（机械电子工程专业论文）集成电路引线框架qfp64l硬质合金级进模具的开发与设计.pdf

集成电路引线框架删l 硬展会金级进模具的开发与设计 攘要 弓l 线框粲是集残瞧路藏分立嚣粹嚣装魏主要维兹 譬，其囊要终掰是连接电爨 芯片和印刷电路的线路。硬质合金级进模具是引线框架高速冲压生产中不可缺少 的关键工艺装备。随着科学技术静逐猛教震，毫予装蠢目益赣淘多葫能、，j 、鳖纯、 尚精度、智能化，迫使半导体和引线框架也朝微型、多引脚、超薄型、小节距方 向发展。本文研究的主要内容，就是解决其代表性的q f p 6 4 l 弓l 线框架歼发过耨 謦珏硬质会金级进模具设计与制造娥题，保证产鼎在冲滕( s t a m p i n g ) 方式下稳定、 高效、高速批蹙生产。论文的工作包括： l 。 磅究了毫境发大规模集成电路引线挺絮q f p 6 4 l 豹棚关设谤闯题，其中 包括材料的选用、内引线和外引线的设计以及其他部分的设计。 2 重点秘究了集成电黪雩l 线框架q f p 6 4 l 硬囊会金缀逑摸具熬设嚣方法， 同时对该模具的可靠性进行了分析，并完成了该模具的工艺设计、排样设计、 结构设诗和零都释设计。使用s o l i d w o r k s 软俘对疆质舍金缓送楼吴遴_ 亍了三 维灾体建模，解决该模具在建模过程中的难点问题。 3 在模鬃皋l 造和装配方面，进行了模兵( 工艺) 加工的可靠往研究以及阐 述了模具主要部件装配对需淀意的事项。 关键字：集成电路；粤| 线撰架；级进模凝；硬质合金；模具设计 4 t h ed e v e l o p m e n ta n dt h ed e s i g no f i n t e g r a t e dc i r c u i t l e a d 耘a 强eq f p 6 4 lh a r da l l o yp r o g r e s s i v ed i e a b s t r a c t t h el e a df r a m ei st h em a i ns t r u c t u r a le l e m e n to ft h ei n t e g r a t e dc i r c u i ta n dt h e d i s c r e t ed e v i c e s ，i t sm a i nf u n c t i o ni st oc o n n e c tt h ec i r c u i tc h i pa n dt h ep r i n t e dc i r c u i t l i n e t h eh a r da l l o yp r o g r e s s i v ed i ei st h ee s s e n t i a le q u i p m e n ti nt h el e a df l a m eh i 曲 s p e e ds t a m p i n gp r o d u c t i o n 。a l o n g 姒如t h es c i e n c ea n dt e c h n o l o g ys w i f ta n dv i o l e n t d e v e l o p m e n t , t h ee l e c t r o n i ce q u i p m e n tf a c e sm u l t i - p u r p o s e ，t h em i n i a t u r i z a t i o n , t h e h i g ha c c u r a c y , t h ei n t e l l e c t u a l i z a t i o nd a y 姆d a y , f o r c e st h es e m i c o n d u c t o ra n dt h e l e a df r a m ea l s of a c e sm i n i a t u r e ，t h em u l t i p i n s ，t h eu l t r at h i nt y p e ，t h es m a l lp i t c h d i r e c t i o nd e v e l o p s 确ep a p e rs o l v e st h er e p r e s e n t a t i v eq f p 6 4 ll e a df r a m ed e v e l o p p r o c e s sa n dd e s i g na n dt h e m a n u f a c t u r ed i f f i c u l tp r o b l e mo ft h eh a r d a l l o y p r o g r e s s i v ed i e ，a n de n s u r es t a b l e ，h i 酶l ye f f e c t i v e ，t h el l i 酹s p e e dm a s s - p r o d u c e u n d e rt h es t a m p i n gw a y t h ep a p e rm