CN115295520A - Qfn冲压框架、冲压模具及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体封装技术领域,提供了一种QFN冲压框架、冲压模具及制备方法,QFN冲压框架包括框架单元,框架单元包括基岛、引脚和边框,边框呈方形,基岛和引脚位于边框内侧;基岛呈方形且四角分别通过拉杆与边框的四角连接;引脚为多个,引脚沿边框间隔布置且由边框向内延伸至距离基岛第一设定距离,引脚和拉杆都具有冲压折弯,使得引脚和拉杆的冲压平面都与基岛平面存在设定高差。冲压模具包括底模和冲切模,底模用于支撑QFN冲压框架,冲切模用于对铜带冲压制作QFN冲压框架;方法包括对清洁后下料的铜带,采用前述冲压模具进行冲压加工制作出QFN冲压框架。本发明的QFN引线框架可采用冲压加工,提高工效率,降低了材料和人工成本。
Description
技术领域
本发明涉及半导体封装技术领域,特别涉及一种QFN冲压框架、冲压模具及制备方法。
背景技术
方形扁平无引脚封装(Quad Flat No-leads Package,简称QFN)是表面贴装型封装之一,目前属于半导体封装行业最为普遍的封装形式之一。目前QFN框架结构整体采用平面设计,单颗产品四相邻边设计有切割道,基岛、引脚及四角Tie-bar背面设计有半蚀刻结构,引线框架为整体式没有塑封注胶流道设计。另外,由于其芯片载体之引线框架采用蚀刻工艺加工,具有很强的结构设计灵活性及特定功能实现的可行性,但由于蚀刻加工工艺需要使用药水加工,虽一次可以连片多条同时蚀刻加工,但由于所需时间较长,加工连续不间断的生产效率较低,需要药水为消耗耗材,成本相对较高且不环保。
针对以上,为解决QFN引线框架的上述问题,提高QFN产品市场况争力,本发明提供了一种实现QFN引线框架采用冲压加工方式进行生产的技术方案。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种QFN冲压框架,包括框架单元,框架单元包括基岛、引脚和边框,边框呈方形,基岛和引脚位于边框内侧;
基岛呈方形且四角分别通过拉杆与边框的四角连接;
引脚为多个,引脚沿边框间隔布置且由边框向内延伸至距离基岛第一设定距离,引脚和拉杆都具有冲压折弯,使得引脚和拉杆的冲压平面都与基岛平面存在设定高差。
可选的,位于边框同一侧的引脚均匀间隔布置,且相邻引脚间隔第二设定距离。
可选的,引脚与边框连接位置设有多个冲压台阶,边框的外边沿设有长槽;边框的四角设有圆形孔。
可选的,冲压平面都与基岛平面的设定高差为铜带厚度的0.5-0.75倍;基岛四角的拉杆具有几字形冲压折弯。
可选的,基岛四角的拉杆具有几字形冲压折弯,且冲压折弯的冲压深度为铜带厚度的0.5-0.75倍。
可选的,框架单元设有多个且呈矩阵排列在同一铜带上,每相邻两列的框架单元之间设置塑封注胶流道;
在铜带上沿各列框架单元的两端都间隔设有定位孔,定位孔采用圆孔或者腰形孔,定位孔的数量与框架单元的列数相对应。
本发明提供了一种制备前述QFN冲压框架的冲压模具,包括底模和冲切模;
底模呈方形,且具有与环绕中间基岛设置的引脚与拉杆的冲压平面对应的环形凹槽;在环形凹槽的周边,除边框、引脚和拉杆对应位置外,设置有镂空;引脚和拉杆的冲压平面边缘对应位置设有向环形凹槽方向下沉的冲压折弯;
冲切模呈方形,且具有与环形凹槽对应的环形凸起,与镂空位置对应设有切刀;在冲压折弯对应位置设有与冲压折弯配合的凸台。
本发明还提供了一种QFN冲压框架的制备方法,包括以下步骤:
S100:采用预制设定厚度和宽度的铜带,在进行清洁处理后,下料成框架基板;
S200:根据定位孔设计,采用冲切工艺在框架基板上加工出定位孔;
S300:采用前述制备QFN冲压框架的冲压模具,分别采用不小于框架单元的长度或者宽度的步进距离进行移动,在框架基板上对应沿长、宽方向进行冲压加工,即得到具有呈方形矩阵排列的多个框架单元的QFN冲压框架。
可选的,在S200步骤中,在每相邻两列的框架单元之间位置采用冲切工艺制作塑封注胶流道。
可选的,在S300步骤中,在冲压前,进行框架基板初始位置检测;在冲压过程,框架基板每次移动步进距离后,进行定位检测,初始位置检测和定位检测都采用以下方式:
采用CCD相机拍摄基板定位图像,并对基板定位图像进行预处理,预处理包括灰化处理和图像增强处理;
对预处理后的基板定位图像进行基板边缘轮廓和冲压模具边缘轮廓特征提取,得到基板和冲压模具两者的二值轮廓图像;
将框架基板和冲压模具两者的二值轮廓图像进行像素坐标对比,若发现框架基板定位存在偏差,则根据偏差的像素距离对框架基板位置进行微调。
可选的,预处理方式如下:
对基板定位图像进行灰化处理,得到对应的灰化处理后的基板定位图像;
基于所述灰化处理后的基板定位图像中每一个像素点,将R通道像素值与R通道加权值的乘积、G通道像素值与G通道加权值的乘积以及B通道像素值与B通道加权值的乘积相加以获取针对的像素点的灰度值,采用高斯滤波算法对灰化处理后基板定位图像的像素点将图像窗口的固有变差和图像窗口总变差结合起来,形成结构与纹理分解正则化器,进行平滑处理,得到平滑处理后的基板定位图像;
对所述平滑处理后的基板定位图像进行图像增强处理,即对平滑处理后的基板定位图像采用图像增强模型进行有监督的模型训练,得到图像增强后的基板定位图像。
本发明的QFN冲压框架、冲压模具及制备方法,QFN冲压框架设有多个框架单元,每个框架单元可用于封装一颗QFN芯片,在封装后通过切割分离形成单个芯片;每个框架单元采用不同于常规QFN的引线框架设计结构,适用于采用冲压加工,加工时能够一次冲压成型,与蚀刻加工工艺相比,加工时长大大缩短,还可以消除蚀刻用药剂的污染问题;为加强引脚与EMC结合强度及成型后产品引脚只露出功能所需部分,引脚和四角拉杆(Tie-bar)采用折弯式(Up-set)结构设计,单颗产品四边设计有边框(Dam-bar)和槽孔(slot hole)结构;设计专用的冲压模具用于QFN引线框架的冲压加工,加工时能够一次冲压成型,与蚀刻加工工艺相比,加工时长大大缩短;本发明通过改变QFN引线框架的结构设计,采用冲压方式加工进行加工,提高了引线框架的加工及产品成型生产的效率,同时降低了材料和人工成本。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1为本发明实施例中一种QFN冲压框架的框架单元正视图;
图2为本发明的QFN冲压框架图1实施例的A-A剖视图;
图3为本发明的QFN冲压框架图1实施例的B-B剖视图;
图4为本发明的QFN冲压框架图1实施例的C-C剖视图;
图5为本发明实施例中一种QFN冲压框架的制备方法流程图;
图6为应用本发明的QFN冲压框架的制备方法制作的由左右对称以流道为单元的矩阵排列的QFN冲压框架俯视图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
如图1-4和6所示,本发明实施例提供了一种QFN冲压框架,包括框架单元1,框架单元1包括基岛11、引脚12和边框13,边框13呈方形,基岛11和引脚12位于边框内侧;
