【正文】 們的重視。面對(duì)越來越多，越來越復(fù)雜的產(chǎn)品，我們有必要結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)的要求，研究出更適合企業(yè)使用的可焊性測(cè)試方法?？梢哉f整個(gè)發(fā)展過程非?？?，集成度越來越高，生產(chǎn)廠家對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求也是快速提高。自20世紀(jì)末期開始，江蘇長(zhǎng)電科技股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱長(zhǎng)電科技）迎來了公司史上發(fā)展最快的黃金時(shí)期。對(duì)元器件生產(chǎn)廠商來說，正確的可焊性測(cè)試方法可以正確評(píng)估產(chǎn)品的可焊性，保證出貨的產(chǎn)品在客戶那里不會(huì)因?yàn)榭珊感缘膯栴}而退貨。所以說，半導(dǎo)體電子產(chǎn)品封裝已與國(guó)計(jì)民生的關(guān)系越來越緊密，其重要性已不言而喻。關(guān)鍵詞：可焊性；方法；標(biāo)準(zhǔn)；半導(dǎo)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(dǎo)體元器件的可焊性測(cè)試方法研究工學(xué)碩士學(xué)位論文摘 要隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅速發(fā)展，電子產(chǎn)品的已進(jìn)入各行各業(yè)，涉及航空航天、機(jī)械制造、電子商務(wù)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(jìn)產(chǎn)品電鍍品質(zhì)的檢測(cè)方法，能更快、更有效的發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的電鍍?nèi)毕荩皶r(shí)調(diào)整生產(chǎn)工藝的，提高產(chǎn)品質(zhì)量，滿足客戶的需求。50年前，每個(gè)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(duì)于元器件批次來料，但由于產(chǎn)量小導(dǎo)致存放時(shí)間長(zhǎng)的工廠，可焊性測(cè)試更具意義，可在元器件使用前對(duì)其進(jìn)行可焊性評(píng)估，以確定此批元器件的使用是否會(huì)導(dǎo)致焊接質(zhì)量問題的發(fā)生。本課題的研究，進(jìn)一步豐富了對(duì)印制電路板等元器件的可焊性測(cè)試技術(shù)手段，明確了影響可焊接性的內(nèi)在因素，對(duì)公司的技術(shù)工程師提高產(chǎn)品質(zhì)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(jì)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(biāo)實(shí)現(xiàn)的前提都是以產(chǎn)品質(zhì)量為基礎(chǔ)的，焊接作為半導(dǎo)體產(chǎn)品應(yīng)用的第一道工序猶為重要，如何有效、快速、簡(jiǎn)單的檢測(cè)出各類產(chǎn)品的可焊性情況已成為企業(yè)質(zhì)量控制的一道關(guān)鍵工序。 課題的主要研究?jī)?nèi)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(diǎn)是降低焊接時(shí)的熔點(diǎn)及防止錫須的生成，但鉛的毒性很大，鉛對(duì)環(huán)境及人體健康有很大的影響。因此，使用無鉛焊料進(jìn)行可焊性測(cè)試時(shí)完全有必要的。關(guān)鍵技術(shù)：針對(duì)不同封裝形式的產(chǎn)品使用不同的方法來進(jìn)行可焊性測(cè)試，特別是在工廠內(nèi)部如何來使用更容易操作和實(shí)現(xiàn)的方法，得到更貼近客戶使用的測(cè)試法。在目前的半導(dǎo)體業(yè)界，測(cè)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(rùn)濕法。從計(jì)時(shí)開始到結(jié)束為引線的潤(rùn)濕時(shí)間，顯然這個(gè)時(shí)間越短，可焊性就越好。潤(rùn)濕稱量法由于數(shù)據(jù)具有說服力，能夠體現(xiàn)工藝改進(jìn)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(rèn)可。由于電子元器件在制造出來幾個(gè)月甚至幾年都用不上，對(duì)設(shè)備制造者來說維護(hù)其表面潤(rùn)濕性是十分重要的，對(duì)元器件生產(chǎn)者來說，保證其產(chǎn)品的表面潤(rùn)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(rùn)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(shí)間里提高使焊錫和焊接表面沾潤(rùn)的能力。因此，焊接前對(duì)被焊接材質(zhì)表面氧化層的處理就顯得格外關(guān)鍵，而助焊劑“去除氧化物”的過程，其實(shí)就是一個(gè)氧化還原的過程，助焊劑中的活性劑通常是各種有機(jī)酸或有機(jī)酸鹽類物質(zhì)，至少有一、兩種酸或酸鹽，通常由多種酸及酸鹽復(fù)配來用。所以，對(duì)于可焊性測(cè)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(cè)出產(chǎn)品的可焊接性能，在用非活性助焊劑無法進(jìn)行焊接情況下，才允許用高活性的助焊劑。焊料內(nèi)的這些微量合金元素對(duì)錫條的物理、力學(xué)性能影響很大：鉍可以降低錫條熔化溫度，提高潤(rùn)濕鋪展性，但加入量過大，將降低焊點(diǎn)的疲勞壽命和塑性，~%。5℃。最后，借助于10倍以上的光學(xué)顯微鏡來檢測(cè)引線的焊接層。A號(hào)電烙鐵頭直徑8mm，用于中大功率產(chǎn)品的試驗(yàn)，B號(hào)電烙鐵頭直徑3mm，用于小型器件的試驗(yàn)。焊槽的深度應(yīng)不小于40mm，容積不小于300ml，焊槽所能加熱的溫度應(yīng)當(dāng)保證能夠達(dá)到300℃。對(duì)于直插式產(chǎn)品應(yīng)使管腳垂直焊錫面浸入，對(duì)于彎腳的貼裝的產(chǎn)品要求管腳部位可以20～45176。 