a i nc o n t e n ti n c l u d e s ： 1 s t u d i e dc o n s t r u c t i o nd e s i g no fh i g ha c c u r a c yl a r g es c a l ei n t e g r a t e dc i r c u i tl e a d f r a m eq f p 6 4 l ，i n c l u d i n gt h em a t e r i a ls e l e c t i o n , t h ed e s i g no f o u t s i d el e a d ，i n s i d e l e a da n do t h e rp a r t s 2 。m a j o rs t u d i e dt h ed e v e l o p m e n ta n dt h ed e s i g no fi n t e g r a t e dc i r c u i tl e a df l a m e q f p 6 4 lh a r da l l o yp r o g r e s s i v ed i e ，m e a n w h i l eh a sc a r r i e do nt h ea n a l y s i st ot h i s m o l dr e l i a h i l i t y , a n dh a sc o m p l e t e dt h em o l dp r o c e s sd e s i g n ，t h el a y o u td e s i g n ，t h e s t r u c t u r a ld e s i g na n dt h ec o m p o n e n t sd e s i g n u s e dt h es o l i d w o r k ss o f t w a r et o b u i l dt h et h r e ed i m e n s i o n a lm o d e lo ft h eh a r da l l o yp r o g r e s s i v ed i e ，s o l v e d d i f f i c u l tp r o b l e mi nm o d e l l i n gp r o c e s s 3 i nt h em o l dm a n u f a c t u r ea n dt h ea s s e m b l ya s p e c t , c a r r i e do nt h em o l d ( p r o c e s s ) r e l i a b i l i t yc o n s i d e r a t i o na sw e l la se x p a t i a t e do np o i n t sf o ra t t e n t i o nw h e nt h e m a j o rc o m p o n e n to f m o l di sa s s e m b l e d k e yw o r d s ：i n t e g r a t e dc i r c u i t ；l e a df r a m e ；t h eh a r da l l o yp r o g r e s s i v ed i e ；h a r da l l o y ； m o l dd e s i g n 5 插图清单 瀚1 - 1d i p 双列壹撼式封装，。2 图卜2q f p 封装和p f p 封装3 黧1 - 3p g a 接锋弱穰簿剜瓣装。3 图1 - 4b g a 球栅阵列封装，3 鞠1 - 5c s p 蕊片尺寸封装。5 网t - 6m c m 多芯片模块封装6 龋1 - 7 封装的电子芯片图8 嘲l 翘半导体的制造工序8 圈i - 9s l f ( s t a 船i n gl e a d f r a m e ) 工序9 嬲1 - 1 0 疆曩 黝i n gl 默d f 觥) 9 图卜1 1 引线框架钰部分的名称1 0 黼2 一lq f p 6 4 l 涵。5 0 0 x 6 。5 0 0 ) 产蘸圈。1 3 网2 2 横筋( d a mb a r ) 设计1 4 鞠2 3 连筋( t i eb a r ) 设诗。1 5 圈2 - 4 内引线设计1 5 黼3 - 1 多工位级进模按冲耀工艺分类祷闰1 8 嗣3 - 2 级进模具设计流程1 9 黼3 - 3 冲裁工艺往分析的内容2 0 凋3 4q f p 6 4 l 排撵图2 2 圈3 5 模具总装结构图2 4 糕3 - 6 秘辩糗棱2 5 圈3 - 7 凸模设计2 6 黼3 _ 8 鹜模设计2 7 豳3 - 9 凸模围定板2 8 黼3 - 1 0 鹜模鬻定板。2 8 擞3 - 1 1 废料梭测机构2 9 黼3 一1 2 计数切断机构。3 0 阉 la # 参数化和参数化榕注。3 2 豳4 - 2 产品设计流稔3 4 翻4 - 3 凸模固定板鳃终一、。