塑封器件的外部目檢方法與判據(jù)研究

楊城，馬清桃

（湖北航天計量測試技術(shù)研究所，湖北 孝感 432100）

0 引言

元器件外部目檢試驗的目的是檢驗器件的工藝質(zhì)量，同時也可以用來檢驗已封裝器件在裝運、安裝和試驗過程中引起的損壞，外部目檢是確保其他試驗項目和周期試驗項目合格的基礎(chǔ)。目前，各單位篩選檢測部門元器件外部目檢方法均采用GJB 548B-2005的方法2009.1外部目檢，但是，該方法僅適用于氣密性封裝器件，無相關(guān)標準適用于塑封器件外部目檢試驗。

另外，根據(jù)塑封器件的參數(shù)、質(zhì)量等級等的差異，其價格的差異非常大。因此，在采購中會采購到不法商人為了經(jīng)濟效益翻新或改標的塑封器件。翻新或改標的塑封器件帶來可見的和潛在的損失是不可估量的，但是GJB 548B和GJB 4027A等國軍標中卻沒有針對如何識別翻新塑封器件的判斷標準[1]。

1 研究背景

隨著氣密封裝器件在全球范圍內(nèi)不斷地縮水，嚴格按照規(guī)范生產(chǎn)、試驗的金屬和陶瓷外殼器件新品越來越少。塑封器件由于在尺寸、重量、成本、可用性和性能，以及工藝和設計方面的先進性，正在被國防高可靠領(lǐng)域各型號產(chǎn)品所接受，并且其用量逐年增大[2]。

目前，大量的塑封器件應用于國防高可靠領(lǐng)域，且大部分塑封器件為進口塑封器件，由于采購渠道不是很通暢，再加上美國等發(fā)達國家的技術(shù)封鎖，市場中存在著假冒、翻新器件的情況[3]。根據(jù)上述情況，開展塑封器件的外部目檢方法與判據(jù)研究，制定適用于塑封器件的外部目檢方法和缺陷判據(jù)。

2 GJB 548B-2005方法2009.1外部目檢的方法和缺陷判據(jù)

本試驗的目的是檢驗氣密性封裝器件的工藝質(zhì)量，也可以用來檢驗已封裝器件在裝運、安裝和試驗過程中引起的損壞。本試驗通常作為承制方的出廠檢驗或用戶的進貨檢查[4]。

2.1 方法

器件應在1.5～10倍的放大鏡下進行檢查。在此范圍，可以用1.5～10倍間任一倍數(shù)對器件的任何表面部位進行檢查。然而，接收產(chǎn)品必須在10倍的放大鏡下通過所有外部目檢判據(jù)的檢查。玻璃密封器件應在7～10倍的放大鏡下檢查。當有或懷疑有外來物時，應用經(jīng)過過濾的、壓強約為137 kPa的潔凈氣流 （真空吸出或吹出）對器件進行吹除處理。

2.2 缺陷判據(jù)

2.2.1 一般判據(jù)

a）標志不清晰、標志內(nèi)容或位置不符合適用的規(guī)范。

b）在密封區(qū) （即氣密性封接界面）明顯有二次涂覆材料。

c）不符合訂購文件要求，或缺少某些必要的的特性。

2.2.2 外來或錯位的物質(zhì)

a）焊料或其他外來物 （即沾污物或侵蝕物）使引線間或焊區(qū)間的絕緣間距減少到小于引線間距（對釬焊引線為焊區(qū)間距）的50%，在任何情況下這個距離應不小于引線自身的最小線寬。

b）引線或引出端上存有任何無關(guān)的外來物，例如：油漆或其他附著的沉積物。

2.2.3 結(jié)構(gòu)缺陷

a）在封裝底部安裝表面上的突起物超出安裝平面。

b）有引線封裝的任一表面存有高度超過引線厚度的突起物 （不包括玻璃溢出物）。

c）無引線封裝蓋板或帽上的突起物、或焊區(qū)平面的延展物高度超過引出端寬度的25%。

d）無引線封裝的焊區(qū)之間、導熱結(jié)構(gòu)之間、密封環(huán)之間、導熱結(jié)構(gòu)和密封環(huán)之間、帽蓋與金屬化城堡區(qū)之間存在非設計要求的金屬化區(qū)，使得它們之間的絕緣間距小于焊區(qū)間距的50%。

