集成電路封裝的共面性問(wèn)題

楊建生(天水華天微電子有限公司，甘肅 天水 741000)

摘 要：本文簡(jiǎn)要敘述了集成電路封裝的共面性問(wèn)題，諸如引線共面性、共面性問(wèn)題及自動(dòng)化加工系統(tǒng)，從而表明采用自動(dòng)化系統(tǒng)將會(huì)使與共面性有關(guān)的問(wèn)題得到極大的降低，保證電子產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。

關(guān)鍵詞：共面性問(wèn)題；自動(dòng)化系統(tǒng)；產(chǎn)品質(zhì)量

中圖分類號(hào)：TN305．94 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言

近年來(lái)，對(duì)精細(xì)且密集的電子器件的要求已引起了小的、細(xì)間距集成電路的急劇增長(zhǎng)。對(duì)細(xì)間距IC的要求，不嚴(yán)格的定義為：引線間距為25μm或更小，特別是在PC制造業(yè)、通信設(shè)備和汽車電子元件方面要求更嚴(yán)格。如果制造商們想從這些器件中獲益的話，那么這些細(xì)間距IC的出現(xiàn)，已引起了要他們必須弄清并處理很多問(wèn)題，諸如引線共面性問(wèn)題。

制造商們面對(duì)的首要問(wèn)題就是如何對(duì)付細(xì)間距器件，并避免對(duì)其精細(xì)引線造成破壞的問(wèn)題。此破壞可造成器件自身的、PCB的，以及甚至在該范圍失效的產(chǎn)品替換的昂貴成本問(wèn)題。

2 引線共面性

討論細(xì)間距IC加工技術(shù)時(shí)常常提及的問(wèn)題，而且是整個(gè)業(yè)界越來(lái)越引起關(guān)注的問(wèn)題，就是引線共面性問(wèn)題。當(dāng)研究彎曲引線問(wèn)題時(shí)，這是最重要的問(wèn)題。簡(jiǎn)單地說(shuō)，共面性就是在焊接工藝之前，對(duì)置于PCB板上，其焊盤位置上的細(xì)間距器件引線的尖端狀況的一種度量方法。較準(zhǔn)確地說(shuō)，共面性就是在一平面的正上方引線尖端的距離。定義為當(dāng)把器件置于板上時(shí)，器件將依賴于這些引線。打個(gè)粗略的比方，如果有一個(gè)三條腿的工具，一條腿正好比別的兩條腿短半英寸，就具有不良的共面性。本質(zhì)上它是有缺陷的，不能發(fā)揮其作用。具有差的共面性的IC將也不能發(fā)揮其作用，而且影響會(huì)更嚴(yán)重。處理錯(cuò)了的器件，尤其是細(xì)間距器件，可形成彎曲引線，并導(dǎo)致不良的共面性。然而，在制造工藝階段，檢查不良的共面性問(wèn)題是困難的，甚至是不可能的。如果直到最終的生產(chǎn)裝配時(shí)才檢查出了元件失效問(wèn)題的話，那么它們會(huì)產(chǎn)生昂貴的且有時(shí)候是災(zāi)難性的后果。

不良共面性的最壞的影響就是焊接接頭的斷開，這會(huì)造成在PCB上器件引線尖端和其焊盤之間存在很大的間隙。通常隨著焊接的“燈芯”效應(yīng)而出現(xiàn)，即焊劑爬上引線，形成焊接頭斷開。這有時(shí)候通過(guò)提供較多或較厚的焊劑而得到克服。然而，這樣做也產(chǎn)生了諸多問(wèn)題，原因在于與器件引線尖端和PCB表面之間直接的接觸相比，焊料提供的連接較弱。

由于制造IC的復(fù)雜性，器件銷售商沒(méi)有打算消除共面性問(wèn)題。JEDEC已制定了0．1016mm的規(guī)范，這適合于大多數(shù)器件封裝類型的生產(chǎn)狀況。

3 共面性問(wèn)題

如果在錫焊工藝之前，對(duì)有不良共面性的影響進(jìn)行檢查，那么公司可認(rèn)為自己是幸運(yùn)的，由于僅僅不得不替換該器件本身。然而，具有不良共面性的各種器件，能夠通過(guò)裝配工藝實(shí)現(xiàn)。產(chǎn)生于器件引線上不良共面性的不良的焊接接頭，可形成很多潛在的問(wèn)題。首先，在板測(cè)試階段存在失效的潛在問(wèn)題，再者，在板級(jí)狀況下確定的查出及修理故障的費(fèi)用至少比在元件級(jí)狀況下昂貴一個(gè)數(shù)量級(jí)。較隱蔽的狀況是同樣錯(cuò)誤的焊接接頭通過(guò)未檢查的生產(chǎn)階段，并造成各種失效，這些失效是斷續(xù)的，或者是與生產(chǎn)線的相關(guān)溫度有關(guān)。在這點(diǎn)上，由于潛在的各種問(wèn)題成為制造商的最可怕的東西，不得不替換各種不合格產(chǎn)品，因此各種成本變得更高。那些損壞造成的費(fèi)用超過(guò)了材料和勞動(dòng)的費(fèi)用，從而損壞了制造商的聲譽(yù)。

