Cos'è il Lead Frame? Tutto quello che devi sapere

"Cos'è telaio in piombo ? è quella domanda che, se mai ti venisse in mente, saresti comunque confuso. E se lo hai fatto, allora abbi un cuore umile perché sicuramente non sei l’unico. Ebbene, i lead frame sono incredibilmente importanti; tuttavia, la comprensione dello stesso può rivelarsi complicata.

Vorrei provare a spiegare cosa sono i lead frame in parole semplici, comprese le ragioni della loro esistenza e gli usi che trovano nell'industria dei semiconduttori.

Quindi rilassatevi e procediamo con la nostra discussione sui lead frame.

Cos'è un Lead Frame?

In breve, un leadframe può essere descritto come uno scheletro che forma il pacchetto di chip semiconduttori. Si riferisce ad una parte di supporto effettivamente meccanica per un chip semiconduttore che fornisce una connessione elettrica con altri circuiti esterni. Nella maggior parte dei casi, i lead frame sono realizzati utilizzando metalli come rame, leghe di rame e leghe ferro-nichel.

Comunemente, il telaio conduttore include una matrice che accetta il chip, dotata di conduttori formati da filo metallico per l'interconnessione tra il chip e la circuiteria esterna. In molti casi, i conduttori sono piegati in alcune configurazioni per un migliore contatto con il circuito stampato.

Una cosa è certa è che i lead frame hanno aiutato moltissimo nel confezionamento dei semiconduttori. Offre una sorta di sistema di supporto su cui viene posizionato il chip di silicio, tenendoli così uniti e facilitando il collegamento elettrico costante tra il chip e il package.

Ad esempio, aiuta nella dissipazione del calore proveniente dal chip durante le sue prestazioni operative, un fattore che mantiene notevolmente le prestazioni e la durata del prodotto. Nel complesso, i lead frame svolgono un ruolo cruciale nel consentire una produzione compatta, affidabile e ad alte prestazioni nell'industria dei semiconduttori.

Ma come funziona questo lead frame? Verrà spiegato di seguito.

Come funziona?

Il lead frame funziona fornendo una piattaforma stabile per il montaggio e il collegamento del chip semiconduttore. È costituito da una matrice, su cui è fissato il chip, e da cavi che collegano il chip al circuito esterno.

1  Allegato alla matrice:  Il chip semiconduttore è fissato al cuscinetto della matrice utilizzando un adesivo o una lega per saldatura conduttiva. Questo collegamento è fondamentale in quanto fornisce un percorso per il flusso dei segnali elettrici tra il chip e il leadframe.

2  Incollaggio di fili:  Dopo questa procedura, deve seguire il processo di wire bonding. Utilizzando fili sottili, viene creato un collegamento tra i cuscinetti di contatto sul chip e i conduttori del lead frame. In questo modo viene stabilita una connessione elettrica dal chip al mondo esterno/circuiti esterni.

3  Incapsulamento:  L'incapsulamento prevede l'imballaggio dell'assieme in un materiale protettivo, che viene utilizzato per proteggere i collegamenti di chip e fili da eventuali danni provocati. Possiede inoltre determinati livelli di dissipazione del calore della potenza ottenuta dal chip.

4  Formatura di piombo: I conduttori del leadframe sono normalmente formati in una forma particolare per il collegamento con il circuito stampato. I processi di formazione, a questo proposito, includono la sagomatura dei conduttori nei punti di allineamento ottimale verso le piazzole di contatto del circuito.

5  Test:  Il collaudo è possibile solo dopo l'assemblaggio del lead frame. Il controllo della funzionalità di base del chip semiconduttore e dell'integrità del collegamento del filo sono rigorosamente controllati dalla qualità e vengono eseguiti solo dopo il completamento dell'assemblaggio del leadframe. Ciò diventa molto vitale per verificare l'affidabilità e le prestazioni del prodotto elettronico finale.

È in questo modo che il leadframe funziona offrendo una piattaforma stabile e affidabile su cui il chip semiconduttore è in grado di montare e connettersi, rendendo così possibile la produzione di dispositivi elettronici compatti e ad alte prestazioni.

Come il Lead Frame si è rivoluzionato  la lavorazione?

I lead frame hanno rivoluzionato la lavorazione in diversi modi:

·  Lavorazione di precisione:

La miniaturizzazione richiede ora telai conduttori moderni, caratterizzati da un livello di tecniche di lavorazione di precisione elevato in modo che le strutture dei cuscinetti della matrice, dei fili conduttori e dei conduttori possano essere formati in modo molto accurato e allineati. Ciò ha accelerato lo sviluppo della tecnologia di lavorazione CNC per soddisfare i severi requisiti di produzione.