2.2.4 封裝殼體或蓋帽的鍍涂層

a）存有鍍涂層缺陷，如剝落、起皮、起泡、凹坑或腐蝕。沒有這些缺陷的退色可以接收。

b）由于損傷或工藝造成的劃傷、擦傷或凹陷，使基底金屬暴露。若僅是暴露底鍍層，是可以接收的。

2.2.5 引線

a）斷線。

b）引線或引出端沒有固定，或沒有置于正常位置，或彎曲成有尖角狀，或有不符合規(guī)定的彎曲，或扭曲使引線偏離正常引線平面20°以上。

c）引線上凹坑的直徑或凹陷的寬度超過引線寬度 （圓引線按直徑計算）的25%，深度大于引線厚度的50%。

d）引線上的毛刺高度超過引線厚度的50%（圓引線按直徑計算）。

e）引線未對準焊區(qū)，致使與焊區(qū)相接部分小于引線焊區(qū)面積的75%。

f）在金屬化區(qū) （包括焊接引線鍍層）內(nèi)，各個引線之間或引線與其他封裝金屬化區(qū)之間的絕緣部分距離減少到小于引線間隔的50%，但在任何情況下這個距離絕不能小于引線自身的最小線徑。

g）焊料使得安裝平面與陶瓷殼體之間的引線尺寸大于引線最大設計厚度的1.5倍，或使安裝平面下的引線尺寸超過最大設計值。

h）劃痕使得引線暴露出的基底金屬的面積大于引線表面積的5%。暴露引線末端截面的基底金屬是可以接收的，不計算在5%之內(nèi)。

2.2.6 有引線器件的封裝殼體或蓋帽

a）封裝殼體破裂或有裂紋。表面劃痕不應視為失效，除非與3.3.1所列的標志、涂層等判據(jù)相違背。

b）表面上任何缺口在任何方向上的尺寸大于1.5 mm，并且其深度超過封裝有效單元厚度 （例如蓋板、底板或殼壁）的25%。

c）與釬焊引線相連的外引線金屬化條上存在大于自身寬度25%的空洞。

d）在任何多層陶瓷封裝上有明顯的裂紋、分層、分離或空洞。

2.2.7 無引線器件的封裝殼體或蓋帽

a）在受損表面 （邊緣或棱角）的任一方向上存在幾何尺寸超過引出端間距50%以上的陶瓷裂縫，且其深度超過受損封裝部件 （例如蓋帽、底板或壁）厚度的25%。

b）在任一封裝部件上存在裂紋、分層、分離或空洞。

c）城堡狀區(qū)與焊區(qū)未對準。除環(huán)形區(qū)外，在城堡狀區(qū)內(nèi)的金屬均應在焊盤的可見延伸區(qū)域內(nèi)。

d）城堡狀區(qū)圖形不符合下述規(guī)定。城堡狀區(qū)應呈凹形，此凹形在封裝邊緣由貫穿所有城堡狀區(qū)的陶瓷層的三維空間所限定。城堡表面可能是不規(guī)則的，此三維空間的尺寸分別為：

