本發(fā)明涉及一種精細雕刻金屬引線框多層預塑封結構的制作方法，屬于半導體封裝。

背景技術：

1、現(xiàn)有半導體芯片封裝所使用的金屬引線框(metal?lead?frame)，不外乎采用沖切模式?jīng)_切(stamping)成形以及化學刻蝕模式腐蝕(etching)成型二種制作方式，再進行金屬引線框表面銀層、金層或鎳鈀金層的全面積或局部區(qū)域電鍍。

2、芯片封裝的工藝過程中，將經(jīng)過模具沖切或是化學刻蝕方式所成型的金屬引線框上方進行半導體芯片安裝→金屬導線鍵合→環(huán)氧樹脂塑封→塑封體表面打印→金屬引線框表面錫層電鍍→塑封體切割→電性功能測試。按上述的半導體芯片封裝工藝中可看出，金屬引線框?qū)π酒麄€封裝工藝乃至最后的芯片電性功能測試等，都屬于非常重要的材料，是半導體芯片封裝中的四大主材之一(金屬引線框、導(不導)電膠、環(huán)氧樹脂塑封料、金屬導線)不含半導體芯片，更是這四大主材中成本最高的材料。

3、現(xiàn)有市場出現(xiàn)的金屬引線框設計與制作的方法，都存在了或多或少的制作難度，而這些制作方法的難度自然就造成了不少的硬缺陷。也因為這些的硬缺陷又直接或間接的造成了半導體芯片封裝生產(chǎn)過程及塑封體結構可靠性的困擾與威脅，更是目前行業(yè)中爭相改善的重要課題。

4、雖然如此，行業(yè)中還是只有朝向模具沖切制作方法與化學刻蝕的制作方法在研究，原因是半導體芯片封裝廠主要是材料應用的研究與金屬引線框圖形的設計，而金屬引線框制作工廠，則依據(jù)半導體芯片封裝廠設計圖紙的要求進行制造方法的研究與需要的沖切模具及刻蝕掩膜所需要圖紙進行設計與制造過程的實施。

5、實際上金屬引線框制造廠并不能真正理解半導體芯片封裝廠在芯片封裝過程中所面臨的困難、真實的原因、理論與解決方法，而半導體芯片封裝廠也不能真正的理解金屬引線框在制作過程中的困難、真實原因、理論與金屬引線框因為制作困難可能造成的硬缺陷。

6、如下簡單說明幾個金屬引線框為制作方法的不同所造成的缺陷：

7、一、沖切模具沖切成型金屬引線框

8、主要是采用金屬刀具上下沖切的方式制作金屬引線框，也是目前半導體芯片封裝在使用金屬引線框中占據(jù)最大部份。但因為金屬引線框的圖形非常復雜，所以沖切模具的設計與模具的制作精度也相當?shù)膹碗s與困難。

9、其存在以下缺陷與不足：

10、a、模具設計復雜：沖切模具設計所需要的人員及時間太長，常常會出錯；

11、b、模具制作困難：沖切模具中的上下刀具幾乎都是成型刀具，制作時非常困難時間也長；

12、c、設計制作成本高：沖切模具設計與制作的困難，相對的設計與制作成本也非常高；

13、d、沖切設備成本高：沖切模具所用的沖切設備，購買成本也相當高；

14、e、沖切擠壓應力的威脅：沖切過程中因為刀具上下擠壓直接形成金屬應力的殘留，造成芯片封裝后可靠性的失效與威脅；

15、f、金屬引線框變形：沖切模具的沖切方法無法做出金屬表面的凸點，最多勉強做出金屬表面的淺層的小凹點，否則金屬引線框的表面將受到擠壓而變形(如圖1所示)；

16、g、環(huán)氧樹脂封裝溢料：沖切模具因為屬于上下積壓沖切或成型，因為是上下擠壓的關系，其沖切的斷面無法做到銳角而是圓弧，在此又造成了芯片封裝工藝中的環(huán)氧樹脂塑封時的溢料缺陷(如圖2所示)；

17、h、精度不準應力不均衡：沖切模具要制作出復雜的引線框圖形，其沖切模具中需要有非常多的工步才能完成，也因為多工步?jīng)_切成型過程會因為金屬引線框的移動，造成了沖切位置精度的偏差與毛刺大小的不均衡，所帶來的金屬應力的不均衡(如圖3所示)；

18、i、無法做到高密度金屬引線框：也因為金屬引線框采用了上下刀具的沖切，無法做到高密度的金屬引線框內(nèi)引腳，否則容易斷刀而報廢金屬引線框，所以基本上都是采用1:2的板材深寬比以上的間距，才能盡可能的保證上下刀具的安全性。

