Snelle en nauwkeurige meting van bedradingsheffing in halfgeleiderpakketten

Met de groei van communicatie in auto's en elektronische besturing, en de vraag naar kleinere en dunnere apparaten zoals smartphones, tablets en wearables, nemen de eisen voor hogere montagekwaliteit en betrouwbaarheid toe. Bijzondere aandacht is vereist voor de pinnen van halfgeleiderpakketten (leadframe-pakketten) omdat het optillen van de pinnen kan leiden tot verbindingsfouten en verminderde sterkte van de verbinding.
In dit gedeelte wordt de basiskennis uitgelegd over leadframes en optillen van leads, problemen bij conventionele metingen van optillen van leads en de nieuwste meetmethode die niet alleen deze problemen oplost, maar ook de werkefficiëntie en nauwkeurigheid drastisch verbetert.

Leadframes (leads)
Leadframe-materialen, verwerking en toepassingen
Optillen van leads, verbindingsfouten en andere problemen met oppervlaktemontage
Problemen bij conventionele meting van optillen van leads
- Problemen bij het meten van het optillen van leads met behulp van een hoogtemeter
- Problemen bij het meten van het optillen van leads met behulp van een coördinatenmeetmachine
Oplossing voor problemen bij het meten van het optillen van leads
Samenvatting

Leadframes (leads)

Een leadframe is een component die een halfgeleiderchip (halfgeleiderelement) ondersteunt en fixeert in een halfgeleiderpakket zoals een geïntegreerde schakeling (IC) of grootschalige geïntegreerde schakeling (LSI). Het maakt verbinding met externe bedrading door middel van buitenste leads, dit zijn meerdere externe connectorterminals die uit een pakket steken zoals de poten van een duizendpoot.
Een afgewerkt halfgeleiderpakket van dit type wordt een leadframepakket genoemd en de buitenste leads die uit de hars steken, worden eenvoudigweg leads genoemd. De volgende afbeeldingen tonen de naam van elk onderdeel in een leadframe en de interne structuur van een halfgeleiderpakket.

Leadframe (links) en dwarsdoorsnede van een halfgeleiderpakket (rechts)

Leadframe-materialen, verwerking en toepassingen

Leadframes zijn gewoonlijk gemaakt van dunne platen koper (Cu) legering, ijzer (Fe) legering of soortgelijk materiaal met uitstekende eigenschappen, waaronder elektrische geleidbaarheid, mechanische sterkte, thermische geleidbaarheid en corrosieweerstand.
Progressief precisiepersen (ponsen, trekken en buigen) wordt uitgevoerd met een lange strook van deze dunne plaat. Een reeks processen vormt de matrijskussens die halfgeleiderchips (halfgeleiderelementen), binnenste leads (die verbinding maken met de halfgeleiderelementen), buitenste leads (die verbinding maken met externe bedrading) en andere noodzakelijke onderdelen ondersteunen en fixeren. Naast bewerkingsprocessen omvat het fabricageproces van het leadframe ook etsen, plateren en andere oppervlaktebehandelingsprocessen.
Leadframes worden niet alleen gebruikt in pakketten voor IC- en LSI-circuits, maar ook voor discrete halfgeleiders, fotokoppelaars, led's en andere componenten. In alle bovenstaande componenten wordt wirebonding gebruikt om halfgeleiderelement-elektroden en de binnenste leads te verbinden.

Optillen van leads, verbindingsfouten en andere problemen met oppervlaktemontage

In de afgelopen jaren, met steeds kleinere afmetingen van gemonteerde elektronische apparaten en een grotere dichtheid van elektronische schakelingen, is een hoger niveau van nauwkeurigheid vereist voor leadframes en hun verbindingen. Bij het opbouwproces kunnen defecten in de afmetingen en vormen van buitenste leads en defecten in coplanariteit leiden tot problemen tijdens de montage. Optillen van leads bij Surface Mount Devices (SMD's) kan optreden als gevolg van verschillende factoren, waaronder onvoldoende spreiding (lage bevochtigbaarheid) van soldeerpasta veroorzaakt door onjuiste oppervlaktebehandeling van de leads of onvoldoende reflowverwarming, onvoldoende smelten van soldeer veroorzaakt door ongepaste reflowomstandigheden, en kromtrekken van printplaten. Dit optillen kan resulteren in verbindingsfouten en verminderde sterkte van de verbinding.
Hieronder volgen mogelijke oorzaken van het optillen van leads en andere typische montagedefecten, en voorbeelden van tegenmaatregelen hiervoor.

