塑封、切筋打彎及封裝散熱工藝設(shè)計

本文介紹塑封及切筋打彎工藝設(shè)計重點，除此之外，封裝散熱設(shè)計是確保功率器件穩(wěn)定運行和延長使用壽命的重要環(huán)節(jié)。通過優(yōu)化散熱通道、選擇合適的材料和結(jié)構(gòu)以及精確測量熱阻等步驟，可以設(shè)計出具有優(yōu)異散熱性能的封裝體，滿足各種應(yīng)用場景的需求，故補充封裝散熱設(shè)計相關(guān)內(nèi)容，分述如下：塑封及切筋打彎工藝設(shè)計重點、封裝散熱設(shè)計。

塑封及切筋打彎工藝

塑封工藝設(shè)計重點 夾持距離：確保塑封模具型腔支撐筋到封裝體邊緣的最小夾持距離合適。 中筋考慮：根據(jù)框架是否有中筋，設(shè)定不同的最小距離。

平面度要求：對于特定封裝類型，如Dpak、TO263，要求表面平面度在±0.0127mm內(nèi)。

定位孔精度：定位步進用的孔精度需控制在±0.025mm。

澆口設(shè)計：澆口倒角需考慮模流平整均勻和填充順暢。

流動方向：塑封料流動方向由框架設(shè)計決定。

溢料避免：模具設(shè)計需盡可能避免溢料。表面處理：模具型腔表面需拋光，特定產(chǎn)品需精磨處理。

氣孔要求：不允許存在內(nèi)外氣孔（直徑小于5mil的氣孔不計）。

線材倒伏：內(nèi)互聯(lián)線材倒伏程度不超過焊點間距的10%。

精度：模具偏差精度需在2mil以內(nèi)（新模具驗收時按1.5mil驗收）。

澆口圓角：多排框架類澆口圓角半徑不小于6mm。

模具標(biāo)識：設(shè)計時需考慮模具型腔標(biāo)識。

澆口位置：建議澆口設(shè)計在封裝體底部。

鍍層處理：模具型腔建議進行物理氣相沉積（PVD）鍍層處理。

脫模角：脫模角不超過12°

支持柱子：支持柱子設(shè)計建議采用整體固定方式。

頂針設(shè)計：考慮脫模頂針、澆口、冒口頂針設(shè)計，針孔深度不超過4mil，頂針建議設(shè)計成圓形。

模具偏差控制：至少設(shè)計3根以上的針來控制模具偏差和錯位。

質(zhì)量要求：不允許框架壓傷、無損標(biāo)識、氣孔及未填充、溢料出現(xiàn)在基島及引腳。

切筋打彎工藝設(shè)計重點

拋光處理：預(yù)成型及最終成型的壓模塊需經(jīng)過鏡面拋光處理。 鋒銳面設(shè)計：剪切成型模具需有鋒銳面設(shè)計。 平刀邊或角度：切中筋模具需有一定的平刀邊或角度不超過10°。 驅(qū)動方式：剪切成型設(shè)備凸輪需馬達驅(qū)動，推薦采用步進電機。 切口設(shè)計：剪切模具設(shè)計需留出至少50%切口，從沖頭頂部到封裝體表面。 V型溝槽：在分離處設(shè)計V型溝槽，確保剪切過程順利分離封裝體。 這些重點要素確保了塑封和切筋打彎工藝的高質(zhì)量和可靠性，是封裝工藝設(shè)計中不可或缺的部分。

封裝散熱設(shè)計

散熱設(shè)計的核心在于構(gòu)建高效的散熱通道，并考慮不同材料對熱量傳遞速率的影響。在此過程中，熱阻作為一個關(guān)鍵參數(shù)，用于衡量熱量傳遞的難易程度。與電路中的電阻類似，熱阻反映了熱量在傳遞過程中遇到的阻礙。 對于一個典型的半導(dǎo)體功率器件而言，其安裝在PCB上時，熱量傳遞路徑上的熱阻分布如下圖所示