1）最小寬度大于封裝引出端焊盤寬度的1/3；

2）最小深度大于城堡狀區(qū)的最小寬度的l/2；

3）長度等于設計值；

4）最大寬度小于等于封裝引出端的焊盤寬度；

5）最大深度小于等于城堡狀區(qū)最大寬度的1/2。

這些尺寸用于保證在極端的情況下，城堡狀區(qū)在封裝邊緣上不會呈現(xiàn)為平面，同時也不會成為閉合的通孔。

2.2.8 玻璃密封

a）玻璃密封表面的裂紋。

b）任一超過一個座標象限范圍 （即超過90°扇形或圍繞引線的90°弧形）的單個圓弧狀裂紋（或重迭的裂紋），它超過或正處于從引線到外殼距離一半以外的區(qū)域。

c）徑向裂紋如下：

1）裂紋不是起始在引線處；

2）3條或更多條超過引線到外殼距離一半的裂紋；

3）兩條位于同一象限的超過引線到外殼距離一半的裂紋。

d）任何深度大于玻璃彎月形區(qū)的劈形。玻璃彎月形區(qū)指圍繞在引線或引出端的隆起玻璃區(qū)域。由于導致彎月形劈而暴露了底層金屬，只要保證暴露區(qū)域的深度不大于0.25 mm，這種情況是可以接收的。

e）表面氣泡超過下列規(guī)定：

1）玻璃封接處的開口泡直徑超過0.13 mm；3）開口泡串或簇的尺寸大于引腿到外殼距離的2/3。

f）表面的氣泡超過下列規(guī)定：

1）大氣泡或空洞的總面積超過玻璃密封面積的1/3；

2）單個氣泡或空洞的尺寸大于引腿到外殼距離的2/3；

3）兩個氣泡在一條直線上，且總尺寸大于引腿到外殼距離的2/3；

4）互連的氣泡大于引線到外殼距離的2/3。

g）在引線處和 （或）殼體界面處存在非均勻性缺陷的凹形密封。

2.3 說明

有關(guān)的訂購文件應規(guī)定以下內(nèi)容：

a）標志、引線 （引出端）或引出端識別要求。

b）材料、設計、結(jié)構(gòu)和工藝質(zhì)量的其他詳細要求。

3 塑封器件外部目檢的方法和缺陷判據(jù)研究

因塑封器件與氣密性封裝器件封裝方式和結(jié)構(gòu)的不同，且市場中存在著大量假冒、翻新進口塑封器件，所以塑封器件進行外部目檢試驗時需使用包括至少能放大10～100倍立體顯微鏡和200倍的金相顯微鏡等具有較大可見視場的光學設備；同時需在氣密性封裝器件外部目檢試驗缺陷判據(jù)進行相關(guān)的刪減和增加。

3.1 方法

3.1.1 放大倍數(shù)： 10～200 X

塑封器件應在10～200 X的顯微鏡下進行檢查。在此范圍，可以用10～200 X間任一倍數(shù)對器件的任何表面部位進行檢查。塑封器件材質(zhì)應在放大倍數(shù)為200 X的金相顯微鏡下檢查。

3.1.2 檢查方法

a）低放大倍數(shù)檢查

在10 X放大倍數(shù)下檢查器件標志、標志內(nèi)容和位置。

b）中放大倍數(shù)檢查

在25～50 X放大倍數(shù)下檢查器件的正反面倒圓角、引腳、連筋和定位孔等。

c）高放大倍數(shù)檢查

在200 X放大倍數(shù)下檢查器件的正反面材質(zhì)。

當有或懷疑外來物時，應用經(jīng)過過濾的、壓強約為137 kPa的潔凈氣流 （真空吸出或吹出）對器件進行吹除處理。

3.2 刪減和增加的缺陷判據(jù)

3.2.1 刪減的相關(guān)氣密性封裝器件外部目檢缺陷判據(jù)

下列缺陷判據(jù)不適用于塑封半導體器件[5]：

a）存在任何使密封區(qū)域模糊的輔涂覆材料的總要求。

b）外來或錯位的物質(zhì)有關(guān)焊料流溢或其他外來物的要求。

c）結(jié)構(gòu)缺陷。

d）封裝體或帽的涂層。

e）引線未對準焊區(qū)。

f）引線中有關(guān)增加引線厚度的焊料的要求。

g）封裝體或帽 （有引線器件）任何有關(guān)缺口尺寸的要求。

h）封裝體或帽 （無引線器件）。i）玻璃密封。

3.2.3 塑封器件外部目檢增加的缺陷判據(jù)

