【正文】 們的重視。面對越來越多，越來越復雜的產(chǎn)品，我們有必要結合標準的要求，研究出更適合企業(yè)使用的可焊性測試方法?？梢哉f整個發(fā)展過程非?？?，集成度越來越高，生產(chǎn)廠家對產(chǎn)品的質量要求也是快速提高。自20世紀末期開始，江蘇長電科技股份有限公司（以下簡稱長電科技）迎來了公司史上發(fā)展最快的黃金時期。對元器件生產(chǎn)廠商來說，正確的可焊性測試方法可以正確評估產(chǎn)品的可焊性，保證出貨的產(chǎn)品在客戶那里不會因為可焊性的問題而退貨。所以說，半導體電子產(chǎn)品封裝已與國計民生的關系越來越緊密，其重要性已不言而喻。關鍵詞：可焊性；方法；標準；半導體元器件AbstractWith the rapid development of semiconductor technology, electronic products has entered into all walks of life, involved in aerospace, mechanical manufacturing, electronic merce and so on, in other words, our life cannot leave the electronic products.Solderability test is a necessary mean to inspect the product solderability during the electronic product manufacturing process. The solderability of the lead will directly affect the product using。 半導體元器件的可焊性測試方法研究工學碩士學位論文摘 要隨著半導體技術的迅速發(fā)展，電子產(chǎn)品的已進入各行各業(yè)，涉及航空航天、機械制造、電子商務等，可以說，我們大家的生活已無法離開電子產(chǎn)品。這些方法的研究，將有利于封裝廠在生產(chǎn)過程中改進產(chǎn)品電鍍品質的檢測方法，能更快、更有效的發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的電鍍缺陷，及時調整生產(chǎn)工藝的，提高產(chǎn)品質量，滿足客戶的需求。50年前，每個家庭只有約5只有源器件，今天已擁有超過10億只以上的晶體管了【1】。對于元器件批次來料，但由于產(chǎn)量小導致存放時間長的工廠，可焊性測試更具意義，可在元器件使用前對其進行可焊性評估，以確定此批元器件的使用是否會導致焊接質量問題的發(fā)生。本課題的研究，進一步豐富了對印制電路板等元器件的可焊性測試技術手段，明確了影響可焊接性的內在因素，對公司的技術工程師提高產(chǎn)品質量和零缺陷的電鍍生產(chǎn)工藝給予了極大的幫助。從20世紀50年代TO（晶體管外殼封裝）型金屬－玻璃封裝外殼發(fā)展到60年代的DIP（雙列直插式引腳封裝Double inline package）和針柵陣列封裝（PGA, pin grid array），再到后面的QFP(四面扁平封裝， Quad flat pack)、QFN(四面扁平無引腳封裝，Quad flat no lead)以及現(xiàn)在的LGA（焊盤網(wǎng)格陣列，Land grid array）、BGA（球狀矩陣排列，Ball grid array）等。所有這些目標實現(xiàn)的前提都是以產(chǎn)品質量為基礎的，焊接作為半導體產(chǎn)品應用的第一道工序猶為重要，如何有效、快速、簡單的檢測出各類產(chǎn)品的可焊性情況已成為企業(yè)質量控制的一道關鍵工序。 課題的主要研究內容自有電子元器件的生產(chǎn)、使用以來，鉛錫合金作為可焊性鍍層已經(jīng)有多年歷史，其顯著優(yōu)點是降低焊接時的熔點及防止錫須的生成，但鉛的毒性很大，鉛對環(huán)境及人體健康有很大的影響。因此，使用無鉛焊料進行可焊性測試時完全有必要的。