熱阻的概念與計算 熱阻是用來表征熱量傳遞難易程度的數(shù)值。在封裝系統(tǒng)中，熱阻的分布和計算是散熱設(shè)計的關(guān)鍵。器件系統(tǒng)的總熱阻（RthA）可用下式求得： RthA = RthC+RthCS+RthSA 其中： RthC（又稱θjc）是芯片到封裝體表面的熱阻； RthCS（又稱θcs）是封裝體表面到PCB表面的熱阻； RthSA（又稱θsa）是封裝體表面到周圍環(huán)境的熱阻。

封裝熱設(shè)計的主要研究內(nèi)容 封裝熱設(shè)計主要研究芯片到外殼的熱阻（RthC或θjc）。這個熱阻是芯片、鍵合絲、焊料、塑封料、框架以及框架引腳的熱阻串并聯(lián)之和。在封裝設(shè)計過程中，需要了解器件的功耗，并根據(jù)材料的熱阻特性代入串并聯(lián)公式得出Rjc，從而得到芯片表面到封裝體上下表面的溫度差。 熱阻的測定方法 在JEDEC標(biāo)準(zhǔn)JESD51-14中，規(guī)定了單一熱傳導(dǎo)路徑半導(dǎo)體器件熱阻的測試方法。其中，瞬態(tài)雙界面測試法是一種常用的測試方法。該方法通過施加在被測半導(dǎo)體器件上的功率切換，得到結(jié)溫隨時間變化的曲線，進而分析封裝體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)關(guān)系。測試步驟包括： 使用測試小電流取得被測半導(dǎo)體器件的溫度系數(shù)，得到正向電壓隨溫度T變化的關(guān)系。

使用大電流進行加熱。

當(dāng)達到熱平衡狀態(tài)時，再次切換成小電流測量。

記錄被測半導(dǎo)體器件的正向電壓，直至和環(huán)境溫度達到新的熱平衡狀態(tài)。

通過測試完整的瞬態(tài)熱阻響應(yīng)曲線，用數(shù)學(xué)手段做反卷積變換，得到關(guān)于熱容和熱阻關(guān)系的結(jié)構(gòu)函數(shù)。

功率器件的熱設(shè)計流程 確定器件功耗：根據(jù)器件的工作條件和性能參數(shù)，確定其最大功耗。

計算熱阻：根據(jù)器件的功耗和允許的結(jié)溫，計算允許的總熱阻。然后，根據(jù)封裝系統(tǒng)的熱阻分布，計算各個環(huán)節(jié)的熱阻。

選擇材料：根據(jù)計算得到的熱阻和溫度要求，選擇合適的封裝材料和散熱器材料。

設(shè)計散熱器：根據(jù)計算得到的散熱器到環(huán)境溫度的熱阻（RthSA），選擇合適的散熱器形狀和尺寸。

驗證設(shè)計：通過實測封裝體上下表面的溫度，驗證材料的選擇和散熱工藝處理是否合適。 散熱設(shè)計的注意事項

優(yōu)化PCB布局：在PCB設(shè)計中，應(yīng)優(yōu)先使用耐高溫性能良好的工業(yè)級以上器件，并合理布局元器件，以利于散熱。

使用導(dǎo)熱材料：在器件與散熱器之間涂抹導(dǎo)熱硅脂或安裝導(dǎo)熱墊，以降低接觸熱阻。

考慮環(huán)境因素：在選擇散熱器時，需要考慮環(huán)境因素，如空氣流動、環(huán)境溫度等。 綜合考慮成本：在滿足散熱要求的前提下，應(yīng)綜合考慮散熱器的成本、加工工藝和可靠性等因素。

封裝散熱設(shè)計是一個復(fù)雜而重要的過程，需要綜合考慮多個因素。通過合理的散熱設(shè)計，可以確保功率器件在安全的溫度范圍內(nèi)工作，提高其可靠性和使用壽命。