19、二、化學蝕刻腐蝕成形金屬引線框

20、主要采用干式或濕式光刻膠掩膜被覆在金屬板表面，并利用光刻方式進行圖型轉(zhuǎn)換/曝光/顯影及蝕刻開窗出需要被化學藥劑刻蝕的部份，再利用化學藥劑(如氯化銅或氯化鐵)對已被暴露出的金屬表面區(qū)域進行化學蝕刻，當完成金屬板的正面與背面的化學蝕刻之后，再將金屬板表面的掩膜去除露出呈現(xiàn)出金屬引線框的全貌。

21、其存在以下缺點和不足：

22、a、圖面設計困難：刻蝕掩膜圖形與銀層電鍍圖形的設計，所需要的人員及時間太長，且需要經(jīng)過反復實際的化學刻蝕后，得出刻蝕因子的數(shù)據(jù)才能真正的確定刻蝕掩膜的設計圖面；

23、b、須反復實驗成本高：因反復的實驗與設計更新工作繼而得出刻蝕因子，實在是耗時、耗材、耗人亦耗設備產(chǎn)能，相對的成本也迭加的非常多；

24、c、增加有害物質(zhì)威脅：因金屬引線采用的是化學刻蝕工藝方法，所以制作過程中會使用諸多的化學藥液，從而增加的有害物質(zhì)污染的解決成本；

25、d、尺寸精度難控制：因采用化學刻蝕的工藝技術在半刻蝕的深度與深度平面，會因為化學藥劑的濃度、配比變化而變化，無法受到精度的控制與平面度的控制(如圖4所示)；

26、e、化學刻蝕因子難控制：也因為采用化學刻蝕的方法常常會因為藥液中存在了多多少少的金屬離子，會造成過度刻蝕或是刻蝕不足的精度問題而報廢；

27、f、無法做到高密度金屬引線框：因為化學刻蝕因子的緣故在刻蝕的金屬材料其深寬比至少都是1:2以上，從而使金屬引線框中的內(nèi)引腳無法做到高密度的線寬與線距；

28、g、化學刻蝕制作成本高：化學刻蝕制作過程需要使用材料太多、生產(chǎn)工時太長、良率難掌控、環(huán)境復雜以及化學藥液的維護與成本都是相當高。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述現(xiàn)有技術提供一種精細雕刻金屬引線框多層預塑封結構的制作方法，其提高了生產(chǎn)效率和制造精度，降低了生產(chǎn)制造成本和環(huán)境污染。

2、本發(fā)明解決上述問題所采用的技術方案為：一種精細雕刻金屬引線框多層預塑封結構的制作方法，所述方法包括以下步驟：

3、步驟一、金屬引線框圖形設計；

4、步驟二、金屬引線框制前板材準備；

5、步驟三、金屬引線框制前定位孔制作；

6、步驟四、金屬引線框板材背面圖形雕刻；

7、步驟五、金屬引線框板材背面毛刺處理；

8、步驟六、金屬引線框板材背面塑封；

9、步驟七、金屬引線框背面塑封后烘烤固化；

10、步驟八、金屬引線框背面表層塑封料薄膜清理；

11、步驟九、金屬引線框板材正面圖形雕刻；

12、步驟十、金屬引線框板材正面毛刺處理；

13、步驟十一、金屬引線框板材正面塑封；

14、步驟十二、金屬引線框正面塑封后烘烤固化；

15、步驟十三、金屬引線框正面表層塑封料薄膜清理；

16、步驟十四、金屬引線框表層電鍍；

17、步驟十五、金屬引線框表層清洗/烘烤干燥/包裝。

18、一種精細雕刻金屬引線框多層預塑封結構的制作方法，所述方法包括以下步驟：

19、步驟一、金屬引線框圖形設計；

20、步驟二、金屬引線框制前板材準備；

21、步驟三、金屬引線框板材表面預鍍；

22、步驟四、金屬引線框制前定位孔制作；

23、步驟五、金屬引線框板材背面圖形雕刻；

24、步驟六、金屬引線框板材背面毛刺處理；

25、步驟七、金屬引線框板材背面塑封；

26、步驟八、金屬引線框背面塑封后烘烤固化；

27、步驟九、金屬引線框背面表層塑封料薄膜清理；

28、步驟十、金屬引線框板材正面圖形雕刻；

29、步驟十一、金屬引線框板材正面毛刺處理；

30、步驟十二、金屬引線框板材正面塑封；

31、步驟十三、金屬引線框正面塑封后烘烤固化；

32、步驟十四、金屬引線框正面表層塑封料薄膜清理；

33、步驟十五、金屬引線框表層清洗/烘烤干燥/包裝。。

34、可選的，步驟一中依據(jù)cnc自動雕刻設備所需要對應的繪圖軟件進行半導體芯片封裝的金屬引線框各個功能所需要的圖形繪制，圖形繪制分為金屬引線框背面各項功能圖形繪制以及正面各項功能圖形繪制。

