半導體封裝中導線翹起的快速準確量測方法

什麼是導線框（lead）？

“導線框（英語：lead frame）”是在支撐固定半導體晶片（半導體元件）的IC或LSI等半導體封裝體的同時，通過像蜈蚣的腿一樣從封裝體伸出的多個外部連接端子“外部導線”與外部配線連接的部件。
這種形態的成品半導體封裝完成品也稱為“導線框封裝”，從樹脂中露出的外部導線簡稱為“導線”。下圖表示導線框各部分的名稱和半導體封裝內部的結構。

導線框（lead）的材質、加工及用途

導線框（導線）一般使用由Cu合金（銅合金）或鐵合金材料等製成的薄板，薄板具有優良的導電性、機械強度、導熱性和耐腐蝕性。
這些細長的薄板通過精密壓力機（沖壓、拉伸、彎曲）逐步加工。結果，形成支撐和固定半導體晶片（半導體元件）的“模墊”、連接半導體元件的“內部導線”和連接外部佈線的“外部導線”。導線框製造製程除了機械加工外，還包括蝕刻、電鍍等表面處理製程。
導線框不僅用於IC、LSI等集成電路封裝，還用於分立半導體、光電耦合器、LED等。在這兩種情況下，打線接合都用作將半導體元件的各電極和內部導線內部連接的方法。

導線翹起、接觸不良等表面黏著問題及對策

近年來，隨著貼裝的電子設備的小型化和電子電路的高密度化，對導線框及其連接的精度提出了更高的要求。在表面黏著製程中，外導線的尺寸和形狀，共面度不良可能會導致貼裝過程中出現問題。由於導線表面處理不良和回流焊加熱不足導致焊膏（錫膏）擴散（潤濕）不充分，由於回流焊條件不合適導致焊錫熔化不充分，以及印刷電路板翹曲等各種條件會導致表面黏著器件 (SMD) 出現“導線翹起”，從而導致連接不良和接點強度降低。
下面顯示了典型的安裝不良（例如導線翹起）的原因和對策示例。

導線翹起（零件翹起）

• 現象：外部導線等電子元件的端子未焊好，處於浮翹的狀態。
• 原因：元件印錫或錯位，印錫量或熔化時間不均，導線等端子變形，貼片機壓力不足。
• 對策：校正位置偏差、減少助焊劑含量、檢查和管理導線等端子形狀、研究印刷條件、研究回流焊條件。

未熔化的焊錫

• 現象：焊錫未充分熔化，有粉末殘留。發生貼裝元件的連接強度降低和導線翹起等現象。
• 原因：回流焊條件不當，焊膏變質。
• 對策：審查回流焊條件，檢查或改變錫膏儲存方法。

未焊接

• 現象：安裝墊上沒有或只有很少的焊錫。
• 原因：焊膏印刷量不足，由於安裝墊/導線的表面狀況和焊膏劣化導致的潤濕性不足，回流焊期間的熱量不足。
• 對策：檢查安裝墊、導線表面、印刷遮罩和焊膏的狀況，並檢查回流焊條件。

焊錫擴散不足

• 現象：焊錫在安裝墊和導線上沒有充分潤濕和擴散，發生連接部分強度下降和導線翹起等現象。
• 原因：焊膏印刷量不足，安裝墊/導線/焊膏劣化，熱量不足。
• 對策：檢查安裝墊、導線表面、印刷遮罩和焊膏的狀況，並檢查回流焊條件。

焊錫量不均

• 現象：錫焊部的焊錫量不恒定。可能會導致導線翹起和接觸不良。
• 原因：錫膏印刷性（再去除性）低，印刷條件不合適。
• 對策：考慮錫膏和印刷條件。

以往的導線翹起量測的問題

為每個貼裝的半導體封裝檢查多根導線的連接狀態並不容易。特別是由於電子元器件的小型化和貼裝印刷電路板密度的增加，量測難度越來越大。
使用以往的高度規和三維量測儀量測導線翹起（高度）時存在以下問題。