Optillen van leads (onjuiste plaatsing van onderdelen)

Probleem: Buitenste leads en andere elektronische onderdeelaansluitingen blijven ongesoldeerd en worden opgetild.
Oorzaken: Verkeerde uitlijning van printen van soldeerpasta of onderdelen, ongelijke hoeveelheid geprinte soldeerpasta, ongelijkmatige smelttijd, vervorming van leads of andere aansluitingen en onvoldoende montagedruk
Tegenmaatregelen: Corrigeer de posities, verminder de fluxinhoud, inspecteer en controleer de vormen van leads en andere terminals en controleer de print- en reflowomstandigheden.

Onvoldoende smelten van soldeer

Probleem: Soldeer smelt niet volledig en er blijft soldeerpoeder achter. Dit resulteert in problemen zoals verminderde verbindingssterkte van gemonteerde componenten en het optillen van leads.
Oorzaken: Onjuiste reflowomstandigheden, soldeerpasta van slechte kwaliteit
Tegenmaatregelen: Controleer de reflowomstandigheden en controleer of wijzig de opslagmethode voor soldeerpasta.

Geen soldeerwerk

Probleem: Er zit geen soldeer op het montagekussen of de hoeveelheid soldeer is extreem klein.
Oorzaken: Onvoldoende hoeveelheid geprinte soldeerpasta, onvoldoende bevochtigbaarheid veroorzaakt door de oppervlaktecondities van de montagekussens en leads of door slechte soldeerpasta en onvoldoende reflowverwarming
Tegenmaatregelen: Controleer de staat van het montagekussen en de leadoppervlakken, printmaskers en soldeerpasta. Controleer de reflowomstandigheden.

Onvoldoende verspreiding van soldeerpasta

Probleem: Het soldeer verspreidt zich niet voldoende op de montagekussens en leads, wat resulteert in verminderde verbindingssterkte en het optillen van de leads.
Oorzaken: Onvoldoende hoeveelheid geprinte soldeerpasta, versleten montagekussens, leads of soldeerpasta, of onvoldoende reflowverwarming
Tegenmaatregelen: Controleer de staat van het montagekussen en de leadoppervlakken, printmaskers en soldeerpasta. Controleer de reflowomstandigheden.

Ongelijke hoeveelheid soldeer

Probleem: De hoeveelheid soldeer bij gesoldeerde onderdelen is niet constant. Dit veroorzaakt optillen van leads en verbindingsfouten.
Oorzaken: Lage printbaarbeid (geschiktheid voor schermprinten) van soldeerpasta of onjuiste printomstandigheden
Tegenmaatregel: Controleer de soldeerpasta en printomstandigheden.

Problemen bij conventionele meting van optillen van leads

Het is niet eenvoudig om de aansluitcondities te controleren van de talrijke leads die aanwezig zijn op een enkel gemonteerd halfgeleiderpakket. Meten om de condities te controleren wordt nog moeilijker voor kleinere elektronische onderdelen en componenten en voor printplaten waar de montagedichtheid hoger is.
Meten met een conventionele hoogtemeter of coördinatenmeetmachine (CMM) brengt volgende problemen met zich mee:

Problemen bij het meten van het optillen van leads met behulp van een hoogtemeter

Een hoogtemeter kan gebruikt worden in combinatie met een meetklok om hoogte te meten.
Omdat alleen punten kunnen worden gemeten, moet veel tijd besteed worden aan het meten van een groot aantal punten om de nauwkeurigheid te verbeteren. Maar zelfs als er veel tijd wordt geïnvesteerd en er veel punten worden gemeten, is het nog steeds onmogelijk om de toestand van het hele oppervlak te identificeren.

Bij de leads van halfgeleiderapparaten die dicht op elkaar op een printplaat zijn gemonteerd, kan het moeilijk zijn om contactmetingen uit te voeren op uiterst kleine delen in smalle secties. Ook afwijkingen in meetresultaten tussen verschillende operators en fouten in het meetinstrument maken een stabiele meting onmogelijk.

Problemen bij het meten van het optillen van leads met behulp van een coördinatenmeetmachine

Bij het meten met een coördinatenmeetmachine is het nodig met de taster meerdere punten op het meetdoeloppervlak aan te raken.
Zelfs een lichte buiging van de printplaat of componenten, veroorzaakt door de meetdruk van de taster, kan echter variatie in de gemeten waarden veroorzaken.

Bovendien is het, aangezien de locaties van leads in een halfgeleiderpakket klein zijn, nodig om van tevoren een precisieprogramma voor de meetmachine voor te bereiden. Sommige leads kunnen niet eens worden gemeten vanwege de grootte of positie van de aansluiting.

Oplossing voor problemen bij het meten van het optillen van leads

De normaal gebruikte meetinstrumenten van het contacttype vergen veel tijd om metingen uit te voeren omdat ze driedimensionale voorwerpen en gebieden meten door middel van puntcontact. Daarnaast zijn er de problemen van lage betrouwbaarheid van de meetwaarden door variatie veroorzaakt door menselijke factoren en de moeilijkheid om bruikbare gegevens te creëren uit de cijfers en andere nabewerkingen.