3 5 图4 - 4 凹模固定板缎件3 6 黼4 - 5 卸攀 镶俘缝绺3 7 图4 - 6 上模裟配体3 8 黼4 - 7 下模装配体3 8 圈5 - 1 凸模4 5 9 表格清单 袭i 。1 全球瓣装枣场营收分毒( 2 0 0 2 2 0 0 7 ) 。7 袭2 - 1c 7 0 2 5 材料性能指标1 4 袭5 - 1 滓模麓工静蒸本王芑滚程4 3 袭5 - 2 图5 - 1 凸磨的加工工艺4 5 袭5 - 3 硬质会金级避模买主要隶l 造设器4 6 袭5 - 4 模具部件检验技术规范4 8 l o 独创性声明 本人声明所挈交的学位论文是本人在导师指导f , - 进行的研究工作及取得的研究成果。撼 我象知，除了文孛幸誓剿绷鞋标注和致溅豹缝方强，论文中不包客英绝入已经发表或撰写过豹 研究成果- 也不包含为获得 怠世工业盔堂或其他教育机构的学位或诞书而使用过的 树辩。冬我一弱置作的弼志对奉研究所傲的任侮贡献均己在论文串俸了明确豹谎臻弗表示瓣 意。 学位论文作者签名： 签字日期；m 力7 1 2 - ，。 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解佥目墨互尴盔堂肖关保熠、使_ i j 学位论文的规定，有权保留并 向国家祷关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权垒鼹 玉些鑫整可l 矍；终学拉论文豹全郏或部分内容编入有关数据露遴 亍捡索，可以罴用影露、缀 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 傈密的学经论文在解密嚣适瑶本授权书) 学位论文作者签名：黼 签字日期：训) 。，2 1 4 学位论文作者毕业后去向： 工作萃钕：褥陵丰出三健微逛予有隈公司 通讯地址：y u l o n g t e n 9 9 9 9 1 6 3 c o m 3 导师躲夏1 遣 签字旦期：毒o - o 7 i z - t 6 魄话：1 3 8 5 6 2 2 3 5 3 1 邮编：2 4 4 0 0 0 致谢 值此论文完成之际，我疆向我的导师夏链副教授和韩江教授致以最诚挚的敬 懑帮最褒心静戆瀣l 在论文写作期间，夏老师和韩老师都给予我细心的指导和的帮助。夏老师和 韩老师严谨认真的治学态度和对学术孜孜追求豹精神深深影酾了我。佳稻渊博静 学识和对学术问题的独到见解，对研究课题的敏锐发现和研究方向的准确把握， 都体现了很高的学术索养。 从歼始收集与零论文翊关资料，一纛到论文的完成，夏老师积转老师郡绘予 了我无私的指导和帮助。在选题、开题及至完成论文的每一个阶段，夏老师和韩 老爆郝严辏把关，莠在镖题熬骚究思路上绘班凝毒建设性豹意见。对论文豹审阅 也同样耐心细致，大到论文的框架，小到一个知识点，夏老师和韩老师都是一样 续心援瓣鲻歪。 同时感谢我的同事常楠楠、唐兴龙、吴峰、金光圈、周艳在我的论文撰写过 程中给予的帮助。 最后还要特别感谢我的父母、妻子、袋人在我上研究生期间给我的无私支持， 感谢所肖帮助过我的老师和同学。 6 作者：余龙腾 2 0 0 6 年9 秀 第一章绪论 1 1 半黪体封装 1 1 1 半导体封装概述 半簿俸嚣装是挺锾夸毫籍设诗嚣成载半导体芯片安装在实际电子部菇上，著 用塑料制品或陶瓷封装，把半导体最终产品化的工程。 瑷代社会澄透入鞋徽亳予技术先核，洛鹣信崽霹筏，信意产韭己成为瑷代经济 的重要支柱产业。微电子技术与微电子工业是信息产蚍的核心与基础，是个国 家科技承平、工监承平和综合国力的体现。而徽电子技术与微电予工韭静代表是 集成电路产业。集成电路是当今世界高科技电子产品的心脏和灵魂，是国民经济 信息化的重要支柱，渗透到了国民经济和人民警活的方方面筒。集成电路楚一项 燕投入、意技零、离效益、藏风黢的产业，它砖电子王业乃甄我国疆民经济的发 展产生稽巨大的影响，国际上也以其技术水平和经济规模作为衡量个国家综合 强力豹薰要橱毽之一。枣场调查最示：2 0 0 0 年强内集残电路震求璧约为1 8 0 亿 只，市炀销售额达到9 7 5 亿元，雨到了2 0 0 5 年，集成电路的需求量就猛增为7 5 0 亿其，奄场需求总纛模达2 9 0 0 亿元。2 0 1 0 年嚣内集或电路生产能力溪诗将达9 0 0 亿只，成为世界主要集成电路市场之一0 1 。 侄何微电子器件都由芯片和辩装两个基本帮分缓成，集成电路的封装技术已 缀历了好几代的变迁，从最初1 0 条引脚以下的t c i 型金属圆帽封装，发展到2 0 条引脚以下的d i p 型双列戚单列蕊插式陶瓷或翅料封装为主，到哥前改l 型( 鬓 形) 、j 型引线的s o p 、q f p 、p l c c 和球形焊点，多引脚，嬲密度表面安装型的 b g a 为主，并仍在不断向前发展。由予集成电路的发展，单个芯片的面积也随 整集残爱熬增大露壤大。弱辩蘧罄电路熬逻辑门数豹璞热傻褥电路瓣售号靼弓l 嬲 数增加，为了能在一个外壳内安排下大壁的引脚，就需要优化封装结构，而优化 瓣装结褥，靛蓠要蠢燹先遴翡弓| 线框粲与之程逶应，帮雩| 瓣数增多、弓l 黪潮距减 小，采用细节距或超细节躐技术，使引线间距从2 5 m m 缩小到0 5 m m 、0 1 m m 以下，并且重麓减辍，可靠往提齑，佼需更麓方便。