一文了解半導(dǎo)體引線框架

半導(dǎo)體引線框架（Lead Frame）是指用于連接半導(dǎo)體集成塊內(nèi)部芯片的接觸點和外部導(dǎo)線的薄板金屬框架，是半導(dǎo)體封裝的一種主要結(jié)構(gòu)材料，在半導(dǎo)體封裝材料市場中占比達(dá)15%。
圖  2019年半導(dǎo)體封裝材料占比情況，來源：Semi

一、什么是引線框架

引線框架主要由兩部分組成：芯片焊盤（die paddle）和引腳（lead finger）。作為集成電路的芯片載體，引線框架是一種借助于鍵合材料（金絲、鋁絲、銅絲）使芯片內(nèi)部電路引出端（鍵合點）通過內(nèi)引線與外引線的電氣連接，形成電氣回路的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件，它起到了和外部導(dǎo)線連接的橋梁作用。
圖  IC封裝結(jié)構(gòu)示意圖
在集成電路中，引線框架和封裝材料起著固定芯片，保護(hù)內(nèi)部元件，傳遞電信號并向外散發(fā)元件熱量的作用。引線框架材料應(yīng)滿足以下特性：①導(dǎo)熱導(dǎo)電性能好，能夠降低電容、電感引起的不利效應(yīng)，也利于散熱；②低熱膨脹系數(shù)，良好的匹配性、釬焊性、耐蝕性、熱耐性和耐氧化性，電鍍性好；③足夠的強度，剛度和成型性。一般抗拉強度要大于450MPa，延伸率大于4%；④平整度好，殘余應(yīng)力??；⑤易沖裁加工，且不起毛刺；⑥成本低，可滿足大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的要求。

常用的引線框架合金及其性能1

目前廣泛使用的銅合金有：銅-鐵-磷、銅-鎳-硅、銅-鉻-鋯、銅-銀、銅-錫等合金系；理想的引線框架材料是抗拉強度600MPa以上、導(dǎo)電率80%以上、抗軟化溫度大于500℃的高導(dǎo)電、高強度、高功能的材料。

二、引線框架的生產(chǎn)工藝

引線框架的生產(chǎn)工藝主要有沖制型和蝕刻型兩種生產(chǎn)工藝：

引線框架生產(chǎn)工藝特點比較

工藝種類	優(yōu)點	缺點
沖壓型	①生產(chǎn)效率高，適用于大規(guī)模生產(chǎn)；②資金投入少，進(jìn)入門檻低；③可生產(chǎn)帶有凸性的產(chǎn)品；④對于低腳位、產(chǎn)量大的產(chǎn)品生產(chǎn)成本較低。	①模具制作周期長；②產(chǎn)品精度相對較低，不適合生產(chǎn)多腳位產(chǎn)品；③不能生產(chǎn)超薄產(chǎn)品。
蝕刻型	①生產(chǎn)調(diào)整周期短，方便轉(zhuǎn)換生產(chǎn)，適用于多品種小批量生產(chǎn)；②產(chǎn)品精度高，可生產(chǎn)多腳位（100腳以上）的產(chǎn)品；③適合生產(chǎn)超薄產(chǎn)品。	①資金投入大，進(jìn)入門檻高②、不能生產(chǎn)帶有凸性的產(chǎn)品③不適合生產(chǎn)厚的產(chǎn)品；④對于低腳位、產(chǎn)量大的產(chǎn)品生產(chǎn)成本相對較高

資料來源：康強電子招股說明書
圖  蝕刻引線框架與沖壓引線框架密度圖2
1、沖制型工藝
沖制成型生產(chǎn)工藝主要包括三個環(huán)節(jié)：精密模具及噴鍍模制作、高速帶料精密沖制和高速選擇性電鍍、切斷校平等。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，引腳數(shù)少于 100 pin 的引線框架適合采用沖制型生產(chǎn)工藝。
圖  沖制工藝主要流程
2、蝕刻型工藝
蝕刻法生產(chǎn)工藝主要分為貼膜制備和蝕刻成型兩大步驟，具體工藝流程如下：

三、引線框架的發(fā)展?fàn)顩r

人工智能、5G、物聯(lián)網(wǎng)、智能制造、新能源汽車等新興產(chǎn)品和應(yīng)用不斷推陳出新，促進(jìn)了半導(dǎo)體封裝材料市場的不斷發(fā)展；終端設(shè)備的智能化、功能多樣化、輕薄小型化促使包括引線框架在內(nèi)的封裝材料不斷向高密度、高可靠性、高散熱、低功耗、低成本演進(jìn)。
圖  引線框架，來源：新光電氣
和其他的半導(dǎo)體子行業(yè)一樣，引線框架行業(yè)是一個技術(shù)密集、資本密集的行業(yè)。我國的引線框架企業(yè)中，外資在華設(shè)廠企業(yè)與國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的引線框架各占 50%左右，主要集中在長江三角洲、珠江三角洲一帶。
由于國內(nèi)蝕刻引線框架領(lǐng)域企業(yè)起步較晚，基礎(chǔ)較為薄弱，生產(chǎn)設(shè)備、產(chǎn)品、技術(shù)工藝相對落。在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上，外資企業(yè)占據(jù)著國內(nèi)引線框架相對中高端的市場。技術(shù)方面，國內(nèi)引線框架生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品主要以沖壓引線框架為主，蝕刻引線框架的占比還很小。如今國內(nèi)不少企業(yè)加大了引線框架的研發(fā)投入，國產(chǎn)替代正如火如荼。
引線框架相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)有：新光電氣、凸版印刷、ASM、三井高科技、順德工業(yè)、界霖科技、長華科技、百容電子、復(fù)盛精密、寧波康強電子、銅陵豐山三佳、永紅電子、寧波華龍電子、廣州豐江、華天科技等。

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