下列缺陷應拒收：

a）包封不平整，翹曲或弓彎。

b）包封層內(nèi)的外來物，塑封層的空洞和裂紋。

c）引線變形。

3.3 塑封器件外部目檢缺陷判據(jù)研究

3.3.1 一般判據(jù)

a）標志不清晰、標志內(nèi)容或位置不符合適用的規(guī)范。

b）不符合訂購文件要求，或缺少某些必要的特性。

3.3.2 外來或錯位的物質(zhì)

a）焊料或其他外來物 （即粘污物或侵蝕物）是引線間或焊區(qū)間的絕緣間距減少到小于引線間距（對釬焊引線為焊區(qū)間距）的50%，在任何情況下這個距離應不小于引線自身的最小線寬。

b）引線或引出端上存有任何無關(guān)的外來物，例如：油漆或其他附著的沉積物。

3.3.3 結(jié)構(gòu)缺陷

a）塑料包封不平整，翹曲或弓彎。

b）塑料包封層內(nèi)的外來物，塑封層的空洞和裂紋。

3.3.4 引線a）引線變形。b）斷線。

c）引線或引出端沒有固定，或沒有置于正常位置，或彎曲成有尖角狀，或有不符合規(guī)定的彎曲，或扭曲使引線偏離正常引線平面20°以上。

d）引線上凹坑的直徑或凹陷的寬度超過引線寬度 （圓引線按直徑計算）的25%，深度大于引線厚度的50%。

e）引線上的毛刺高度超過引線厚度的50%（圓引線按直徑計算）。

f）劃痕使得引線暴露出的基底金屬的面積大于引線表面積的5%。暴露引線末端截面的基底金屬是可以接收的，不計算在5%之內(nèi)。

3.3.5 翻新缺陷判據(jù)

a）包封層有打磨痕跡，塑封邊線不是呈緩慢變化的弧線邊緣而呈直角形貌。

b）塑封表面正常注塑形貌打磨后重新噴涂，呈噴涂形貌。

c）定位孔呈打磨和噴涂形貌。

d）側(cè)面有明顯的噴涂分層形貌。

3.4 說明

有關(guān)的訂購文件應規(guī)定以下內(nèi)容：

a）標志、引線或引出端識別要求。

b）材料、設計、結(jié)構(gòu)和工藝質(zhì)量的其他詳細要求。

4 結(jié)束語

目前，塑封器件的外觀質(zhì)量檢驗一般采用GJB 548B-2005的方法2009.1外部目檢，而此方法與缺陷判據(jù)適用于氣密性封裝器件的外部目檢試驗項目。隨著塑封器件越來越多地應用于國防高可靠領(lǐng)域，仍借用該外部目檢方法與缺陷判據(jù)已不能滿足塑封器件外部目檢試驗項目的要求。

因此，根據(jù)塑封器件的特性及相關(guān)標準，制定塑封器件外部目檢的軍用標準，提高塑封器件在國防高可靠領(lǐng)域應用的可靠性。

[1]楊城，張吉，馬清桃，等.基于封裝工藝識別翻新塑封集成電路 [J].電子與封裝，2013，13（10）：5-9.

[2]肖虹，蔣少英，劉涌.國外塑封微電路的可靠性研究進展 [J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗，2000，18（6）：45-49..

[3]肖詩滿，李少平，雷志鋒.破壞性物理分析 （DPA）方法在識別假冒、翻新集成電路中的應用 [C]//中國電子學會第十四屆青年學術(shù)年會論文集.2008：164-166.

[4]GJB 548B-2005，微電子器件試驗方法和程序 [S].

[5]GJB 4027A-2006，軍用電子元器件破壞性物理分析方法[S].