關鍵技術：針對不同封裝形式的產(chǎn)品使用不同的方法來進行可焊性測試，特別是在工廠內部如何來使用更容易操作和實現(xiàn)的方法，得到更貼近客戶使用的測試法。在目前的半導體業(yè)界，測試元器件可焊性的主要方法有槽焊法（或稱為焊槽法）、電烙鐵法、潤濕法。從計時開始到結束為引線的潤濕時間，顯然這個時間越短，可焊性就越好。潤濕稱量法由于數(shù)據(jù)具有說服力，能夠體現(xiàn)工藝改進、產(chǎn)品設計方面的量化數(shù)據(jù)，也越來越多的得到各類電子生產(chǎn)廠商的認可。由于電子元器件在制造出來幾個月甚至幾年都用不上，對設備制造者來說維護其表面潤濕性是十分重要的，對元器件生產(chǎn)者來說，保證其產(chǎn)品的表面潤濕性也是非常有必須要的。經(jīng)過蒸汽4h的老化后，就可能出現(xiàn)反潤濕現(xiàn)象。 助焊劑的使用助焊劑有兩種主要特性：第一是在很短時間里提高使焊錫和焊接表面沾潤的能力。因此，焊接前對被焊接材質表面氧化層的處理就顯得格外關鍵，而助焊劑“去除氧化物”的過程，其實就是一個氧化還原的過程，助焊劑中的活性劑通常是各種有機酸或有機酸鹽類物質，至少有一、兩種酸或酸鹽，通常由多種酸及酸鹽復配來用。所以，對于可焊性測試要求使用水溶性的非活性助焊劑，如果使用高活性的助焊劑，將無法有效檢測出產(chǎn)品的可焊接性能，在用非活性助焊劑無法進行焊接情況下，才允許用高活性的助焊劑。焊料內的這些微量合金元素對錫條的物理、力學性能影響很大：鉍可以降低錫條熔化溫度，提高潤濕鋪展性，但加入量過大，將降低焊點的疲勞壽命和塑性，~%。5℃。最后，借助于10倍以上的光學顯微鏡來檢測引線的焊接層。A號電烙鐵頭直徑8mm，用于中大功率產(chǎn)品的試驗，B號電烙鐵頭直徑3mm，用于小型器件的試驗。焊槽的深度應不小于40mm，容積不小于300ml，焊槽所能加熱的溫度應當保證能夠達到300℃。對于直插式產(chǎn)品應使管腳垂直焊錫面浸入，對于彎腳的貼裝的產(chǎn)品要求管腳部位可以20～45176。 潤濕稱量法示意圖Figure schematic diagram or wetting balance schematic diagram for wetting profile 潤濕過程圖示【24】 schematic diagram for wetting process為了評定試驗品的可焊性，應將所測得的力（F測）在消除浮力（F?。┯绊懞蟮玫降膶嶋H潤濕力（F實）去和理論潤濕力（F理）進行比較【26】。 設備介紹目前，根據(jù)測量方法的不同，工業(yè)界中用于測量可焊性的設備主要有兩類，其中具有代表性的有法國Metronelec公司的ST88型可焊性測試儀和日本RHESCA公司的SAT5100型可焊性測試儀【28】。 SOT23外形尺寸 overall dimensions for SOT23 package 潤濕稱量法對SOT23產(chǎn)品進行測試這種小型產(chǎn)品必須使用錫球的方式【29】。所以，此類產(chǎn)品測試時應當將管腳剪下，每個管腳單獨測試。由于QFN封裝不像傳統(tǒng)的SOP與SOT封裝那樣具有鷗翼狀引線，內部引腳與焊盤之間的導電路徑短，自感系數(shù)以及封裝體內布線電阻很低，所以它能提供卓越的電性能。 當前，QFN返修仍舊是整個表面貼裝工藝中急待發(fā)展和提高的一環(huán)，尤其須使用焊膏在QFN和印制板間形成可靠的電氣和機械連接，確實有一些難度，返修成本非常高。按照槽焊法的要求，將產(chǎn)品蘸上助焊劑，待助焊劑滴干后直接浸入熔融的焊錫，5秒鐘后取出，最后使用10倍以上的顯微鏡觀察管腳面的上錫情況。QFN引線框有一個特點，就是產(chǎn)品管腳部分金屬的材質與框架邊緣部分的金屬材質是一樣的【31】，而電鍍時是整條產(chǎn)品同時電鍍的。所以說，此剪切方法是完全可行的，并不會影響數(shù)據(jù)的真實性和準確性，能夠如實反映產(chǎn)品管腳的焊接性能。