快速准确地测量半导体封装的引线翘起的方法

何谓引线框（引线）

“引线框（英语：lead frame）”是指，在IC、LSI等半导体封装中，在支撑和固定半导体芯片（半导体元件）的同时，通过从封装伸出的如同蜈蚣脚般的多个外部连接端子“外引线”连接外部配线的部件。
这种形态的半导体封装完成品也称为“引线框封装”，从树脂露出的外引线也可简单地称为“引线”。引线框各部分名称和半导体封装内部结构如下图所示。

引线框（引线）的材质、加工和用途

引线框（引线）一般使用Cu合金（铜合金）类材料和铁合金类材料等在导电度、机械强度、导热度、耐腐蚀性等方面出众的薄板。
将这些长薄板依次输送，实施精密冲压（冲裁、拉延、弯曲）加工。由此成型为支撑固定半导体芯片（半导体元件）的“芯片焊盘”、与半导体元件配线的“内引线”、连接外部配线的“外引线”等。除机械加工以外，引线框制造工序还有蚀刻、电镀等表面处理工序。
引线框不仅可用于IC、LSI等集成电路封装，还可用于离散半导体、光电耦合器、LED等。这些都采用引线接合，作为将半导体元件各电极和内引线进行内部连接的方法。

引线翘起、连接不良等表面贴装中的不良与应对措施

近年来，随着封装电子元件小型化和电子电路高密度化，引线框及其连接要求具有更严格的精度。在表面贴装工序中，外引线的尺寸和形状、共面性的不良是造成封装时不良的原因。此外，因为引线表面处理不良、回流焊热量不足而导致的焊锡浆（焊锡膏）扩散（湿润）不足、因为回流焊条件不合适而造成的焊锡熔融不足、因为印刷电路板翘曲等各种条件而发生表面贴装元件（SMD）的“引线翘起”，这些造成了连接不良，降低接点强度。
下面是引线翘起等代表性封装不良的原因与应对措施的例子。

引线翘起（部件翘起）

• 现象：外引线等电子部件端子上没有焊锡，呈向上翘起的状态。
• 原因：焊锡印刷或部件的位置偏移、焊锡印刷量或熔融时间不均匀、引线等端子变形、装配机按压不足。
• 应对措施：修正位置偏移、减少焊剂含量、检查和管理引线等端子形状、研究印刷条件、研究回流焊条件。

焊锡未熔融

• 现象：焊锡未充分熔融，有粉末残留。发生封装部件连接强度下降、引线翘起等情况。
• 原因：回流焊条件不合适、焊锡浆劣化。
• 应对措施：重新评估回流焊条件、确认和更改焊锡浆保管方法。

无焊锡

• 现象：接合焊盘上没有或极少焊锡。
• 原因：焊锡浆印刷量不足、接合焊盘与引线表面状态和焊锡浆劣化导致润湿不足、回流焊时热量不足。
• 应对措施：查看接合焊盘和引线的表面、印刷掩膜、焊锡浆的状态，重新评估回流焊条件。

焊锡扩散不足

• 现象：焊锡在接合焊盘或引线上未充分润湿扩散，发生连接部分强度下降、引线翘起等。
• 原因：焊锡浆印刷量不足、接合焊盘、引线和焊锡浆劣化、热量不足。
• 应对措施：查看接合焊盘和引线的表面、印刷掩膜、焊锡浆的状态，重新评估回流焊条件。

焊锡量不均匀

• 现象：焊接部的焊锡量不固定。造成引线翘起、连接不良。
• 原因：焊锡浆的印刷性（穿过性）低、印刷条件不合适。
• 应对措施：研究焊锡浆和印刷条件。

引线翘起测量的课题

每个已封装的半导体封装里都有很多引线，要确认引线的连接状态并不容易。尤其是在电子部件小型化、封装印刷电路板高密度化的背景下，测量难度不断增大。
在使用高度尺规和三坐标测量仪测量引线翘起（高度）时，存在以下课题。

使用高度尺规测量引线翘起的课题

通过搭配使用千分表，高度尺规可以进行高度的测量。
测量仅限于点，为了提升精度，需花费时间测量多点。但是，即使花费大量时间测量多点，也难以掌握面的整体状态。

此外，测量高密度印刷电路板封装中的半导体工件的引线时，往往难以接触到狭窄部分的极小处进行测量。而且，测量结果的人为偏差、测量仪本身的误差都会导致无法稳定地完成测量。

使用三坐标测量仪测量引线翘起的课题

如要使用三坐标测量仪测量，必须使探头前端的接触件接触目标物测量位置上的多个部位。
但是，印刷电路板和部件因为接触件的测量压力而发生微小弯曲时，会产生测量值偏差。

此外，半导体封装的引线部分很小，必须事先精密地编写测量仪的程序。根据引线连接部分的不同尺寸和配置，有时测量本身就非常困难。

引线翘起的课题解决方法

对于立体的目标物和待测量面，使用的接触式测量仪需以点为单位进行接触，因此测量相当耗时。此外，还存在人为产生的偏差等导致测量值可靠性较低、数值数据化等后续处理不便的课题。

为解决这些测量课题，基恩士开发了3D轮廓测量仪“VR系列”。
以非接触的方式，以面为单位来准确捕捉目标物的3D形状。此外，最快1秒完成载物台上目标物的3D扫描，高精度地测量三维形状。因此，测量结果不会产生偏差，可瞬间实施定量测量。下面具体介绍这些优点。

优点1：最快1秒。用“面”一并取得目标物整体的3D形状。

“VR系列"可在1秒内取得面的数据（一键80万点数据），飞跃性地缩短了因多点测量而耗费的时间。准确测量目标物整体的3D形状，并快速完成评估。
此外，还可以通过彩色图将多条引线的高度差异进行可视化，使操作人员一眼掌握哪根引线以什么数值翘起。而且只要扫描过一次，之后就能取得各个部位的轮廓数据，因此可掌握详细状态。

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优点2：微小的目标物也能轻松实现定量测量

可切换低倍率/高倍率相机，半导体工件引线等微小目标物整体和细节均能准确完成3D扫描。

此外，将目标物放置到载物台上，通过只需按下按钮的简单操作，即可测量3D形状。根据目标物的特征数据自动完成位置补正，因此无需严格的定位。无需经验和知识即可定量测量，不会产生人为偏差，因此可增加测量数。
还配备了“Smart Measurement功能”，设定时能自动设定测量范围和移动载物台，免去了设定测量长度和Z范围等麻烦。

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总结：飞跃性地提升棘手的引线翘起测量的速度和精度

采用“VR系列”，可通过高速3D扫描，以非接触的方式迅速、准确地测量引线翘起、各部件封装状态等面整体的3D形状。

• 最快1秒。以面为单位、用彩色图了解多根引线的翘起（高度），可通过各截面的轮廓测量，取得详细数据。
• 小型、精密的封装部件的整体和细节也能利用倍率切换，以非接触方式高精度地进行形状测量。
• 无需定位。无需经验和知识。只需将目标物放置到载物台上并按下按钮的简单操作，即可完成测量。
• 可用彩色图显示3D形状。可将一目了然的数据进行共享，顺利实现合作并采取措施。
• 轻松实现多个测量数据的定量比较和分析。

可将多个测量数据排列比较，并通过设定的批量应用来分析数据。共享3D形状数据，从测量作业到不良分析及不良应对措施，飞跃性地缩短了工作时间，提升了效率。

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