這里，制造商們需要密切地關(guān)注各類細(xì)間距器件的工藝問(wèn)題。由于制造商打算接收引線偏移某一度數(shù)的器件，那么在嚴(yán)重的各類問(wèn)題出現(xiàn)之前，常常不存在更進(jìn)一步退化的現(xiàn)象。在大量地或?qū)ｉT地依賴于人作為操作的生產(chǎn)環(huán)境下，事實(shí)上，相當(dāng)數(shù)量的損壞得不到保證。在任何時(shí)候，操作者把器件撿起、移動(dòng)并置于編有程序的插座中，或裝載于料盤中，均存在冒破壞引線的危險(xiǎn)。即使訓(xùn)練有素的員工整天用鑷子或手提桿處理器件，也會(huì)由于一時(shí)注意力不集中造成部件損壞。

如前所述，各種成本可很快地確定。應(yīng)考慮最佳情況，即在器件被焊接到板上之前，檢查出有損壞了引線的各種器件。設(shè)想較大的生產(chǎn)制造廠每天僅使用2000個(gè)細(xì)間距器件，每天的費(fèi)用為25美元，即使產(chǎn)品缺陷率為3％，這事實(shí)上在勞動(dòng)密集型加工狀況中是個(gè)保守的數(shù)字，也可導(dǎo)致超過(guò)一年時(shí)間的巨大的損失。

4 自動(dòng)裝卸系統(tǒng)

為了節(jié)省自動(dòng)化IC裝卸系統(tǒng)的初始成本，可使用人工操作。損壞的各類器件，不合格的產(chǎn)品和對(duì)公司聲譽(yù)的損壞而造成的長(zhǎng)期的成本花費(fèi)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于用于自動(dòng)化方面的資金費(fèi)用。如今市場(chǎng)上的自動(dòng)化處理機(jī)允許制造者們加工大量的細(xì)間距IC，對(duì)引線的損壞程序最小。在程序設(shè)計(jì)階段，這些系統(tǒng)每小時(shí)可加工多達(dá)1200個(gè)細(xì)間距器件而僅僅接觸一次引線。操作過(guò)程的其它的狀況，即從傳遞媒體中提取器件，并把器件置于程序設(shè)計(jì)的插座中，打印器件，接著把器件移人輸出媒體——所有這一切均是自動(dòng)化的。

因?yàn)楣裁嫘詥?wèn)題對(duì)制造商是最重要的，所以對(duì)專用器件共面性的系統(tǒng)測(cè)試已確定。例如，可使用引線檢查系統(tǒng)，即使用獨(dú)特的引線尖端高度來(lái)鑒別圍繞該器件重心的三個(gè)最高的引線。使用這三個(gè)管腳來(lái)確定顯示該器件眾所周知的一個(gè)三點(diǎn)平面，即“固定平面”。當(dāng)器件被置于平面表面時(shí)，器件將依賴于那三個(gè)管腳。接觸固定平面的三個(gè)引線尖端被認(rèn)為具有的平面性高度是零。那么，器件上所有別的管腳的距離根據(jù)這一平面來(lái)測(cè)量。當(dāng)JEDEC平面性規(guī)范為0．1016mm時(shí)，在封裝類型中存在差異，并且部分制造者們偶爾精確測(cè)定別的數(shù)值。因此，論述共面性問(wèn)題是重要的，對(duì)每一客戶而言，在確定獨(dú)特封裝類型能實(shí)現(xiàn)的價(jià)值，以及對(duì)客戶的各項(xiàng)要求是合格的諸方面，應(yīng)研發(fā)引線共面性的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

由于細(xì)間距IC器件應(yīng)用的不斷增加，制造技術(shù)方面的缺陷造成了昂貴的費(fèi)用。近些年來(lái)，已形成一個(gè)主要的發(fā)展趨勢(shì)，就是在生產(chǎn)加工中朝向自動(dòng)化的IC加工技術(shù)。自動(dòng)化系統(tǒng)除去了任何數(shù)量的手動(dòng)步驟操作，并且事實(shí)上消除了可引起引線損壞和不良共面性的人工的各種誤差，也消除了別的諸如與ESD相關(guān)的各種失效，以及貼錯(cuò)商標(biāo)和不正確的編程技術(shù)所引起的問(wèn)題。

精確的成本分析表明，與勞動(dòng)密集型加工過(guò)程有關(guān)的各種花費(fèi)，常常超過(guò)自動(dòng)化加工／編程系統(tǒng)的花費(fèi)。自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，形成了與共面性相關(guān)的各種問(wèn)題在數(shù)量方面驚人的降低。同時(shí)也回答了客戶對(duì)總的質(zhì)量和生產(chǎn)效率的關(guān)注。在大多數(shù)狀況下，這也是改進(jìn)生產(chǎn)率，允許制造商們?cè)诟?jìng)爭(zhēng)行業(yè)中獲得大批量規(guī)模生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。共面性是引線偏離器件的底座平面的垂直偏差，是組裝、包裝和裝卸等工序中唯一最重要的參數(shù)。因此，在當(dāng)今激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，追求良好的共面性，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，已成為電子產(chǎn)品制造商們密切關(guān)注、極其重要的組成部分。