基岛11呈方形且四角分别通过拉杆14与边框13的四角连接;
引脚12为多个,引脚12沿边框13间隔布置且由边框13向内延伸至距离基岛11第一设定距离,引脚12和拉杆14都具有冲压折弯15,使得基岛11平面高于引脚12和拉杆14的冲压平面设定高差。
上述技术方案的工作原理和有益效果为:本方案的QFN冲压框架,如图6所示设有多个框架单元,框架单元可用于封装一颗QFN芯片,在封装后通过切割分离形成单个芯片;每个框架单元采用不同于常规QFN的引线框架设计结构,引脚包括内引脚和外引脚,内引脚和外引脚设置冲压折弯,适用于采用冲压加工,加工时能够一次冲压成型,与蚀刻加工工艺相比,加工时长大大缩短,还可以消除蚀刻用药剂的污染问题;为加强引脚与EMC结合强度及成型后产品引脚只露出功能所需部分,引脚和四角拉杆(Tie-bar)采用折弯式(Up-set)结构设计,单颗产品四边设计有边框(Dam-bar)和槽孔(slot hole)结构;本方案通过改变QFN引线框架的结构设计,采用冲压方式加工进行加工,提高了引线框架的加工及产品成型生产的效率,同时降低了材料和人工成本。
在一个实施例中,如图1所示,位于边框13同一侧的引脚12均匀间隔布置,且相邻引脚12间隔第二设定距离。
上述技术方案的工作原理和有益效果为:本方案通过将引脚均匀沿边框布置,且相邻引脚间隔第二设定距离,实现了相邻引脚的可靠隔离,避免部分相邻引脚的距离过小容易引发短路,造成失效;另外,可以方便芯片贴装后进行金线键合工序制作;本方案的引脚具有规律性的布局也更美观。
在一个实施例中,如图1所示,边框13的外边沿设有长槽17;边框的四角设有圆形孔16,如图6所示,同列中相邻的框架单元共享其相邻侧的两个圆形孔16;引脚12与边框13连接处设有多个冲压台阶,如图2-4所示在冲压折弯15处设有两个冲压台阶。
上述技术方案的工作原理和有益效果为:本方案通过在边框的外边沿设置长槽,在边框的四角设置有圆形孔,可以减少框架在冲压加工过程中产生的应力形变,同时可以在产品注塑过程中排走包裹在模具型腔里的空气避免产生内部空洞,在基岛四周设计及冲压出半台阶和引脚采用Up-set设计,可以提高封装后与封装材料的结合强度,从而提高寿命;同列中相邻的框架单元共享其相邻侧的两个圆形孔,能够提高单位材料上的框架单元排列密度,节省材料及成本;内外引脚连接处冲压多个台阶,缩小了单个台阶距离(台阶截面宽度)范围内的冲压深度(即冲压量),可以防止冲压时发生断裂,提高良品率,减少内部应力,提高寿命。
在一个实施例中,如图2-4所示,冲压平面都与基岛平面的设定高差为铜带厚度的0.5-0.75倍;如图2所示,基岛四角的拉杆具有几字形冲压折弯;
如图2所示,基岛四角的拉杆(Tie-bar)具有几字形冲压折弯,且冲压折弯的冲压深度为铜带厚度的0.5-0.75倍。
上述技术方案的工作原理和有益效果为:本方案通过将基岛平面与边框平面平齐,但引脚和拉杆的冲压平面高出基岛平面与边框平面,即基岛平面与冲压平面存在一个设定高差的错开,将芯片贴装在基岛的正面,使得芯片四周被引脚和拉杆环绕,封装时能够更好地对芯片进行保护,提高产品安全性和可靠性;基岛的背面在产品成型后露出,能够更好地给工作时的芯片散热。
本发明实施例提供了一种制备QFN冲压框架的冲压模具,包括底模和冲切模;
底模呈方形,且具有与环绕中间基岛设置的引脚与拉杆(Tie-bar)的冲压平面对应的环形凹槽;在环形凹槽的周边,除边框、引脚和拉杆(Tie-bar)对应位置外,设置有镂空;引脚和拉杆(Tie-bar)的冲压平面边缘对应位置设有向环形凹槽方向下沉的冲压折弯;
