IC導線架及其沖壓模具技術

IC Leadframe and its stamping die technology

邱先拿

Hsien-na chiou

金屬工業研究發展中心

Metal Industries Research and Development Center

摘 要

IC導線架是半導體及資訊產品之關鍵性金屬元件，隨著半導體及資訊產業

之蓬勃發展，其市場需求甚巨且呈快速成長。IC導線架沖壓模具是精度水準最

高的模具代表，不僅要有高級的模具設計技術，而且應具備高精密的加工設備

（光學投影磨床及線割放電加工機是不可缺少的工具）。本文針對 IC導線架沖

模之設計及加工技術做一重點論述。

1. IC導線架簡述

1. IC導線架種類及進展歷程

2.導線架相關製程說明

1. IC製程說明

2. 導線架相關技術

A. 金線黏著（Wire bonding）

金線寸極為細小，其直徑約為 30 μm，抽製金線用模具目前國內無

人製造。

B. 導線架材料

IC導線架材料主要有鐵鎳合金（因鎳含量佔 42％，亦稱為 42合金）及銅

系合金（無氧銅、脫氧銅）。前者所佔使用比率約 20％，後者約為 80％。

3.導線架生產方式及趨勢

1. 導線架生產方式有沖壓加工及蝕刻加工兩種。其中沖壓加工是目前主

流，由於高腳數導線架之需求增加，使得蝕刻加工之應用有漸受重視之

傾向。國內 IC導線生產廠家除了原有的佳茂、順德、旭龍、新台、華

通、台灣住礦電子等外，新加入之業者有中信、慶豐、中華精密、利汎

科技等。

4.導線架沖壓料條佈置及模具組立圖

1. IC導線架沖壓模具設計說明

1.導線架之代表規格

2.導線架沖壓加工要點

1. 導線架之內導腳（Inner lead）前端要求高平坦度，平坦部區域至少 0.1

mm以上（大於金線直徑之三倍），因此必須採用壓印工程（coining）。

2. 各內導腳間隔（Lead space）要求保持正確且均勻，壓印加工將使此間隔

減小，故必須控制壓印深度及抑制導腳之橫向反曲（Twist）產生。

3. 內導腳之位置精度必須保持正確性以利後面工程 wire bonding之確實黏

著，對應之策是先沖切內導腳後沖切外導腳之沖壓加工順序要適正設

計，以及沖壓加工程中設計調整站（correction Stage）以抑制沖壓加工時

導線架導腳位置之偏移。

4. 導線架之平面性要求高以利後面工程輸送時及 wire bonding時之安定性及

暢順性。對應之策是沖切導腳時宜抑制其反曲量達最少程度及反曲方向

一致，還有沖切加工前之導線架素材應先施加應力消除工程。

5. 導線架之內導腳扭曲或偏移等變形要求達到最小程度，以利後續工程之

操作確實。解決之道在模具方面應注意壓料板之強壓設計，設定最適的

模具間隙及作用元件（沖頭及母模）之刃部要保持最佳狀態，模具導引

裝置剛性高。

3.導線架沖壓模具設計要點

1. 模具間隙

導線架沖壓模具間隙為板厚之 3～5％（銅系合金取 3％，42合金取

4～5％），至於壓料板與沖頭間隙將更小，宜小於模具間隙之 50％。

2. 壓料板

壓料板之壓料力要求高以抑制沖壓加工所產生的扭曲變形及改善導

腳沖切面品質，壓料位置宜集中於沖切荷重區域之附近（即 punch guide

部位），壓料板之壓料處採突出設計以提高局部的壓力使材料受到壓縮

應力而防止扭曲或反曲現象之發生，如下所示。

壓料板採突出設計

3. 沖切加工順序

適正的沖切加工順序設計是改善導腳之沖切變形或扭曲的最有效方

法，欲藉由後續的退火作業以矯正導腳之沖切變形或扭曲是難以達成

的。下列是沖切順序考量之基本原則：

A. 先沖切內導腳，後沖切外導腳。

B. 先沖切短導腳，後沖切長導腳或先沖切長導腳後沖切短導腳之方式皆

可，切記不可採用短導腳與長導腳相互交叉式沖切之配置形式。

4. 母模形式

母模形狀採直段後推拔或全推拔方式設計；配合加工方式，母模形

狀採直段後推拔型或全推拔型設計。前者之直段部長度設計 3 mm，推拔

角度 1/2°，加工方法採用研磨加工，後者之推拔角度取 ，其加工方

法採用線割放電加工。

5. 調整站設計

為增加模具之強度或使沖模有充分的固定空間，空站是連續沖模設

計之重要一環。還有為抑制導線架於沖切加工過程之扭曲或變形發生，

設計調整站是必須考慮的要點。

6. 模具剛性與導引方式

A.模具導引方式採用雙重導引，即主導柱（Main guide post）與輔助導柱（Sub

guide post）併用方式。

B.外導柱數目採雙數設計，模具尺寸小於 600 mm時六支外導柱設計，模具尺寸

大 800 mm時採八支外導柱設計。

C.使用高剛性的滾柱型導柱（Roller guide）以提高導引精度及剛性。

D.內導引裝置採用全導引型（亦稱為三模板全導方式），即內導柱通過沖頭

板、壓料板及母模板。

1. IC導線架沖壓模具加工技術趨向

1. 導線架沖壓模具需求趨勢

1. 模具朝小型化

由於線割放電加工（WEDM）技術之發展使其加工精度及表面品質

得以提高，因此利用WEDM方式進行母模塊或壓料板入塊之加工漸有替

代研磨加工之可能，如此可減少沖壓工程站數（空站之設計可減少）而

使模具尺寸大幅縮小。為配合高速沖床之規格，多腳數導線架（100 pins

以上）之沖切模具尺寸達 1200 mm以上長度，故其沖壓生產方式必須採

沖床串列佈置型。

2. 模具元件朝小型化及高精度化

以多腳數導線架用導腳沖切沖頭為例，其形狀、尺寸之動向朝外形尺寸縮

小、刃部長度減短、沖頭厚度更薄發展，而其精度動向朝高精密、低加工面粗

度進展。為了達到如此高精度（尺寸公差±2 μm以下）及低表面粗度（0.3 μm

Ra以下）之要求，使用高精度研磨設備及低表面粗度之線割放電加工機是必要

的。

2.導線架沖壓模具加工關鍵技術

1. 高精度／表面粗度研磨

A.光學投影研磨。

B.高速往復式研磨。

C.工模治具研磨。

D.鏡面抹磨加工（Lapping）。

2. 線割放電加工（WEDM）

A.油式線割放電加工。

B.水式線割放電加工。

C.低變質層線割放電加工。

3. 模具材料及處理技術

A.模具熱處理技術。

B.PVD、CVD、TD等。

C.超硬模材鑽石薄膜被覆（Diamond coating）。

D.超微粒子超硬模材。

IC導線架模具元件之形狀尺寸動向（沖頭）

IC導線架模具元件（沖頭）之精度動向

3.導線架沖壓模具加工事例

1. 導腳沖切沖頭加工事例

2.

3. 切腳沖頭加工事例

四、結論

隨著 IC產品愈來愈小型化，IC模具不得不配合朝向小型與高精度，此時

料條佈列防止翹曲，間隙控制以降低毛邊，適當熱處理以延長，確保模具壽命

以及精密加工，以符合要求都是不可或缺的技術。

本文介紹了模具設計、加工上的重點，希望有助於國內精密 IC模具之發

展。