霉| 线静尺寸允差稻多距积累 误差及带材技术要求都有严格的标准。 半学体封装的功能大体上可以分为三种“： 1 ) 从外部环境中保护内部芯片的功能。由微小电路形成的半导体芯片，其本身 在外部环境中都无法存在。 2 ) 蠹部芯片与强裁弱黢毫连接功缝。芯片回路裴常缨密，髑囱眼笼法判别，敖 不能直接在外部回路，半导体封装起着中间电连接作用。 3 ) 教发芯片工牵# 霹凑部霞貉酝产生热熬翊蘧。温度每土舞l o 度，芯冀黪寿禽 会减少5 0 ，转换延迟速度会上升2 。芯片所产生的热与电器部件的性能 可靠度壹羧联系。鲡采不麓鸯效静散热，不僵不熊充分发挥产鹣静毪能，不 久之后产晶会烧毁。故产品的封装跟芯片制造一样被认为是非常重要的。 l 。1 2 拳导体封装工序 半释体产业是信息技术产业发展的核心，晓成为2 1 世纪最重鬻和最舆影响 力熬技术产业。半导体裁其生产浚程恧畜，主要分为三个工摩：芯冀设诗、晶瑟 制造( 俗称前工序) 、对装测试( 俗称后工序) 。芯片设计指设计电路达至所需的功 熊；晶躅幕l 造籀逶过襞纯、微影、继刻、沉积、扩教、舞予攮入、金属毫镀等避 襁，在晶圆上制成完整的晶粒；封装是将前工序完成的晶圆制作成个个独立芯 片的所商过程。相应缝，半学体产疆分为设计、制造、鹭装测试三稃类登。国终 溉、六十年代的半导体从设计到制成产品都由同一家公司完成，到八十年代逐渐 分离出设计、涮造、搿装各自独立的公司。在僚怠浪潮的推劾下，在世界范围内 融经形成比较完整的半导体设计、制造、封装产业链。兹工序投资巨大，核心技 术集中，全世界只集中在十几个大产生产。后工序中封装技术占支配地位，由于 封装形式豹不凝进步，才健褥诸鲤数字绷极、数字摄像枧、3 g 手枫等技术褥以 迅速发展n “”。 1 1 3 半导体封装( p a c k a g e ) 种类介绍”儿7 1 封装：| 蓦辩硅片上戆窀鼯管鬓，甭导线接弓| 羽癸豁接头她，爨馁与其它器辞 连接。经常听说某某芯片采用什么什么的封装方式，程电脑中，存在着各种各样 不同处瑾芯片，那么，它们又是采用何种封装形式呢? 并置这些封装形式又有骨 么样的技术特点以及优越性昵? 本节介绍常用的芯片封装形式的特点和优点。 1 d i p 戏列直桶式封装( 图1 1 ) 圈1 1d i p 磺残妻插式封装 d i p ( d u a li n 1 i n e p a c k a g e ) 是指采用双列赢插形式封装的集成电路芯片，绝 大多数中小规模集成电路( 弼) 均采用这种封装形式，其弓| 脚数一般不超过1 0 0 个。 采用d i p 封装的c p u 芯片青两排粤l 脚，需要插入到具有d i p 结构的芯片搔座上。 当然，也可以虐接插在有相同焊孔数和几何排列的电路板上进行焊接。d i p 封装 豹芯冀农从芯片捶座上捶拔对应特剐小，心，以免损坏孳| 脚。 d i p 封装具有以下特点： 1 )逶会在p c b ( 窜捌邂臻援) 上穿孔焊接，搽终方便。 2 )芯片面积岛封装丽积之间的比值较大，故体积也较大。 i n t e l 系确c p u 审8 0 8 8 虢采嗣这稀辩装形式，缓存( c a c h e ) 帮晕期豹凌存芯 片也是这种封装形式。 2 q f p 勰料方掇扁平式封装耥p f p 塑辩旖平组件式封装( 圈1 - 2 ) 2 踅l ，2q f p 嚣装髑p f p 封装 q f p ( p l a s t i cq u a df l a tp a c k a g e ) 封装的芯片引脚之间距离很小，管脚很细， 一簸丈栽模或超大墅集成电路舔采稿这释封装形式，蒺雩 辫数一般在1 0 0 今激 上。用这种形式封装的芯片必须采用s m d ( 表面安装设备技术) 将芯片与主板焊接 怒来。采用s m d 安装的芯片不登在主缀上行孔，一般在主板表瑟上有设计姆静 相应管脚的焊点。将芯片各脚对凇相应的焊点，即可实现与主板的焊接。 用这种方法焊t 去的芯片，如果不用专用工兵怒很难拆卸下来的。 p f p ( p l a s t i c f l a t p a c k a g e ) 方式甜装的芯冀与q f p 方式基本相同。唯一的区别 怒q f p 一般为正方形。而p f p 既w 以是正方形，也可以是长方形。 q f p p f p 懿装具骞激下特点： 1 )适用于s m d 表面安装技术在p c b 电路板上安装柿线。 2 )逶会高额傻雳。 3 )操作方便，可靠憔高。 4 )芯片瑟积与封装瑟积之间静 e 毽较夸。 i n t e l 系列c p u 中8 0 2 8 6 ，8 0 3 8 6 和某些4 8 6 主板采用这种封装形式。 3 p g a 插钎网格阵列澍装( 图1 3 ) 图1 3p g a 插针网格阵列封装 p g a ( p i ng r i da r r a yp a c k a g e ) 蕊片封装形式在芯嚣戆疼舞骞多个方阵彩静搔 针，每个方阵形插针沿芯片的四周间隔一定距离排列。根据引脚数目的多少，可 鞋围成2 5 瑟。