冲切模呈方形,且具有与环形凹槽对应的环形凸起,与镂空位置对应设有切刀;在冲压折弯对应位置设有与冲压折弯配合的凸台。
上述技术方案的工作原理和有益效果为:本方案的底模用于支撑铜带加工QFN冲压框架的框架单元位置,采用动力设备带动冲切模向安放有铜带的底模进行冲压,将框架单元镂空处进行切除,冲压力让铜带变形,使得基岛平面与冲压平面(即引脚和拉杆(Tie-bar)的冲压平面)错开一个设定高差;根据框架单元的结构,设计专用的冲压模具用于QFN引线框架的冲压加工,使得框架单元加工时能够一次冲压成型,与蚀刻加工工艺相比,加工时长大大缩短,提高生产效率,节省成本。
如图5所示,本发明实施例提供了一种QFN冲压框架的制备方法,包括以下步骤:
S100:采用预制设定厚度和宽度的铜带,在进行清洁处理后,下料成框架基板;
S200:根据定位孔设计,采用冲切工艺在框架基板上加工出定位孔3,如图6所示在框架基板沿框架单元排列的行方向两边都设设置有定位孔3;
S300:采用前述制备QFN冲压框架的冲压模具,分别采用不小于框架单元的长度或者宽度的步进距离进行移动,在框架基板上对应沿长、宽方向进行冲压加工,即得到如图6所示的具有呈方形矩阵排列的多个框架单元的QFN冲压框架1。
上述技术方案的工作原理和有益效果为:本方案对选用的铜带进行清洁,下料成框架基板,然后加工出定位孔,再将框架基板置于冲压模具进行冲压成型,每次冲压后都将框架基板移动一个与框架单元的长度或者宽度尺寸设计对应的步进距离,再进行下一次冲压;排列中的行方向和列方向的步进距离可以相同也可以不同,具体根据框架单元的长宽尺寸和其它需求确定;通过冲压与步进移动相互配合,从而在框架基板制备出预先设计好的呈矩阵排列的多个框架单元,引线框架整体采用产品行列排列结构;本方案采用冲压成型工艺,代替现有的蚀刻加工工艺,使得QFN冲压框架加工时长大大缩短,还可以消除蚀刻用药剂的污染问题。
在一个实施例中,如图6所示,在S200步骤中,在每相邻两列的框架单元之间位置采用冲切工艺制作塑封注胶流道2。
上述技术方案的工作原理和有益效果为:本方案在冲压加工时,在QFN冲压框架的每相邻两列的框架单元之间的中间位置,冲压切割出塑封注胶流道;对于设置了塑封注胶流道的QFN冲压框架,在制作冲压过程中,其框架单元的排列行方向的步进距离存在两个不同的步进距离,且需要交替使用两个不同的步进距离进行移动;相邻两列的框架单元间设计有注胶流道和Slot hole结构,为封装提供注胶流道和注入孔,方便封装成型;可以提高封装效率。
在一个实施例中,在S300步骤中,在冲压前,进行框架基板初始位置检测;在冲压过程,框架基板每次移动步进距离后,进行定位检测,初始位置检测和定位检测都采用以下方式:
采用CCD相机拍摄基板定位图像,并对基板定位图像进行预处理,预处理包括灰化处理和图像增强处理;
对预处理后的基板定位图像进行基板边缘轮廓和冲压模具边缘轮廓特征提取,得到基板和冲压模具两者的二值轮廓图像;
将框架基板和冲压模具两者的二值轮廓图像进行像素坐标对比,若发现框架基板定位存在偏差,则根据偏差的像素距离对框架基板位置进行微调。
上述技术方案的工作原理和有益效果为:本方案在冲压加工时,通过CCD相机拍摄基板定位图像,在进行预处理后实施框架基板和冲压模具的边缘轮廓提取得到基板和冲压模具两者的二值轮廓图像,采用二值轮廓图像进行像素坐标对比,进行定位对齐判定,若存在偏差,则根据偏差的像素距离对框架基板位置进行微调;本方案可以提高QFN冲压框架的加工精度,从而提高良品率;预处理包括灰化处理,能够降低图像处理与运算的数据量,通过图像增强处理可以提高图像品质,提高图像的可识别度,有利于后续基板边缘轮廓和冲压模具边缘轮廓的特征提取。
