠性和包裝成功的關(guān)鍵。

圖4 -用于引線鍵合的大幅面鉗位

通常，在引線鍵合和芯片連接過程中，我們有一個(gè)可視操作來檢查過程的性能。這包括粘合線厚度測量，線焊環(huán)測量和拉/剪。這需要在處理步驟期間處理?xiàng)l帶。如果處理不當(dāng)，條帶很重且容易彎曲或損壞。使用戴手套的手不再能夠傳統(tǒng)地手動(dòng)搬入/取出框架盒。

圖5顯示了可以插入框架盒中的夾具的設(shè)計(jì)，以使條帶從盒子中無縫過渡用于手動(dòng)處理和視覺和外部制造測試的夾具。該夾具消除了與寬引線框架相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)，并且無需昂貴的處理設(shè)備來執(zhí)行過去一直手動(dòng)檢查。

圖5 -大型引線框手動(dòng)處理夾具