引线框架作为封装主要结构材料,从与芯片相匹配的装片开始进入生产过程一直到结束,贯穿整个封装过程。在大功率器件封装原材料费用中,引线框架所占比例高达60%,引线框架在整个封测产业链中的地位越来越凸现,引线框架的市场增长主要受到芯片封装形式变化的影响。
国内产量仅能满足50%需求
国内引线框架产量仅能满足50%左右的国内需求,主要以铜合金引线框架为主,SOP、SSOP、QFP、LQFP等已经成为目前IC封装发展主流,大部分高端引线框架依靠进口,分立器件用引线框架的自给率较高,镍钯金引线框架及高品质腐蚀技术在国内发展较慢,镍钯金几乎为空白,严重制约封装新品研发进度,影响QFN系列产品发展。今后市场发展为细节距、多引脚产品,冲压和刻蚀型引线框架的内引脚节距小于140μm,引线长度缩短,温度灵敏性MSL增强,微型蚀刻,改进对镍/钯/金元素的表面处理,目标是达到MSL等级1。
在IC封装中,芯片和引线框架(或基板)的连接十分关键,DIP走向QFP、TCP再朝CSP发展,一些引线框架封装产品为提高系统性能转为基板的封装形式,基板形式的封装数量有了很大提高,但是,由于这些封装成本比较昂贵,市场产品仍然是引线框架的封装形式占据最大份额。在“十一五”期间,封装测试业将占据国内IC产业半壁江山,封装材料的重要性与日俱增。就全球半导体材料市场在2004增长18%,2005年增长7%之后,2006年增长超过6%。随着全球半导体市场2004年达到2130亿美元,可想而知半导体材料市场也进入了新一轮增长高潮。其中封装材料增长达18%,这其中日本列首位,其次是我国台湾地区,美国列第三位。
中国是全球半导体材料市场增长最快的地区。2004年增长33%,2005年增长20%,而封装材料增长最快,占总量的65%。其中引线框架增长占首位达32%。可以预计,随着全球封装产业的转移加快及各种尺寸的芯片厂在中国兴建,中国半导体材料市场的比重将日益加大。高性能引线框架成为各大封装企业的期盼,同时,新型封装技术的深层次研发,也为引线框架带来发展的机遇和挑战。
引线框架铜合金是主要方向
随着封装密度提高,封装体积减小,引线密度(单位封装面积上的引线数)的快速增长,引线框架正向短、轻、薄、高精细度多引脚、小节距方向发展。引脚数平均每年增加16%,例如,针栅阵列封装PGA由300条至400条增加到1000条,四面引线扁平封装QFP>400条,引线节距从2.54mm转向1.27mm以下的0.65mm、0.3mm、0.1mm。
封装对引线框架金属材料的要求十分苛刻,涉及材料的物理、机械、化学等诸多方面特性,对IC的性能和可靠性具有重要影响,其主要要求是高导电、导热性能好、较高的抗拉强度和硬度;材料弹性优良,屈服强度改善韧性,弯曲、冲制加工容易;耐热性和耐氧化性好,热稳定性及耐蚀性优良;较低的热膨胀系数CTE,并与封装材料的CTE匹配,确保封装气密性;表面质量好,可焊性高;成本尽可能低,满足商业化应用。
从现有常用材料情况看,铜导电、导热率高,易于与其他元素形成合金,提高强度,铜合金引线框架成为主要研发方向。
芯片封装用引线框架是极为精细的零部件,始于双列封装DIP,转向QFP、小外形封装SOP、四面引线陶瓷封装QPC、四面扁平无引脚封装QFN、塑封有引线的片式载体PLCC等多引脚、细间距产品类别拓展。框架的引脚数在持续增加,而引脚宽度与间距却不断缩减,0.4mm线宽、208条~240条引脚的铜合金引线框架投入商业化生产,引脚形状从长引脚直插向L型、J型、小L型、薄型L型引脚、短引脚、无引脚贴装发展,300条引脚的铜合金引线框架投入应用,研发1000条引脚、线宽0.1mm的铜合金引线框架,线宽一般为铜带厚度的0.7倍。
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