在一个实施例中,预处理方式如下:
对基板定位图像进行灰化处理,得到对应的灰化处理后的基板定位图像;
基于所述灰化处理后的基板定位图像中每一个像素点,将R通道像素值与R通道加权值的乘积、G通道像素值与G通道加权值的乘积以及B通道像素值与B通道加权值的乘积相加以获取针对的像素点的灰度值,采用高斯滤波算法对灰化处理后基板定位图像的像素点将图像窗口的固有变差和图像窗口总变差结合起来,形成结构与纹理分解正则化器,进行平滑处理,得到平滑处理后的基板定位图像;
对所述平滑处理后的基板定位图像进行图像增强处理,即对平滑处理后的基板定位图像采用图像增强模型进行有监督的模型训练,得到图像增强后的基板定位图像。
上述技术方案的工作原理和有益效果为:本方案对基板定位图像的预处理包括灰化处理、平滑处理和图像增强处理,其中,灰化处理可能降低图像处理的数据量,提高处理效率;通过平滑处理将图像中有意义的结构和纹理单元融合在一起,使得图像纹理清晰;采用图像增强模型进行有监督的模型训练,通过图像增强处理提高图像质量和可辨识性,从而提高框架基板定位验证的准确性,避免出现验证错误;其中,固有变差是指一个图像窗口中主要结构产生的比包含在另一个图像窗口的复杂纹理具有更多相似方向的梯度;图像窗口总变差是反映基板定位图像质量的参量。
在一个实施例中,在结构与纹理分解正则化器中,图像窗口总变差采用以下总变差模型表示:
上式中,表示图像窗口的总变差模型;S表示输出结构图像;表示输出结构图像
中像素点;表示输入图像中像素点;表示像素点;表示以p像素点为中心的一个正方
形区域内所有的像素点的索引;和分别表示图像的横向和纵向像素坐标;表示修正因
子,可取;表示高斯核函数,有
上述技术方案的工作原理和有益效果为:本方案对于基板定位图像平滑处理时图像窗口总变差采用上述算法模型表示,该算法模型依赖于图像局部的数据,不需要认为局部的梯度是各项同性的,只要在一个局部窗口中方向相反的梯度相互抵消,不管梯度模式是不是各项同性的或是异性的都能生效,可以起到锐化边缘的效果,通过上述算法模型处理可以获得好的结构图像,然后再检测该结构图像的边缘,便于边缘提取,提高图像的可辨识性。
在一个实施例中,对框架基板的移动进行跟踪,采用单目视觉拍摄框架基板的移动,框架基板由远及近在生产线上移动,其位置和大小变换时,框架基板像素点数量的处理方法为:
为了简化统计框架基板图像的像素点的数量,采用自适应关键帧算法对框架基板
图像中所有像素点进行二值化处理,二值化时要设定灰度阈值,若某像素点的灰度值大
于灰度阈值,将该像素点的灰度值设成255,若像素点上的灰度值小于灰度阈值,则将灰
度值设成0;为给冗余视频帧设定统一的筛选标准,要设定筛选阈值,筛选阈值的比较对
象为百分比,该百分比表示框架基板视频帧图像中满足阈值条件的像素占整张框架基板
图像像素的比例;只有大于等于T2,才会将视频帧归为关键帧,否则为冗余帧,计算满足阈
值条件的像素点占比公式:
式中,表示当前框架基板视频帧是否为关键帧的标志,表示自适应关键帧算法
筛选冗余框架基板视频帧的筛选阈值,如果表示当前框架基板视频帧时关键视频帧,
继续进行均值漂移算法,否则目标跟踪中将当前框架基板视频帧作为冗余筛选,不进行目
标跟踪。