這樣，在20世紀90年代中期一種以BGA、CSP為代表的新型IC封裝形式問世，隨之也產(chǎn)生了一種半導體芯片封裝的必要新載體，這就是IC封裝基板(又稱為IC封裝載板)。 槽焊法對基板封裝進行測試對于基板封裝的可焊性測試一般要按照PCB方法來進行測試，而不是普通元器件【32】。樣品在助焊劑中按焊接部分完全浸入5～10秒，從助焊劑中提出試樣后，垂直放置時間不應當超過60秒，防止助焊劑完全揮發(fā)。 PCB焊接示意圖Figure schematic diagram for PCB soldering 電烙鐵法進行補充測試在槽焊法的實際操作過程中，由于LGA產(chǎn)品的管腳比較多，有時部分管腳會無法與焊錫充分接觸，特別當助焊劑沒有充分滴干的時候更容易出現(xiàn)。測試方法靈活、有效。[8]Solderability Testing，MilStd883 Method 2003Development of NewSolderability Test Fluxes（Alan Brewin, Ling Zouamp。199843(1)[32]Solderability Measurements of PCB Pad Finishes and Geometries’, Deborah Lea, FredirikusJonck and Christopher Hunt,NPL Report MATC(A) 03 ‘July 2001[33]solderability of Bulk Metallic Glasses Using LeadFree Solders(Hiroshi Nishikawa；KritWongPiromsarn；Hiroya Abe )，Materials transactions大家所給予我的學業(yè)上的巨大支持，我滿心感激，卻無以為謝。兩年來，導師淵博的知識，謙遜的態(tài)度，是我學習的楷模，尤其是導師的思想方法，不但使我獲益匪淺，也對我今后的工作、生活、思考問題影響深遠。 200534(3)2． 存在不足與展望隨著半導體產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，各類新的封裝形式層出不窮，長電科技緊跟時代潮流，不斷開拓創(chuàng)新，時刻走在國內半導體封裝業(yè)的前列。 LGA管腳圖Figure pin picture for LGA 本章小結本章介紹了基板封裝產(chǎn)品的一些結構，結合這些類似于PCB的特點，采用槽焊法與電烙鐵法相結合的測試方式來對基板封裝產(chǎn)品進行可焊性檢測。保持試樣水平不動，直到焊料凝固。在實際的生產(chǎn)過程中，我們可以對來料的基板直接進行可焊性檢測，但是生產(chǎn)中溫度、濕度、振動等環(huán)境因素同樣可能會對基板上的鍍金層產(chǎn)生一定的影響。IC封裝基板已成為一個國家、一個地區(qū)在發(fā)展微電子產(chǎn)業(yè)中的重要標志之一。本章主要介紹了無外引腳產(chǎn)品的可焊性測試方法。 *316L反面框架圖片 positive frame image for QFN opposite frame image for QFN針對剪下的框架條，剪切面是沒有鍍錫的，那是否會影響到產(chǎn)品潤濕力的測試呢？從潤濕稱量法的原理可以看到F理=（mN），而L是樣品引腳需焊接部位截面的寬和厚來計算出的周長。如果浸入，熔融的焊錫絕對會碰到周圍的塑封體，這樣就沒有辦法測試出入潤濕力了。所以說，由于返修的困難，保證這類產(chǎn)品在使用過程中的良好焊接顯得尤為重要。由于QFN的焊點是在封裝體的下方，并且厚度較薄，X－ray對QFN焊點少錫和開路無法檢測，只能依靠外部的焊點情況盡可能地加以判斷，但目前有關QFN焊點側面部分缺陷的斷定標準尚未在IPC標準中出現(xiàn)。第4章 無外引腳產(chǎn)品的測試 無外引腳產(chǎn)品介紹無外引腳產(chǎn)品一般是指無引腳扁平封裝，如DFN（兩側無引腳扁平封裝）、QFN（四側無引腳扁平封裝）等，是表面貼裝型封裝的一種。試驗時，周圍的環(huán)境可能也會會有一定影響，所以一般要求盡