·  Miniaturizzazione:

I lead frame hanno consentito la miniaturizzazione dei dispositivi elettronici fornendo un modo compatto ed efficiente per collegare e interconnettere i chip semiconduttori. Per questo motivo, lo sviluppo deve essere effettuato in modo da produrre componenti più piccoli e altamente precisi per i leadframe.

·  Prezzo:

Sebbene tutti questi vantaggi del leadframe siano importanti, hanno rappresentato un'enorme opportunità per il produttore di componenti elettronici di ridurre il costo dei dispositivi elettronici. Inoltre, supporta la produzione ad alto volume e ad alta velocità con costi di materiale e processo relativamente bassi perché è incluso con tutti i suoi vantaggi.

·  Maggiore efficienza:

La spinta creata sopra verso tipi specifici di metodi e processi di lavorazione massimizzerebbe l’efficienza della produzione di lead frame.

Ciò ha portato a una maggiore efficienza nel processo di produzione, poiché i miglioramenti nella lavorazione guidata dalla produzione del lead frame hanno consentito tempi di produzione più rapidi riducendo al minimo gli scarti e migliorando il controllo di qualità.

Nel complesso, i lead frame hanno avuto un impatto sulla lavorazione e su ulteriori mezzi tecnologici applicati nei campi dell'elettronica, offrendo un grande contributo alla promozione di pratiche efficienti ed economicamente vantaggiose.

Applicazioni del Lead Frame

Esistono diverse industrie e macchine che utilizzano telai di piombo. Tuttavia, dopo aver sostenuto quanto sopra, si possono notare alcune aree di utilizzo predominanti nell'ambito delle industrie dell'elettronica e dei semiconduttori.

Alcune aree di utilità lo sono:

1  Imballaggio dei semiconduttori: L'uso principale è l'imballaggio di semiconduttori in cui i leadframe contribuiscono a fornire una piattaforma stabile per il montaggio dei chip semiconduttori e il collegamento degli stessi. Si dà il caso che costituiscano una parte importante dei circuiti integrati (IC) e di altri apparecchi elettronici.

2  Elettronica automobilistica: I lead frame, preparati nella forma richiesta, vengono utilizzati in diversi componenti elettronici automobilistici come l'unità di controllo della guida, i sensori degli airbag e i sistemi di frenatura antibloccaggio. L'applicazione principale di questi frame è fornire sia collegamenti elettrici che supporto meccanico per i chip semiconduttori all'interno del sistema.

3  Elettronica di consumo: I lead frame vengono senza dubbio utilizzati in innumerevoli prodotti elettronici di consumo, siano essi smartphone, tablet o laptop. Consente il confezionamento di microprocessori, chip di memoria e vari altri dispositivi a semiconduttore.

4  Illuminazione a led: I lead frame trovano applicazione nell'illuminazione a LED per agganciarsi o collegarsi insieme ai contatti dei chip LED montati su PCB. Garantiscono il collegamento elettrico dei diversi chip per la rimozione del calore necessario al LED per funzionare in modo ideale.

5  Dispositivi medici: Questi includono una serie di dispositivi medici impiantabili nella loro tipologia, come sensori, pacemaker e defibrillatori. La loro funzione aiuta nella connessione necessaria affinché i chip semiconduttori funzionino in modo affidabile in alcuni degli ambienti più difficili presentati in medicina.

6  Telecomunicazioni: Le apparecchiature di base nelle telecomunicazioni che fanno uso di lead frame comprendono l'elaborazione del segnale alla trasmissione dei dati, il tutto finalizzato a mantenere una rete continua di connessione e affidabilità su questi sistemi.

7  Equipaggiamento industriale:  Esistono diverse forme di apparecchiature e macchinari industriali che utilizzano i leadframe per servizi di monitoraggio e controllo. Alcune delle funzioni importanti consistono nel fornire le connessioni necessarie per l'uso di chip semiconduttori nei sistemi di automazione industriale, insieme ai sensori per lo scopo applicativo.

Conclusione finale

Dalla discussione precedente si può dire questo telai di piombo svolgono un ruolo molto importante nel distinguere le caratteristiche prestazionali e funzionali di diverse macchine e rispettivi settori, rendendolo quindi indispensabile  elemento dell'attuale produzione elettronica e di semiconduttori.