安装时，将蕊片插入专门静p g a 插座。为傻c p u 熊够更方便疆 安装和拆卸，从4 8 6 芯片开始，出现一萃申名为z i f 的c p u 插座，专门用来满足 p g a 封装的c p u 在安装和拆卸上的要求。 z i f ( z e r oi n s e r t i o nf o r c es o c k e t ) 是掺零插拨力的搪座。把这种攒座上的扳手 轻轻抬起，c p u 就可很容茹、轻松地插入插座中。然后将扳手压阐原处，利用 撬座本身弱特殊结枣鼋生成豹接压力，将c p u 豹弓l 脚与捶座肇事她接触，绝对不 稃在接触不良的问题。而拆卸c p u 芯片只需将插座的扳手轻轻抬起，则压力解 狳，c p u 芯慧帮可较橙取躐。 p g a 封装具有以下特点： 1 ) 捶拨操作更方便，阿靠挫毒。 2 ) 可适应更高的频率。 i n t e l 系列c p u 串，8 0 4 8 6 窝p e n t i u m 。p e n t i u mp r o 均采魈这静封装形式。 4 b g a 球栅阵列封装( 图1 4 ) 图1 - 4b 後球攫蓐列封装 随着集成电路技术的发展，对集成电路的封装要求更加严格。这是因为封装 搜零关系嚣产糕戆功戆牲，警配豹菝率超过l 鞠舷溅，传统势装方式熊会 产生所谓的“c r o s s t a l k ”现象，而且当i c 的管脚数大于2 0 8p i n 时，传统的封装 方式有箕困难浚。因此，除使蔫q f p 封装方式矫，瑷今大多数鹣瘩瓣鼗芯片f 如 图形芯片与芯片组等1 皆转丽使用b g a ( b a l lg r i da r r a yp a c k a g e ) 封裟技术。b g a 一出现馑成为c p u 、主板上南蹦t 桥芯片等高密度、商性麓、多弓| 脚封装的最僚 选择。 b o a 封装技术又可详分为五犬类： 1 ) p b g a ( p l a s r i eb g a ) b p 塑料基投：一般为2 - 4 鼷寿枧树料构成的多层扳。 i n t e l 系列c p u 中，p e n t i u mi i ，i i i 。i v 处理器均采用这种封装形式。 2 ) c b g a ( c e r a m i c b g a ) 基援：鄄嬲瓷基援，芯拷与基扳魍的魄气连接通零 采用倒装芯片( f l i p c h i p ，简称v c ) 的安装方式。i n t e l 系列c p u 中，p e n t i u m l 、珏、p e n t i u mp r o 处理耱缘采糟过这耱驽装形式。 3 ) f c b g a ( f i l p c h i p b g a ) 基板：硬质多层纂板。 t b g a ( t a p e b g a ) 蕊板：基板为带获软餍静1 2 层p c b 电路羧。 5 ) c d p b g a ( c a r ityd o w np b g a ) 基板：指封装中央有方型低陷的芯片区 ( 又称空腔区) 。 b g a 封装具有以下特点： 1 ) i 0 引脚数服然增多，但引脚之间的躐离远大于q f p 封装方式，提高了 残瑟搴。 2 ) 虽然b g a 的功耗增加，但由于采用的是可控塌陷芯片法焊接，从而可 潋改蔫电熬悠能。 3 ) 信号传输延迟小，适应频率大大提高。 缰装霹焉共瑟焊接，霹靠经丈大撵高。 b a a 封装方式缀过十多年的发展已经进入实用化阶段。1 9 8 7 年，日本西铁 城( c i t i z e n ) 公司开始着手研稍塑封球橱面阵列封装的芯片( 都b g a ) 。而屠，摩托 罗拉、康柏等公司也随即加入到开发b g a 的行列。1 9 9 3 年，摩托罗拉率先将 4 b o a 应用于移动电磁。月簪，康檄公司也在工作站、p c 电膝上加以应用。直到 赢六年前，i n t e l 公司在电脑c p u 中( 即奔腾i l 、奔腾i i 工、辩腾i v 等) ，以及芯 片缓f 如1 8 5 0 ) 巾开始使曩b g a ，这慰b g a 应用镁域扩鹱发挥了推波助澜的作用。 目前，b g a 己成为极其热门的i c 封装技术，其全球市场规模在2 0 0 0 年为1 2 亿 嫒，蓣诗2 0 0 5 年枣搦霉求络魄2 0 0 0 年菇7 0 戮上抠发鲍增长。 5 c s p ：舔片尺寸封装( 图1 5 ) 图l - 5c s p 芯姥尺寸澍装 随糟全球电子产品个性化、轻巧化的需求蔚为风潮，封装授术己进步弼 c s p ( c h i ps i z ep a c k a g e ) 。它城小了芯片越装终彤的尺寸，墩到操芯片尺寸有多大， 封装尺寸就有多大。即封装后的i c 尺寸边长不大于芯片的1 2 倍，i c 面积只比 螽粒f d i e ) 大不超过1 4 接。 c s p 封装又可分为四类： 1 ) l e a df r a m e 霹p e ( 转统导线粱形式) ，代表厂鬻有富士逶、嚣立、r o h m ， 商士达( g o l d s t a r ) 等等。 2 ) r i g i d 工n t e r p o s e r t y p e ( 硬质内插板型) ，代表厂商有摩托罗拉、索彪、东 芝、松下等等。 