快速準(zhǔn)確地測量半導(dǎo)體封裝的引線翹起的方法

近年來，在智能手機(jī)、平板電腦、可穿戴設(shè)備等不斷向小型化、纖薄化方向發(fā)展、汽車通信和電子控制化應(yīng)用增加的背景下，對(duì)于電子元件的封裝質(zhì)量和可靠性的要求越來越高。其中，半導(dǎo)體封裝（引線框封裝）的引腳發(fā)生翹起會(huì)導(dǎo)致連接不良、連接部強(qiáng)度下降，因此需要特別注意。
下面將解說引線框和引線翹起相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)、在引線翹起測量方面的課題、課題解決方法，以及可飛躍性地提升作業(yè)效率與準(zhǔn)確性的測量方法。

■何謂引線框（引線）

“引線框（英語：lead frame）"是指，在IC、LSI等半導(dǎo)體封裝中，在支撐和固定半導(dǎo)體芯片（半導(dǎo)體元件）的同時(shí)，通過從封裝伸出的如同蜈蚣腳般的多個(gè)外部連接端子“外引線"連接外部配線的部件。
這種形態(tài)的半導(dǎo)體封裝完成品也稱為“引線框封裝"，從樹脂露出的外引線也可簡單地稱為“引線"。引線框各部分名稱和半導(dǎo)體封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示。

■引線框（引線）的材質(zhì)、加工和用途

引線框（引線）一般使用Cu合金（銅合金）類材料和鐵合金類材料等在導(dǎo)電度、機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)熱度、耐腐蝕性等方面出眾的薄板。
將這些長薄板依次輸送，實(shí)施精密沖壓（沖裁、拉延、彎曲）加工。由此成型為支撐固定半導(dǎo)體芯片（半導(dǎo)體元件）的“芯片焊盤"、與半導(dǎo)體元件配線的“內(nèi)引線"、連接外部配線的“外引線"等。除機(jī)械加工以外，引線框制造工序還有蝕刻、電鍍等表面處理工序。
引線框不僅可用于IC、LSI等集成電路封裝，還可用于離散半導(dǎo)體、光電耦合器、LED等。這些都采用引線接合，作為將半導(dǎo)體元件各電極和內(nèi)引線進(jìn)行內(nèi)部連接的方法。

■引線翹起、連接不良等表面貼裝中的不良與應(yīng)對(duì)措施

近年來，隨著封裝電子元件小型化和電子電路高密度化，引線框及其連接要求具有更嚴(yán)格的精度。在表面貼裝工序中，外引線的尺寸和形狀、共面性的不良是造成封裝時(shí)不良的原因。此外，因?yàn)橐€表面處理不良、回流焊熱量不足而導(dǎo)致的焊錫漿（焊錫膏）擴(kuò)散（濕潤）不足、因?yàn)榛亓骱笚l件不合適而造成的焊錫熔融不足、因?yàn)橛∷㈦娐钒?/span>翹曲等各種條件而發(fā)生表面貼裝元件（SMD）的“引線翹起"，這些造成了連接不良，降低接點(diǎn)強(qiáng)度。
下面是引線翹起等代表性封裝不良的原因與應(yīng)對(duì)措施的例子。

?引線翹起（部件翹起）

·       現(xiàn)象：外引線等電子部件端子上沒有焊錫，呈向上翹起的狀態(tài)。

·       原因：焊錫印刷或部件的位置偏移、焊錫印刷量或熔融時(shí)間不均勻、引線等端子變形、裝配機(jī)按壓不足。

·       應(yīng)對(duì)措施：修正位置偏移、減少焊劑含量、檢查和管理引線等端子形狀、研究印刷條件、研究回流焊條件。

?焊錫未熔融

·       現(xiàn)象：焊錫未充分熔融，有粉末殘留。發(fā)生封裝部件連接強(qiáng)度下降、引線翹起等情況。

·       原因：回流焊條件不合適、焊錫漿劣化。

·       應(yīng)對(duì)措施：重新評(píng)估回流焊條件、確認(rèn)和更改焊錫漿保管方法。

?無焊錫

·       現(xiàn)象：接合焊盤上沒有或極少焊錫。

·       原因：焊錫漿印刷量不足、接合焊盤與引線表面狀態(tài)和焊錫漿劣化導(dǎo)致潤濕不足、回流焊時(shí)熱量不足。

·       應(yīng)對(duì)措施：查看接合焊盤和引線的表面、印刷掩膜、焊錫漿的狀態(tài)，重新評(píng)估回流焊條件。

?焊錫擴(kuò)散不足

·       現(xiàn)象：焊錫在接合焊盤或引線上未充分潤濕擴(kuò)散，發(fā)生連接部分強(qiáng)度下降、引線翹起等。

·       原因：焊錫漿印刷量不足、接合焊盤、引線和焊錫漿劣化、熱量不足。

·       應(yīng)對(duì)措施：查看接合焊盤和引線的表面、印刷掩膜、焊錫漿的狀態(tài)，重新評(píng)估回流焊條件。

?焊錫量不均勻

·       現(xiàn)象：焊接部的焊錫量不固定。造成引線翹起、連接不良。

·       原因：焊錫漿的印刷性（穿過性）低、印刷條件不合適。

·       應(yīng)對(duì)措施：研究焊錫漿和印刷條件。

■引線翹起測量的課題

每個(gè)已封裝的半導(dǎo)體封裝里都有很多引線，要確認(rèn)引線的連接狀態(tài)并不容易。尤其是在電子部件小型化、封裝印刷電路板高密度化的背景下，測量難度不斷增大。
在使用高度尺規(guī)和三坐標(biāo)測量儀測量引線翹起（高度）時(shí)，存在以下課題。