潤(rùn)濕稱量法示意圖Figure schematic diagram or wetting balance schematic diagram for wetting profile 潤(rùn)濕過程圖示【24】 schematic diagram for wetting process為了評(píng)定試驗(yàn)品的可焊性，應(yīng)將所測(cè)得的力（F測(cè)）在消除浮力（F?。┯绊懞蟮玫降膶?shí)際潤(rùn)濕力（F實(shí)）去和理論潤(rùn)濕力（F理）進(jìn)行比較【26】。 設(shè)備介紹目前，根據(jù)測(cè)量方法的不同，工業(yè)界中用于測(cè)量可焊性的設(shè)備主要有兩類，其中具有代表性的有法國(guó)Metronelec公司的ST88型可焊性測(cè)試儀和日本RHESCA公司的SAT5100型可焊性測(cè)試儀【28】。 SOT23外形尺寸 overall dimensions for SOT23 package 潤(rùn)濕稱量法對(duì)SOT23產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)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(cè)試時(shí)應(yīng)當(dāng)將管腳剪下，每個(gè)管腳單獨(dú)測(cè)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(nèi)部引腳與焊盤之間的導(dǎo)電路徑短，自感系數(shù)以及封裝體內(nèi)布線電阻很低，所以它能提供卓越的電性能。 當(dāng)前，QFN返修仍舊是整個(gè)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(jī)械連接，確實(shí)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(gè)特點(diǎn)，就是產(chǎn)品管腳部分金屬的材質(zhì)與框架邊緣部分的金屬材質(zhì)是一樣的【31】，而電鍍時(shí)是整條產(chǎn)品同時(shí)電鍍的。所以說，此剪切方法是完全可行的，并不會(huì)影響數(shù)據(jù)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，能夠如實(shí)反映產(chǎn)品管腳的焊接性能。這樣，在20世紀(jì)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(dǎo)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(duì)基板封裝進(jìn)行測(cè)試對(duì)于基板封裝的可焊性測(cè)試一般要按照PCB方法來進(jìn)行測(cè)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(shí)間不應(yīng)當(dāng)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(jìn)行補(bǔ)充測(cè)試在槽焊法的實(shí)際操作過程中，由于LGA產(chǎn)品的管腳比較多，有時(shí)部分管腳會(huì)無法與焊錫充分接觸，特別當(dāng)助焊劑沒有充分滴干的時(shí)候更容易出現(xiàn)。測(cè)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(xué)業(yè)上的巨大支持，我滿心感激，卻無以為謝。兩年來，導(dǎo)師淵博的知識(shí)，謙遜的態(tài)度，是我學(xué)習(xí)的楷模，尤其是導(dǎo)師的思想方法，不但使我獲益匪淺，也對(duì)我今后的工作、生活、思考問題影響深遠(yuǎn)。 200534(3)2． 存在不足與展望隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，各類新的封裝形式層出不窮，長(zhǎng)電科技緊跟時(shí)代潮流，不斷開拓創(chuàng)新，時(shí)刻走在國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體封裝業(yè)的前列。 LGA管腳圖Figure pin picture for LGA 本章小結(jié)本章介紹了基板封裝產(chǎn)品的一些結(jié)構(gòu)，結(jié)合這些類似于PCB的特點(diǎn)，采用槽焊法與電烙鐵法相結(jié)合的測(cè)試方式來對(duì)基板封裝產(chǎn)品進(jìn)行可焊性檢測(cè)。保持試樣水平不動(dòng)，直到焊料凝固。在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，我們可以對(duì)來料的基板直接進(jìn)行可焊性檢測(cè)，但是生產(chǎn)中溫度、濕度、振動(dòng)等環(huán)境因素同樣可能會(huì)對(duì)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(gè)國(guó)家、一個(gè)地區(qū)在發(fā)展微電子產(chǎn)業(yè)中的重要標(biāo)志之一。本章主要介紹了無外引腳產(chǎn)品的可焊性測(cè)試方法。 *316L反面框架圖片 positive frame image for QFN opposite frame image for QFN針對(duì)剪下的框架條，剪切面是沒有鍍錫的，那是否會(huì)影響到產(chǎn)品潤(rùn)濕力的測(cè)試呢？從潤(rùn)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(jì)算出的周長(zhǎng)。如果浸入，熔融的焊錫絕對(duì)會(huì)碰到周圍的塑封體，這樣就沒有辦法測(cè)試出入潤(rùn)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(diǎn)是在封裝體的下方，并且厚度較薄，X－ray對(duì)QFN焊點(diǎn)少錫和開路無法檢測(cè)，只能依靠外部的焊點(diǎn)情況盡可能地加以判斷，但目前有關(guān)QFN焊點(diǎn)側(cè)面部分缺陷的斷定標(biāo)準(zhǔn)尚未在IPC標(biāo)準(zhǔn)中出現(xiàn)。第4章 無外引腳產(chǎn)品的測(cè)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(cè)無引腳扁平封裝）、QFN（四側(cè)無引腳扁平封裝）等，是表面貼裝型封裝的一種。試驗(yàn)時(shí)，周圍的環(huán)境可能也會(huì)會(huì)有一定影響，所以一般要求盡