3 ) f l e x i b l ei n t e r p o s e rt y p e ( 软质内捅板型) ，其中最有名的是t e s s e m 公司的 m i c r o b g a ，c t s 的s i m b g a 熟采用辐尉的原理。其他代表厂商包括 通用电气( g e ) 和n e c 4 ) w a f e rl e v e lp a c k a g e ( 器簌尺寸瓣装) 菇裂于健缓豹攀一芯片封装方式， w l c s p 是将整片晶圆切割为一颗颗的单一芯片，铝号称是封装技术的 未来奎流，融投入磷发静厂赛惫摇f c t , a p t o s 、卡瑟获、嚣p 工c 、富 通、三菱电予等。 c s p 封装粪有戳下特点： 1 ) 满足了芯片l o 引脚不断增加的需要。 2 ) 芯片聪积与纣装面积之间的比值很小。 3 ) 极大她缩短延迟时阅。 c s p 封装适用于脚数少的i c ，如内存条和便携电予产品。未来则将大蹩应用 凌覆怠家毫( 鹚、数字媳视( d t v ) 、电子书( e - b o o k ) 、无线网终w l a n g i g a b i t e t h e m e t ，a d s l 手机芯片、蓝芽( b l u e t o o t h ) 等新兴产鼎中。 6 。艇c m 多芯痔凑块瓣装( 强1 - 6 ) 图1 - 6m c m 多芯片模块封装 为解决擎芯片集成痰低帮功能不够完善鑫孽润嚣，把多今蔫集藏度、嵩往麓、 赫可靠性的芯片，在高密度多层曩联基扳上用s m d 技术组成多种多样的电子横 块系统，歇丽出现m c m ( m u l t ic h i pm o d e l ) 多芯片模块系统。 m c m 具有以下特点： 1 ) 封装疑迟时间缩小，易于实现模块高速化。 2 ) 缩小熬枧模块的封装尺寸稠重量。 3 ) 系统w 靠性大大提高。 总之，由于c p u 翻其她超大型集成电路褒不断发晨，集残电鼹熬封装形式 也不断作出相碰的调整变化，而封装形式的进步又将反过来促进芯片技术向前发 旋。 1 1 4 半导体封装现狄桶趋势 半导体行业目前已经成为经济发展的支柱产业，其产晶已经深深地融入我 们的生活中。从电视、d v d ，到平机、p c 等备类电予产品，其核心均为半导体 产品。据s e m i ( 国际半导体设备和材料协会) 瓷斟敛示，2 0 0 1 年，全球电子行 妣产品的产值为8 7 9 0 亿美元，其中半导体产业产值为1 8 8 0 亿美元，占2 1 4 ， j 燹诗到2 0 0 4 年，全球电子行业懿产值为9 9 0 0 亿美元，其中半导体产业产基为 2 9 2 0 亿美元，占2 9 5 。 集缀电黢是最主要豹半导体产晶。炎耱显零，2 0 0 1 年，全球举导体产品懿 产值为1 3 9 0 亿美元，其中1 1 8 0 亿美元为集成电路。集成电路按封装形式可以分 为：t o ，d i p ，s o , l c c ，奄潆，b g a ，c s p 等。其串丸千年代审发震起来静球瑗阵 列封装( 8 c a ) 作为一种高端的封装工艺，目前已广泛应用在电脑、p d a 、手机等各 类电予产品中。2 0 0 2 年，会球封装测试总产值为1 3 3 6 亿美元，预计虱2 0 0 7 年 带到5 0 。6 6 亿美元，平均每年增长1 3 。3 9 ，将戒为最主癸的封装产品，见表 卜l 。 6 杯瓣 2 0 ( 1 2 2 0 0 3 ( e )2 0 0 4 ( 02 0 0 5 ( o2 0 0 6 ( 02 0 0 7 ( 0c a g r ( ) b 蛩3 6 03 5 43 3 93 1 23 1 63 3 4一l 。4 9 s o 3 ，3 6 53 ，5 6 23 ，8 5 13 ，6 7 1 3 8 6 6 3 ，9 3 9 3 2 0 c c 2 6 52 8 l3 l o2 9 73 1 3 3 3 2 4 6 l 0 f p2 ，7 9 42 ，8 8 23 ，0 9 22 ，9 8 0 3 2 5 2 3 ，5 2 7 4 7 7 p g a 2 ，4 6 52 ，7 5 63 , 0 1 52 ，8 9 53 ，1 2 63 ，2 9 9 6 0 0 b g a 3 ，0 2 23 , 6 7 04 , 4 1 5 屯2 8 7 5 ，0 2 5 , 6 6 5 1 3 3 9 c s p l ，0 9 51 ，3 9 4l ，7 3 0 1 8 5 8 2 ，1 1 82 ，4 6 1 1 7 5 8 接 1 3 , 3 6 61 4 , 8 9 9 1 6 , 7 5 21 6 , 3 0 0 1 8 , 0 1 21 9 , 5 5 7 t 9 l 表1 1 全球封装市场营收分布( 2 0 0 2 - 2 0 0 7 )单位：百万美元 孛潮是集成电路产品豹潢费大国，是到世器总产筵的1 5 ；键中国又是集 成电路的生产小国，在产量上占3 ，销售额上只占0 7 6 ，存在着巨大的供求 矛疆；黔资+ 分看努孛覆静集残彖路嚣鼗，未来三到委年内将是孛瓣集袋电路发 展的黄金时期；中国集成电路的消费将在未来赢年内保持1 5 的增长速度，生 产将遮掰年3 0 左表兹增长。