?使用高度尺規(guī)測量引線翹起的課題

通過搭配使用千分表，高度尺規(guī)可以進(jìn)行高度的測量。
測量僅限于點(diǎn)，為了提升精度，需花費(fèi)時(shí)間測量多點(diǎn)。但是，即使花費(fèi)大量時(shí)間測量多點(diǎn)，也難以掌握面的整體狀態(tài)。

此外，測量高密度印刷電路板封裝中的半導(dǎo)體工件的引線時(shí)，往往難以接觸到狹窄部分的極小處進(jìn)行測量。而且，測量結(jié)果的人為偏差、測量儀本身的誤差都會(huì)導(dǎo)致無法穩(wěn)定地完成測量。

?使用三坐標(biāo)測量儀測量引線翹起的課題

如要使用三坐標(biāo)測量儀測量，必須使探頭前端的接觸件接觸目標(biāo)物測量位置上的多個(gè)部位。
但是，印刷電路板和部件因?yàn)榻佑|件的測量壓力而發(fā)生微小彎曲時(shí)，會(huì)產(chǎn)生測量值偏差。

此外，半導(dǎo)體封裝的引線部分很小，必須事先精密地編寫測量儀的程序。根據(jù)引線連接部分的不同尺寸和配置，有時(shí)測量本身就非常困難。

■引線翹起的課題解決方法

對(duì)于立體的目標(biāo)物和待測量面，使用的接觸式測量儀需以點(diǎn)為單位進(jìn)行接觸，因此測量相當(dāng)耗時(shí)。此外，還存在人為產(chǎn)生的偏差等導(dǎo)致測量值可靠性較低、數(shù)值數(shù)據(jù)化等后續(xù)處理不便的課題。

為解決這些測量課題，基恩士開發(fā)了3D輪廓測量儀“VR系列"。
以非接觸的方式，以面為單位來準(zhǔn)確捕捉目標(biāo)物的3D形狀。此外，快速完成載物臺(tái)上目標(biāo)物的3D掃描，高精度地測量三維形狀。因此，測量結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生偏差，可瞬間實(shí)施定量測量。下面具體介紹這些優(yōu)點(diǎn)。

?優(yōu)點(diǎn)1：單位面積1秒。用“面"一并取得目標(biāo)物整體的3D形狀。

“VR系列"可在1秒內(nèi)取得面的數(shù)據(jù)（一鍵80萬點(diǎn)數(shù)據(jù)），飛躍性地縮短了因多點(diǎn)測量而耗費(fèi)的時(shí)間。準(zhǔn)確測量目標(biāo)物整體的3D形狀，并快速完成評(píng)估。
此外，還可以通過彩色圖將多條引線的高度差異進(jìn)行可視化，使操作人員一眼掌握哪根引線以什么數(shù)值翹起。而且只要掃描過一次，之后就能取得各個(gè)部位的輪廓數(shù)據(jù)，因此可掌握詳細(xì)狀態(tài)。

?優(yōu)點(diǎn)2：微小的目標(biāo)物也能輕松實(shí)現(xiàn)定量測量

可切換低倍率/高倍率相機(jī)，半導(dǎo)體工件引線等微小目標(biāo)物整體和細(xì)節(jié)均能準(zhǔn)確完成3D掃描。

此外，將目標(biāo)物放置到載物臺(tái)上，通過只需按下按鈕的簡單操作，即可測量3D形狀。根據(jù)目標(biāo)物的特征數(shù)據(jù)自動(dòng)完成位置補(bǔ)正，因此無需嚴(yán)格的定位。無需經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)即可定量測量，不會(huì)產(chǎn)生人為偏差，因此可增加測量數(shù)。
還配備了“Smart Measurement功能"，設(shè)定時(shí)能自動(dòng)設(shè)定測量范圍和移動(dòng)載物臺(tái)，免去了設(shè)定測量長度和Z范圍等麻煩。

■總結(jié)：飛躍性地提升棘手的引線翹起測量的速度和精度

采用“VR系列"，可通過高速3D掃描，以非接觸的方式迅速、準(zhǔn)確地測量引線翹起、各部件封裝狀態(tài)等面整體的3D形狀。

·       單位面積1秒。以面為單位、用彩色圖了解多根引線的翹起（高度），可通過各截面的輪廓測量，取得詳細(xì)數(shù)據(jù)。

·       小型、精密的封裝部件的整體和細(xì)節(jié)也能利用倍率切換，以非接觸方式高精度地進(jìn)行形狀測量。

·       無需定位。無需經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。只需將目標(biāo)物放置到載物臺(tái)上并按下按鈕的簡單操作，即可完成測量。

·       可用彩色圖顯示3D形狀?？蓪⒁荒苛巳坏臄?shù)據(jù)進(jìn)行共享，順利實(shí)現(xiàn)合作并采取措施。

·       輕松實(shí)現(xiàn)多個(gè)測量數(shù)據(jù)的定量比較和分析。

可將多個(gè)測量數(shù)據(jù)排列比較，并通過設(shè)定的批量應(yīng)用來分析數(shù)據(jù)。共享3D形狀數(shù)據(jù)，從測量作業(yè)到不良分析及不良應(yīng)對(duì)措施，飛躍性地縮短了工作時(shí)間，提升了效率。

基恩士 3D輪廓測量儀VR-6000系列

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