Om deze meetproblemen op te lossen, heeft KEYENCE de Optische 3D-profielmeter van de VR-serie ontwikkeld.
De VR-serie legt nauwkeurig de 3D-vorm van het volledige oppervlak van het voorwerp vast zonder het aan te raken. Een 3D-scan van het object op het platform kan in slechts één seconde worden voltooid voor een zeer nauwkeurige meting van de 3D-vorm. Het is in staat tot onmiddellijke en kwantitatieve metingen zonder fouten in de meetresultaten. In dit gedeelte worden enkele specifieke voordelen van de VR-serie geïntroduceerd.

Voordeel 1: Voltooi de meting in amper één seconde. De 3D-vorm van het volledige doeloppervlak kan nauwkeurig worden vastgelegd met één enkele meting.

De VR-serie verzamelt gebiedsgegevens (bij 800.000 punten in één scan) in slechts één seconde, waardoor de tijd die nodig is voor het meten van grote aantallen punten drastisch wordt verkort. Het maakt een nauwkeurige meting en snelle evaluatie van de 3D-vorm van het gehele voorwerp mogelijk.
Verschillen in meerdere leadhoogtes kunnen worden gevisualiseerd in een kleurenkaart, waardoor het mogelijk is om in één oogopslag te zien welke leads opgetild werden en hoeveel. Zodra een scan is voltooid, kan de profielmeting van elk onderdeel op een later tijdstip worden uitgevoerd, zodat de gedetailleerde omstandigheden kunnen worden geïdentificeerd.

Batchmeting van optillen van leads, kleurenkaartweergave en profielmeting

Voordeel 2: Kan eenvoudig kwantitatieve metingen van kleine voorwerpen uit te voeren.

Door te schakelen tussen camera's met lage vergroting en hoge vergroting, kan nauwkeurig 3D-scannen van de volledige vorm of gedetailleerde onderdelen worden uitgevoerd, zelfs voor kleine voorwerpen zoals de leads van halfgeleiderapparaten.

3D-vormmeting kan eenvoudig worden uitgevoerd door het voorwerp op het platform te plaatsen en op een knop te drukken. Omdat automatische positieaanpassing mogelijk is op basis van doelkenmerkgegevens, is strikte positionering niet vereist. Dit maakt kwantitatieve metingen mogelijk zonder variatie veroorzaakt door menselijke factoren, ongeacht het niveau van ervaring en kennis van de operator; dit maakt het mogelijk om het aantal monsters dat binnen een bepaalde tijd kan worden gemeten te vergroten.
Voor de installatie bevat deze serie de eerste Slimme Meet-functie in de branche die automatisch het meetbereik configureert en het platform verplaatst. Dit elimineert het werk dat nodig is om de meetlengte, het Z-bereik en andere instellingen in te voeren.

Samenvatting

De VR-serie kan nauwkeurig en onmiddellijk de 3D-vorm van het gehele oppervlak meten door middel van snelle, contactloze 3D-scanning om het optillen van leads, de montageomstandigheden van elk onderdeel en andere noodzakelijke items te identificeren.

De meting kan in slechts één seconde worden voltooid. Optillen (hoogten) van meerdere leads kan worden vastgelegd doordat een oppervlak kan worden geïdentificeerd in de kleurenkaart. Gedetailleerde gegevens kunnen worden verkregen door profielmeting van de gewenste doorsnede uit te voeren.
Door de vergroting te veranderen, is het mogelijk om de volledige vorm of gedetailleerde delen van kleine en delicate gemonteerde componenten met hoge nauwkeurigheid en contactloos te meten.
Er is geen positionering vereist. Er is geen ervaring of kennis vereist. Plaats het object gewoon op het platform en druk op een knop om de meting te voltooien.
De 3D-vorm kan worden weergegeven in een kleurenkaart. Doordat gegevens kunnen worden gedeeld die visueel eenvoudig te begrijpen zijn, kunnen soepele coördinatie en tegenmaatregelen worden uitgevoerd.
Meerdere sets meetgegevens kunnen eenvoudig en kwantitatief worden vergeleken en geanalyseerd.

Dit maakt het mogelijk meerdere sets meetgegevens naast elkaar te vergelijken. Analyse kan worden uitgevoerd door instellingen in één keer op alle datasets toe te passen. Door de 3D-vormgegevens te delen, die werden verkregen met de VR-serie, kan de tijd die nodig is drastisch worden verkort en de efficiëntie van het gehele proces verbeterd, inclusief metingen, defectenanalyse en tegenmaatregelen tegen defecten.

INHOUDSOPGAVE