LCC-8贴片式集成电路封装结构

做硬件结构设计快十二年，经手的板级封装适配方案少说有几百套，LCC-8这类无引线陶瓷芯片载体封装，在小尺寸高可靠性电路场景里的适配性，是很多塑封SOP封装比不了的。先从实际安装边界说起，这类封装的引脚是从陶瓷基座侧面引出的镀金接触焊盘，没有向外延伸的鸥翼形或者J形引脚，整体占板面积比同引脚数的SOP-8小近三成，焊盘布局完全落在封装本体投影范围内，做高密度板卡布局的时候，不需要给引脚伸出预留额外的布线空间，这点在便携传感设备、工业级基准源模块的板级设计里优势特别明显。

实际应用场景里，这类封装大多用在对温漂、抗振动性能有要求的电路上，比如工业现场的压力传感前端信号调理模块、高精度基准电压源、车载小信号采集单元，陶瓷基座的热膨胀系数和PCB板的FR-4材料匹配度比普通塑封料好很多，在-40℃到125℃的宽温域工作环境下，焊点因为热应力产生疲劳开裂的概率比塑封器件低40%以上，而且侧面引出的镀金焊盘和PCB焊盘接触面积大，过回流焊的时候焊锡爬升高度均匀，不容易出现虚焊、立碑这类SMT常见缺陷，哪怕是做厚膜混合集成电路的裸芯片封装，LCC-8的腔体结构也能给裸芯片提供足够的保护空间，不需要额外做塑封灌胶处理。

设计这个封装三维模型的时候，最先要卡准的是引脚的节距尺寸，标准LCC-8的引脚中心距是1.27mm，每个侧面分布2个引脚，引脚宽度0.5mm，相邻引脚之间的间隙0.77mm，建模的时候不能把引脚和陶瓷基座做成一体结构，要单独拆分出镀金层的实体，因为实际生产里引脚是在陶瓷生坯烧结之后，通过金属化工艺镀上去的镍金层，厚度大概在5到8微米，模型里要把这个层厚的台阶做出来，不然导出STEP文件给SMT厂做钢网设计的时候，钢网开口厚度会算错，导致焊锡量不足。封装顶部的定位标记是1mm直径的圆形凹点，位置在1号引脚对应的顶角处，这个标记不能做凸台，必须是下沉0.1mm的凹坑，因为实际生产里这个标记是烧结的时候一起压出来的，用来给SMT贴片机做光学定位，凸台标记会在吸嘴取料的时候造成真空泄漏，导致抛料率上升。

封装本体的分层结构也要做准确，最底层是黑色的氧化铝陶瓷基座，厚度1.2mm，中间是围框形成的腔体，用来安放裸芯片和键合引线，顶部是和基座材质一致的陶瓷封盖，封盖和围框之间的金锡焊封环宽度0.3mm，厚度0.1mm，这个环带的位置不能偏移，不然封盖焊接的时候会出现气密性不合格的问题，高可靠性应用场景里这个封装的气密性要求要达到1×10^-8Pa·m³/s，焊封环的尺寸公差必须控制在±0.05mm以内。引脚部分的金属化层要做轻微的向外突出，突出量0.15mm，刚好和PCB上的焊盘边缘对齐，焊接的时候焊锡会顺着突出的金属层形成半月形的焊点，焊点强度比齐平结构高很多，做振动测试的时候，10到2000Hz的随机振动条件下，焊点能承受20g的加速度冲击不会脱落。

很多新手建模的时候容易忽略封装底部的散热焊盘，其实8引脚的LCC封装底部中心位置有一个2mm×2mm的裸露金属焊盘，这个焊盘是和芯片的衬底连通的，一方面用来把芯片工作产生的热量传导到PCB的散热铜皮上，另一方面可以做接地屏蔽，降低外界电磁干扰对小信号电路的影响，建模的时候这个焊盘要比陶瓷基座底面低0.05mm，这样焊接的时候焊锡能充分填充焊盘和PCB之间的间隙，热阻能控制在15℃/W以内，哪怕芯片功耗达到0.5W，也能靠PCB铜皮散热把结温控制在额定范围内。

再说到实际选型的时候的注意点，这类封装的安装高度从PCB板面到封装顶部是2.5mm，比SOP-8的安装高度低0.8mm左右，做超薄型设备结构设计的时候，这个高度优势很明显，比如便携风速测量仪、穿戴式生理信号采集模块，内部空间高度受限的情况下，选LCC-8封装的器件能省出不少结构堆叠空间。不过建模的时候也要注意，封装的四个角要做0.2mm的倒角，不能是直角，因为陶瓷材料烧结的时候直角位置容易产生应力集中，出现崩边缺陷，倒角处理之后不仅生产良率能提升，SMT贴装的时候吸嘴取料的定位精度也更容易保证，不会因为边角的微小崩缺导致视觉定位偏差。

另外，封装侧面的引脚金属化区域要做0.05mm的圆角过渡，不能有尖锐的棱角，不然在做引脚共面度检测的时候，棱角位置的反光会干扰光学检测设备的判断，误判为共面度超差。实际建模的时候把所有金属部分的表面粗糙度设置为Ra0.8，陶瓷部分设置为Ra1.6，这样渲染出来的效果和实际器件的质感一致，导出IGES文件给结构工程师做干涉检查的时候，也不会因为曲面碎面导致装配体打开卡顿。很多人做封装模型只做外形，忽略了内部腔体的尺寸，其实腔体的深度是0.8mm，足够容纳最大0.5mm厚度的裸芯片加上25μm直径的金丝键合线，做裸芯片封装设计的时候，这个腔体尺寸直接决定了能装多大的芯片，要是模型里没做腔体结构，后续做键合工艺模拟的时候就会出现引线和封盖干涉的问题。

还有个容易被忽略的细节，就是封装的引脚金属化层是沿着陶瓷基座的侧面从底部一直延伸到顶面0.2mm的位置，不是只在底面有焊盘，这样设计的好处是焊接之后可以从侧面直接观察焊点的成型情况，不需要做X射线检测就能判断有没有虚焊，对于小批量多品种的工业产品生产来说，能省不少检测成本。建模的时候这个侧面的金属延伸部分要做连续的曲面，不能有断差，不然实际生产的时候金属化层断差位置会出现电镀不均匀，导致焊接的时候焊锡浸润不良。