上述技术方案的工作原理和有益效果为:本发明通过单目视觉拍摄框架基板的移动,框架基板在生产线由远及近靠近冲压模具,其位置和大小变换时框架基板像素点数量经过上述处理,实现了冗余视频帧设定统一的筛选标准,提高了框架基板识别的效率,简化了统计框架基板图像的像素点的数量,降低了摄像头的工作负荷,为框架基板的准确识别提供了技术基础。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种QFN冲压框架,其特征在于,包括框架单元,框架单元包括基岛、引脚和边框,边框呈方形,基岛和引脚位于边框内侧;
基岛呈方形且四角分别通过拉杆与边框的四角连接;
引脚为多个,引脚沿边框间隔布置且由边框向内延伸至距离基岛第一设定距离,引脚和拉杆都具有冲压折弯,使得引脚和拉杆的冲压平面都与基岛平面存在设定高差。
2.根据权利要求1所述的QFN冲压框架,其特征在于,位于边框同一侧的引脚均匀间隔布置,且相邻引脚间隔第二设定距离。
3.根据权利要求1所述的QFN冲压框架,其特征在于,引脚与边框连接位置设有多个冲压台阶,边框的外边沿设有长槽;边框的四角设有圆形孔。
4.根据权利要求1所述的QFN冲压框架,其特征在于,冲压平面都与基岛平面的设定高差为铜带厚度的0.5-0.75倍;基岛四角的拉杆具有几字形冲压折弯。
5.根据权利要求4所述的QFN冲压框架,其特征在于,基岛四角的拉杆具有几字形冲压折弯,且冲压折弯的冲压深度为铜带厚度的0.5-0.75倍。
6.根据权利要求1所述的QFN冲压框架,其特征在于,框架单元设有多个且呈矩阵排列在同一铜带上,每相邻两列的框架单元之间设置塑封注胶流道;
在铜带上沿各列框架单元的两端都间隔设有定位孔,定位孔采用圆孔或者腰形孔,定位孔的数量与框架单元的列数相对应。
7.一种制备权利要求1-6中任意一项所述QFN冲压框架的冲压模具,其特征在于,包括底模和冲切模;
底模呈方形,且具有与环绕中间基岛设置的引脚与拉杆的冲压平面对应的环形凹槽;在环形凹槽的周边,除边框、引脚和拉杆对应位置外,设置有镂空;引脚和拉杆的冲压平面边缘对应位置设有向环形凹槽方向下沉的冲压折弯;
冲切模呈方形,且具有与环形凹槽对应的环形凸起,与镂空位置对应设有切刀;在冲压折弯对应位置设有与冲压折弯配合的凸台。
8.一种QFN冲压框架的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S100:采用预制设定厚度和宽度的铜带,在进行清洁处理后,下料成框架基板;
S200:根据定位孔设计,采用冲切工艺在框架基板上加工出定位孔;
S300:采用权利要求7所述的冲压模具,分别采用不小于框架单元的长度或者宽度的步进距离进行移动,在框架基板上对应沿长、宽方向进行冲压加工,即得到具有呈方形矩阵排列的多个框架单元的QFN冲压框架。
9.根据权利要求8所述的QFN冲压框架的制备方法,其特征在于,在S200步骤中,在每相邻两列的框架单元之间位置采用冲切工艺制作塑封注胶流道。
10.根据权利要求8所述的QFN冲压框架的制备方法,其特征在于,在S300步骤中,在冲压前,进行框架基板初始位置检测;在冲压过程,框架基板每次移动步进距离后,进行定位检测,初始位置检测和定位检测都采用以下方式:
采用CCD相机拍摄基板定位图像,并对基板定位图像进行预处理,预处理包括灰化处理和图像增强处理;
对预处理后的基板定位图像进行基板边缘轮廓和冲压模具边缘轮廓特征提取,得到基板和冲压模具两者的二值轮廓图像;
将框架基板和冲压模具两者的二值轮廓图像进行像素坐标对比,若发现框架基板定位存在偏差,则根据偏差的像素距离对框架基板位置进行微调。
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