嚣藤，中溪集成耄路产驻主要集牵奁封装溅试主。 2 0 0 2 年。封装测试的产值占全国集成电路产值的6 4 。但是，中国封装业主要集 中在d i p ，s o ，c c 等低端产品。目前，仅在江浙和广东一带有凡家外资厂弓 迸凡条 嫩产线，目前处于调试安装阶段。但是，可以预见，b g a 也将会在中国飞速成长 ( 孵 o 当麓，我豳半导髂产业燕进入大规模发展的历史聪期，许多地嚣翦联朱有的 半导体投资热潮和各级政府促进发展半导体产渡的大批优惠措施的问世，大大加 逮了我霞半导髂产塑快速发嶷静态势。露优惠戆产业政策以及重大懿潜在窍场嚣 求，又吸引了大量国内外资金投入到中国半导体产业。目前，我国半导体产业己 形成7 毯括玲设计效、豫牵造受、封装溺试效、半譬俸分立器舞效彝支撵鳖褒 内，具肖一定产业规模、各业共同发展的产业发展格膈。有的地区融形成了较为 究善的半导体产业谶。根据半导体行韭协会的调研统计，鸯2 0 0 0 年l 胃至2 0 0 2 年8 月，国内新建投产、在建、拟建的乱8 英寸集成电路芯片生产线项目共1 8 个，其中建成投产项目4 个，在建项目7 个，拟建项目7 个，合计总投资额为 1 2 2 钇美元( 约会1 0 1 3 亿元人民雨) 。信息产业的快速发展带动了我豳半导体产业 市场和规模的不断扩大。在未来的5 1 0 年内，中国半导体产业的发展将获得更 坟、更大援模熬发展，戮2 0 l o 冬，我国将会戏为全球第二大的半母俸枣场，泰 来我国半导体市场充满了机会叫“o 】1 。 1 2 引线框架 1 2 1 零l 线框架概述及功能 引线框架( l e a d f r a m e ) 是集成电路( i n t e g r a t e dc i r c u i t s ) 和分立器( d i s c r e t e d e v i c e s ) 的载体，怒集成电路和分立器必不可少的配套材料，是必须与半导体 尤其与集成电鼹产业、封装技术同步发展的重要支撑工业“”。它与电子整机中集 成电路的含量份额互相钳制，有集成电路就要有引线框架与其配套。集成电路技 7 零对电警整机起着决定性的传用，现代电子整机无论楚军用熬枧，还是其他信息 拣机日敖向多功能、商精度、小型化和智能化方向发展，由予电子整机的总体发 矮趋势，它对集成电路弓| 线框架数结构形式提爨了更麓鲍要求，集成电路萼l 线挺 架也必须朝微小型、多引脚、超薄型、小节距方向发展，由于引线框架的品种繁 多、工艺复杂，琨已被蘩入寒技术密集、嵩投资类产黼。弓| 线框架瓣结梅形式与 质量牵动着半导体工业向纵深发展，同时也直接影响潜我国科学技术的发展，因 j 耩：，急待发震集成奄籍雩l 线框架案造工照，便箕满是我国国氐经济发展中集成毫 路的需求。 弓l 线框槊( l e a d f r a m e ) 是承载半导体芯片的金属薄纛，同时履行给芯片 c k p ) 供电酌导线( l e a d ) 功能和把封装固定在基盘的框浆( f r a m e ) 功能。 引线框架( l e a d f r a m e ) 功能如图1 7 所示。芯片( c h i p ) 与外部电路的电流 逐接方箴是c h i p - - w i r eb o n d i n g - - l e a d 。芯片( c h i p ) 魏散热途径是c h i p p a d 一封装材料一l e a d 一基盘一外部。半导体的帝0 造工序如图1 - 8 所示“”。 鹜l - 7 封装豹惫子芯鸶闺 图1 - 8 半鼯体的制造工序 s 1 2 27 1 线框架剿造童序 引线框架的加正方法一般分为利用模舆和压机( 或冲床) 冲的冲压 ( s t a m p i n g ) 方式和剩题化学方式曝光蚀刻( e l c l 畦n 垂方式1 。 s t a m p i n g 方式的s l f 和e t c h i n g 方式的e l f 制造工序如图1 - 9 、1 - 1 0 所示。 图1 - 9 s l f ( s t a m p i n gl e a d f r a m e ) 臣亟 卜叫 型一 | 图l - 1 0e l f ( e t c h i n gl e a d f r a m e ) 冲压( s t a m p i n g ) 方式可以进行高速批量擞产，鬃有很高的经济性，但模具 懿剿终辩间长，经费蔫，冀精密度也毫。 蚀亥l j ( e t c h i n g ) 方式具有低廉的初期投资费用，快速交货能力，设计的机动性 ( d e s i g nf l e x i b i l i t y ) 等往豢，逢合与秀发薪菇。夔搬量生产性差，产燕萃绥褒 等缺点。 最近企鲎漪动向楚丽辩拥有渖压( s t a m p i n g ) 帮镶蕤( e t c 糙n g ) 两耪宓嚣王方式。 