使用高度規進行導線翹起量測的問題

高度規可以與千分錶結合使用來量測高度。
量測僅限於一個點，隨著時間的推移必須量測許多點以提高準確性。然而，即使花費大量時間在多個點進行量測，也無法掌握整個表面的狀態。

此外，在半導體器件導線貼裝在高密度印刷電路板上的情況下，有時難以通過接觸狹窄區域中的極小部位來進行量測。此外，由於因人而異的量測結果偏差和量測儀本身的誤差導致無法進行穩定的量測。

使用三維量測儀進行導線翹起量測的問題

為了用三維量測儀進行量測，需要將探頭尖端的接觸器接觸到對象物量測處的多個部位。
但是，如果印刷電路板或零件由於接觸器的量測壓力而彎曲，即使是輕微的彎曲，量測值也會出現偏差。

此外，由於半導體封裝的導線部分很小，因此需要預先對量測儀進行精確編程。此外，根據導線連接部分的尺寸和配置，量測本身可能很困難。

導線翹起問題的解決方法

以往使用的接觸式量測儀需要與要量測的立體對象物或表面進行點對點接觸，因此量測需要時間。此外，還存在因人而異的偏差等導致量測值可信度低，數值數據轉換和後處理困難等問題。

為了解決這些量測問題，KEYENCE 開發了表面 3D輪廓量測儀“VR 系列”。
可以以非接觸方式準確捕捉對象物的 3D 形狀。此外，可以在最快 1 秒內對量測台上的對象物進行 3D 掃描，以高精度量測 三維形狀。因此，可以在量測結果沒有偏差的情況下瞬時進行定量量測。這裡就其具體的優點進行介紹。

優點一：最快1秒。以“面”批量獲得整個對象物的3D形狀。

“VR 系列”可在最快 1 秒內獲取表面數據（一次性獲取 80萬個數據），大大縮短了迄今為止多點量測所需的時間。可以準確量測和快速評估整個對象物的 3D 形狀。
此外，由於可以用彩圖可視化多個導線的高度差，因此可以一目了然地掌握哪個導線以什麼值浮翹。此外，一旦掃描，您可以在以後獲取任何部位的輪廓數據，因此您可以了解詳細狀態。

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優點2：即使是小對象物也能輕鬆定量量測

通過在低倍率和高倍率相機之間切換，可以對半導體設備的導線等細小對象物的整體/細節部分進行精確的 3D 掃描。

此外，只需將對象物放在量測台上並按下按鈕即可量測 3D 形狀。由於可以根據對象物的特徵數據自動校正位置，不需要進行嚴格的定位。不論經驗或知識如何，都可以在沒有因人而異的偏差下進行定量量測，實現N點的增加。
安裝有業界首創的“Smart Measurement(智能量測)功能"，可在設置中自動設置量測範圍並移動量測台，無需設置量測長度和 Z 範圍。

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總結：以驚人的速度和精度實現了以往難以實現的導線翹起量測。

使用“VR 系列”，高速 3D 掃描可以非接觸方式瞬間量測整個表面的精確 3D 形狀，例如導線翹起和每個零件的貼裝狀態。

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• 通過切換放大倍率，可以實現非接觸式高精度形狀量測，即使是小而精密的貼裝部件的整體或細節也是如此。
• 無需定位。無需經驗或知識。只需將對象物放在量測台上並按下按鈕即可完成量測。
• 3D形狀可以用彩圖表示。因為您可以共享視覺上易於理解的數據，所以可以順利進行合作或採取對策。
• 可輕鬆實現多個量測數據的定量比較分析。

您可以並排比較多個量測數據，並通過批量反映設置來分析數據。通過共享 3D 形狀數據，您可以顯著縮短從量測作業到不良分析和不良對策的時間並提高效率。

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