集成电路封装的共面性问题

杨建生(天水华天微电子有限公司，甘肃 天水 741000)

摘 要：本文简要叙述了集成电路封装的共面性问题，诸如引线共面性、共面性问题及自动化加工系统，从而表明采用自动化系统将会使与共面性有关的问题得到极大的降低，保证电子产品的质量和可靠性。

关键词：共面性问题；自动化系统；产品质量

中图分类号：TN305．94 文献标识码：A

1 引言

近年来，对精细且密集的电子器件的要求已引起了小的、细间距集成电路的急剧增长。对细间距IC的要求，不严格的定义为：引线间距为25μm或更小，特别是在PC制造业、通信设备和汽车电子元件方面要求更严格。如果制造商们想从这些器件中获益的话，那么这些细间距IC的出现，已引起了要他们必须弄清并处理很多问题，诸如引线共面性问题。

制造商们面对的首要问题就是如何对付细间距器件，并避免对其精细引线造成破坏的问题。此破坏可造成器件自身的、PCB的，以及甚至在该范围失效的产品替换的昂贵成本问题。

2 引线共面性

讨论细间距IC加工技术时常常提及的问题，而且是整个业界越来越引起关注的问题，就是引线共面性问题。当研究弯曲引线问题时，这是最重要的问题。简单地说，共面性就是在焊接工艺之前，对置于PCB板上，其焊盘位置上的细间距器件引线的尖端状况的一种度量方法。较准确地说，共面性就是在一平面的正上方引线尖端的距离。定义为当把器件置于板上时，器件将依赖于这些引线。打个粗略的比方，如果有一个三条腿的工具，一条腿正好比别的两条腿短半英寸，就具有不良的共面性。本质上它是有缺陷的，不能发挥其作用。具有差的共面性的IC将也不能发挥其作用，而且影响会更严重。处理错了的器件，尤其是细间距器件，可形成弯曲引线，并导致不良的共面性。然而，在制造工艺阶段，检查不良的共面性问题是困难的，甚至是不可能的。如果直到最终的生产装配时才检查出了元件失效问题的话，那么它们会产生昂贵的且有时候是灾难性的后果。

不良共面性的最坏的影响就是焊接接头的断开，这会造成在PCB上器件引线尖端和其焊盘之间存在很大的间隙。通常随着焊接的“灯芯”效应而出现，即焊剂爬上引线，形成焊接头断开。这有时候通过提供较多或较厚的焊剂而得到克服。然而，这样做也产生了诸多问题，原因在于与器件引线尖端和PCB表面之间直接的接触相比，焊料提供的连接较弱。

由于制造IC的复杂性，器件销售商没有打算消除共面性问题。JEDEC已制定了0．1016mm的规范，这适合于大多数器件封装类型的生产状况。

3 共面性问题

如果在锡焊工艺之前，对有不良共面性的影响进行检查，那么公司可认为自己是幸运的，由于仅仅不得不替换该器件本身。然而，具有不良共面性的各种器件，能够通过装配工艺实现。产生于器件引线上不良共面性的不良的焊接接头，可形成很多潜在的问题。首先，在板测试阶段存在失效的潜在问题，再者，在板级状况下确定的查出及修理故障的费用至少比在元件级状况下昂贵一个数量级。较隐蔽的状况是同样错误的焊接接头通过未检查的生产阶段，并造成各种失效，这些失效是断续的，或者是与生产线的相关温度有关。在这点上，由于潜在的各种问题成为制造商的最可怕的东西，不得不替换各种不合格产品，因此各种成本变得更高。那些损坏造成的费用超过了材料和劳动的费用，从而损坏了制造商的声誉。

这里，制造商们需要密切地关注各类细间距器件的工艺问题。由于制造商打算接收引线偏移某一度数的器件，那么在严重的各类问题出现之前，常常不存在更进一步退化的现象。在大量地或专门地依赖于人作为操作的生产环境下，事实上，相当数量的损坏得不到保证。在任何时候，操作者把器件捡起、移动并置于编有程序的插座中，或装载于料盘中，均存在冒破坏引线的危险。即使训练有素的员工整天用镊子或手提杆处理器件，也会由于一时注意力不集中造成部件损坏。

如前所述，各种成本可很快地确定。应考虑最佳情况，即在器件被焊接到板上之前，检查出有损坏了引线的各种器件。设想较大的生产制造厂每天仅使用2000个细间距器件，每天的费用为25美元，即使产品缺陷率为3％，这事实上在劳动密集型加工状况中是个保守的数字，也可导致超过一年时间的巨大的损失。

4 自动装卸系统

为了节省自动化IC装卸系统的初始成本，可使用人工操作。损坏的各类器件，不合格的产品和对公司声誉的损坏而造成的长期的成本花费，远远大于用于自动化方面的资金费用。如今市场上的自动化处理机允许制造者们加工大量的细间距IC，对引线的损坏程序最小。在程序设计阶段，这些系统每小时可加工多达1200个细间距器件而仅仅接触一次引线。操作过程的其它的状况，即从传递媒体中提取器件，并把器件置于程序设计的插座中，打印器件，接着把器件移人输出媒体——所有这一切均是自动化的。

因为共面性问题对制造商是最重要的，所以对专用器件共面性的系统测试已确定。例如，可使用引线检查系统，即使用独特的引线尖端高度来鉴别围绕该器件重心的三个最高的引线。使用这三个管脚来确定显示该器件众所周知的一个三点平面，即“固定平面”。当器件被置于平面表面时，器件将依赖于那三个管脚。接触固定平面的三个引线尖端被认为具有的平面性高度是零。那么，器件上所有别的管脚的距离根据这一平面来测量。当JEDEC平面性规范为0．1016mm时，在封装类型中存在差异，并且部分制造者们偶尔精确测定别的数值。因此，论述共面性问题是重要的，对每一客户而言，在确定独特封装类型能实现的价值，以及对客户的各项要求是合格的诸方面，应研发引线共面性的验收标准。

5 结束语

由于细间距IC器件应用的不断增加，制造技术方面的缺陷造成了昂贵的费用。近些年来，已形成一个主要的发展趋势，就是在生产加工中朝向自动化的IC加工技术。自动化系统除去了任何数量的手动步骤操作，并且事实上消除了可引起引线损坏和不良共面性的人工的各种误差，也消除了别的诸如与ESD相关的各种失效，以及贴错商标和不正确的编程技术所引起的问题。

精确的成本分析表明，与劳动密集型加工过程有关的各种花费，常常超过自动化加工／编程系统的花费。自动化系统的应用，形成了与共面性相关的各种问题在数量方面惊人的降低。同时也回答了客户对总的质量和生产效率的关注。在大多数状况下，这也是改进生产率，允许制造商们在竞争行业中获得大批量规模生产的关键因素。共面性是引线偏离器件的底座平面的垂直偏差，是组装、包装和装卸等工序中唯一最重要的参数。因此，在当今激烈的市场竞争中，追求良好的共面性，提高产品的质量和可靠性，已成为电子产品制造商们密切关注、极其重要的组成部分。