普遍使用在新龆开发使是蚀? l j ( e t c h i n g ) 方式，转为批爨生产时是冲压( s t a m p i n g ) 方式 9 1 2 3 引线框架备部分的名称如图1 - 1 1 所豕“” 蠡忝( 糕毒7 韬n g ) 细长巍( s l o th o i e ) 鱼形尾( f i s ht a i l ) 饲角( 囤1 1 l 雩l 线疆絮器部分懿名称 1 0 1 3 课蹶研究内容 论文要解决的主要问题是以代表微型、多引角、超薄型、小节距发展方向的 薅壤度丈痰摸集成毫鼹弓| 线框架q f p 6 4 l ( 6 5 0 0 0 x 6 5 0 0 0 ) 产品开发过程和硬 质合金级进模具设计，保证产品在冲压( s t a m p i n g ) 方式下稳定、简效、高速批 慧生产。本文磷究靛主要内容滋蕊数下嚣个方溪： 1 研究高精度大规模集成电路引线框架q f p 6 4 l ( 6 5 0 0 0x6 5 0 0 0 ) 的框架 结构设计，包括材耩的选用、肉弓l 线、外孳l 线静设计良及箕缝部分相关设计。 2 重点阐述集成电路引线框架q f p 6 4 l 硬质合金级进模具的开发和设计， 详细叙述其工艺设计、摊样设计、绪构设计和零件设计。我髓在模其上设计 了糙密的寡导向机构以及在卸料板与每个凹模鹰之间聪设计八个辅助滚珠 导向机构，保证了模具的高精度导向要求，同时也保证了冲制高精密度引线 框架产晶的要求；在摸其上述设计7 废辩捡测机构、误送料检测枫 奄、计数 切断机构等，以僳证冲愿加工中，如果出现有冲压废料上跳或送料出现误差， 剩接其及冷疼将囊动绔搬。甥凝诗数器设诗，霹搬摅产熬黪要求设置甥叛的 长度，保证不同产品的要求。模具合理地确定了冲裁工位的先艏顺序以及导 芷钌静位鬟衣数豢。 3 介绍使用s o l i d w o r k s 软件进行硬质合金级进模具的三维建模方法和思 路，解决奉模其在建模过程串的难点滴蘧。 4 进行硬质合鑫级进模具加工( 工艺) 的可靠蚀研究；介绍模具的装配过 程和主要零部件的装配簧领。 1 4 本露小结 奉牵蓖走麓单套缨了半导髂越装撅遮、功熊、工艺、嚣装形式以及国如外主 皇 导体封漱研究现状和发展趋势；接下来引入集成电路的载体引线框架，介绍其定 义、结搦爨及铡造王艺；最螽奔绥本文饕静整髂结撺帮研究瓣主要凌窖。 第二章集成电路引线框架q m e 6 4 l 的设计 2 1 弓l 嘉 引线框架憋集成电路和分立器件封装的主要结构件，其主要作用是连接电路 芯冀窝印裁毫爨豹线路。集成毫爨零l 线耩絮主娶有d i p 系捌、s i p 系列、s o p 系 列、和t s o p 系列、p l c c 、q f p 系列等。日l 线脚尺寸允蒺和步距积累误差及带材 技术要求都有严格的标准。麓着羊年擘菝本的逶猛发震，毫子装备爵蠡朝商多功能、 小型化、高精度、智能化，迪使半姆体和集成电路产品封装体积朝微型、多引脚、 超薄羹、小节躐方向发展“。 引线框架生产方式中以赢速弛压为妻是为了适宜大批量生产，以降低生产成 本；以腐蚀法为辅的是为了适宜予新产品开发。在高速冲床上高速大量地进行引 线框架_ 巾剑，硬质会众级逃模具是必不霹少豹美键工艺装备。硬质会金级逛模王 位数多，加工形状复杂，精度高，其设计和制造难度相当大。要确保引线框架多 菇秘、大搜量生产，建立璎震合金缓遴援其生产线是蘩礁纛傈薅。 为了保证封装工艺中的凝片键合憔能，使芯片和金丝与引线框架形成良好 懿扩散辫接，零 线框絮躲装片键合区域( 海弓| 线掰上帮，l 、岛) 一般簧求镀余或镀 银。为了保证很好的装片键合强度，要求电镀层化学性质稳定、耐腐蚀、耐氧 纯、可靠往好。同时，由于缓层与辩装的塑料结合力麓，所戳除了键合等功能区 外的区域，尽可能不电镀，因此对电镀区域的大小范潮也要提出严格的规定。建 立高精度、高遽的电镀生产线也是引线框架生产的必备条件。 目魏国内封装企败澎属国际上鲍中抵挡水平，产黯仍以d i p 失主，s o p 在增 雾，其封装g f 脚数亦较少，随着中国台湾封装企业及海外封装企业在中国纷纷建 厂或与灏凌金她戆会资，q f p 、p l e c 、s s o p 、t s o p 等势装形式越来越多撼褒孛国 生产。缀过市场调研，我们公司相继开发出q f p 4 4 l 4 8 l 6 4 l 、s s o p 2 0 l 2 4 l 、 h t s o p 5 4 l 较亵霉| 鬻数豹产麓，翥 舔上霹鸯5 、6 、8 捧懿s o 憨l 系列，8 捧熬s o t 8 9 ， 4 排的s s o p 2 4 l ，6 排的s c 5 9 系列产品。这些产品在图内的框架企业还不能形成 簸模生产。 为保证高精度大规摸集成电路引线樵架的开发与生产，公司建立了硬质合金 级迸模妊生产线。对此，我们进行了模具的可靠往设计研究以及模熊( 工芑) 加 羔的可鼗性研究。 引线框架的种类很多，其供应的状态不尽相同。衡片式供货的，也有成卷式 熬，电镀形式凑功能送局部镀豹，坯拔瞧镀豹，带状逡续电镀等。弓l 线撂絮戆生 产方式有先电镀再冲压，也荫先冲压再电镀的。因此，根据不同产品要求的特点， 选择臻究不嚣黪生产童艺秘耄锾方式。宅镀工艺中我翻透露7 电镀撵疫控剿哥靠 性研究，电镀区域精度控制可靠性研究，铜剥离的可靠性研究等等“。 本论文选掰兵彳弋袭性的q