35、可選的，步驟一中設計圖直接采用半導體芯片封裝廠所設計的autocad檔案格式轉(zhuǎn)換成cnc動雕刻的autocam圖檔或直接轉(zhuǎn)換成cnc程序格式直接使用，無需繪制。

36、可選的，金屬引線框制前板材定位孔的制作方式采用金屬雕刻刀雕刻成形、沖切模具沖切成形或化學蝕刻方式腐蝕成形。

37、可選的，利用cnc金屬雕刻設備搭配金屬雕刻刀以及金屬引線框圖形軟件，對金屬引線框制前板材背面或正面進行圖形與需要的深度雕刻。

38、可選的，金屬引線框板材表面拉絲毛刺的處理方法采用金屬刀具刮除處理、平面磨床研磨處理、化學蝕刻腐蝕處理、高壓噴砂處理或平面拋光。

39、可選的，金屬雕刻刀在對金屬引線框制前板材背面或正面進行圖形與需要的深度雕刻的同時能夠刮除雕刻過程產(chǎn)生的金屬毛刺。

40、可選的，金屬雕刻刀包括刀桿，所述刀桿下端設置有刀頭，所述刀頭下端設置有刀刃；所述刀頭包括上連接段和下雕刻段；所述下雕刻段的底面與水平面設計有夾角。

41、可選的，所述下雕刻段的左右兩側面與垂直面之間設計有夾角；所述下雕刻段的前側面與垂直面之間設計有夾角；所述刀刃的左右兩側面與垂直面之間設計有夾角；所述刀刃的前側面與垂直面之間設計有夾角。

42、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

43、1、無需重新設計金屬引線框設計圖：精銑雕刻工藝無需單獨在設計金屬引線框圖紙，直接采用芯片封裝廠提供的金屬引線框autoacd圖檔直接轉(zhuǎn)換成autocam檔案或直接轉(zhuǎn)換成cnc程序格式即可，無需耗費人力時間進行圖面繪制；

44、2、設備采購成本低：精銑雕刻設備簡單精度高，購買的成本低廉不足沖切用設備/模具及化學蝕刻設備的50％；

45、3、無污染環(huán)境威脅：精銑雕刻過程無需任何化學物質(zhì)材料，僅需冷卻水降溫無環(huán)保成本與污染；

46、4、強化芯片與金屬引線框結合能力：芯片承載基島凸點是解決芯片與基島之間裂縫的重要關鍵之一，精銑雕刻工藝技術能輕松雕刻出微觀的凸點高度，可充分保持芯片下導電膠(芯片粘結物質(zhì))的粘結物質(zhì)與導電物質(zhì)的一定比例，這是沖切模式以及化學刻蝕模式無法做到；

47、5、輕松雕刻金屬引線框凹點：芯片承載基島背面的凹點是加強塑封用的環(huán)氧樹脂(emc)與金屬基島的結合能力，精銑雕刻工藝技術可以輕松做到，但沖切模具卻完全無法沖擊出；

48、6、輕松制作金屬引線框基島鏤空：芯片承載基島及內(nèi)引腳下方鏤空有二項功能，其一是阻隔塑封體下方金屬基島與印刷線路板(pcb)線路的的短路或漏電，其二是讓塑封用的環(huán)氧樹脂包裹的更好，可以增加芯片封裝的可靠性。精銑雕刻工藝技術可以輕松精銑出芯片承載基島及內(nèi)引腳下方鏤空，但沖切模具卻完全無法沖切出相同的效果與結構；

49、7、輕松制作金屬引線框上大下小結構：金屬引線框中的金屬基島與內(nèi)引腳端側面上大下小結構非常重要，其功能主要是增加塑封用環(huán)氧樹脂的包覆能力。精銑雕刻工藝技術可以輕松精銑出芯片承載基島及內(nèi)引腳下方鏤空，但沖切模具卻很難沖切出上下不同尺寸的結構，即便是沖擊出上下不同尺寸的結構也是依靠沖切擠壓成形，如此依靠沖切擠壓成的上下不同尺寸其應力的殘留非常嚴重，容易造成芯片封裝結構可靠性的影響；

50、8、沒有深寬比的限制：精銑雕刻的寬度可小到0.1mm且無深度的限制，非常適合需要高電流所需要的厚金屬，可以輕松地做到更高密度的線寬線距的金屬引線框；

51、9、金屬引線框的表層，如果采用先預電鍍鎳鈀金或金屬銀層，那么半導體芯片封裝廠則可節(jié)省芯片塑封后的除膠工序以及錫層電鍍的工藝，所需要的人、時、地、事、物、質(zhì)量及管理等的各項成本。