塑封、切筋打弯及封装散热工艺设计

本文介绍塑封及切筋打弯工艺设计重点，除此之外，封装散热设计是确保功率器件稳定运行和延长使用寿命的重要环节。通过优化散热通道、选择合适的材料和结构以及精确测量热阻等步骤，可以设计出具有优异散热性能的封装体，满足各种应用场景的需求，故补充封装散热设计相关内容，分述如下：塑封及切筋打弯工艺设计重点、封装散热设计。

塑封及切筋打弯工艺

塑封工艺设计重点 夹持距离：确保塑封模具型腔支撑筋到封装体边缘的最小夹持距离合适。 中筋考虑：根据框架是否有中筋，设定不同的最小距离。

平面度要求：对于特定封装类型，如Dpak、TO263，要求表面平面度在±0.0127mm内。

定位孔精度：定位步进用的孔精度需控制在±0.025mm。

浇口设计：浇口倒角需考虑模流平整均匀和填充顺畅。

流动方向：塑封料流动方向由框架设计决定。

溢料避免：模具设计需尽可能避免溢料。表面处理：模具型腔表面需抛光，特定产品需精磨处理。

气孔要求：不允许存在内外气孔（直径小于5mil的气孔不计）。

线材倒伏：内互联线材倒伏程度不超过焊点间距的10%。

精度：模具偏差精度需在2mil以内（新模具验收时按1.5mil验收）。

浇口圆角：多排框架类浇口圆角半径不小于6mm。

模具标识：设计时需考虑模具型腔标识。

浇口位置：建议浇口设计在封装体底部。

镀层处理：模具型腔建议进行物理气相沉积（PVD）镀层处理。

脱模角：脱模角不超过12°

支持柱子：支持柱子设计建议采用整体固定方式。

顶针设计：考虑脱模顶针、浇口、冒口顶针设计，针孔深度不超过4mil，顶针建议设计成圆形。

模具偏差控制：至少设计3根以上的针来控制模具偏差和错位。

质量要求：不允许框架压伤、无损标识、气孔及未填充、溢料出现在基岛及引脚。

切筋打弯工艺设计重点

抛光处理：预成型及最终成型的压模块需经过镜面抛光处理。 锋锐面设计：剪切成型模具需有锋锐面设计。 平刀边或角度：切中筋模具需有一定的平刀边或角度不超过10°。 驱动方式：剪切成型设备凸轮需马达驱动，推荐采用步进电机。 切口设计：剪切模具设计需留出至少50%切口，从冲头顶部到封装体表面。 V型沟槽：在分离处设计V型沟槽，确保剪切过程顺利分离封装体。 这些重点要素确保了塑封和切筋打弯工艺的高质量和可靠性，是封装工艺设计中不可或缺的部分。

封装散热设计

散热设计的核心在于构建高效的散热通道，并考虑不同材料对热量传递速率的影响。在此过程中，热阻作为一个关键参数，用于衡量热量传递的难易程度。与电路中的电阻类似，热阻反映了热量在传递过程中遇到的阻碍。 对于一个典型的半导体功率器件而言，其安装在PCB上时，热量传递路径上的热阻分布如下图所示

热阻的概念与计算 热阻是用来表征热量传递难易程度的数值。在封装系统中，热阻的分布和计算是散热设计的关键。器件系统的总热阻（RthA）可用下式求得： RthA = RthC+RthCS+RthSA 其中： RthC（又称θjc）是芯片到封装体表面的热阻； RthCS（又称θcs）是封装体表面到PCB表面的热阻； RthSA（又称θsa）是封装体表面到周围环境的热阻。

封装热设计的主要研究内容 封装热设计主要研究芯片到外壳的热阻（RthC或θjc）。这个热阻是芯片、键合丝、焊料、塑封料、框架以及框架引脚的热阻串并联之和。在封装设计过程中，需要了解器件的功耗，并根据材料的热阻特性代入串并联公式得出Rjc，从而得到芯片表面到封装体上下表面的温度差。 热阻的测定方法 在JEDEC标准JESD51-14中，规定了单一热传导路径半导体器件热阻的测试方法。其中，瞬态双界面测试法是一种常用的测试方法。该方法通过施加在被测半导体器件上的功率切换，得到结温随时间变化的曲线，进而分析封装体内部的结构关系。测试步骤包括： 使用测试小电流取得被测半导体器件的温度系数，得到正向电压随温度T变化的关系。

使用大电流进行加热。

当达到热平衡状态时，再次切换成小电流测量。

记录被测半导体器件的正向电压，直至和环境温度达到新的热平衡状态。

通过测试完整的瞬态热阻响应曲线，用数学手段做反卷积变换，得到关于热容和热阻关系的结构函数。

功率器件的热设计流程 确定器件功耗：根据器件的工作条件和性能参数，确定其最大功耗。

计算热阻：根据器件的功耗和允许的结温，计算允许的总热阻。然后，根据封装系统的热阻分布，计算各个环节的热阻。

选择材料：根据计算得到的热阻和温度要求，选择合适的封装材料和散热器材料。

设计散热器：根据计算得到的散热器到环境温度的热阻（RthSA），选择合适的散热器形状和尺寸。

验证设计：通过实测封装体上下表面的温度，验证材料的选择和散热工艺处理是否合适。 散热设计的注意事项

优化PCB布局：在PCB设计中，应优先使用耐高温性能良好的工业级以上器件，并合理布局元器件，以利于散热。

使用导热材料：在器件与散热器之间涂抹导热硅脂或安装导热垫，以降低接触热阻。

考虑环境因素：在选择散热器时，需要考虑环境因素，如空气流动、环境温度等。 综合考虑成本：在满足散热要求的前提下，应综合考虑散热器的成本、加工工艺和可靠性等因素。

封装散热设计是一个复杂而重要的过程，需要综合考虑多个因素。通过合理的散热设计，可以确保功率器件在安全的温度范围内工作，提高其可靠性和使用寿命。