王津生 葉德洪 孫德義 張學(xué)雷

(飛思卡爾半導(dǎo)體(中國)有限公司，天津 300385)

引 言

近十年，電子產(chǎn)品市場(chǎng)迅速擴(kuò)大，競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈，價(jià)格越來越低，各生產(chǎn)廠家為取得市場(chǎng)份額，求得生存，在開發(fā)新產(chǎn)品的同時(shí)，也在不斷尋求降低IC器件成本的方法。引線框架電鍍是IC封裝過程中的一個(gè)關(guān)鍵工序，其作用是要在引線管腳區(qū)域鍍覆上一層釬焊性能良好的金屬，使IC器件與PCB板上的焊盤具有良好的焊接性，以連接封裝體內(nèi)部芯片和PCB上的外電路。

1 實(shí)驗(yàn)背景

為降低某封裝體的成本，定壓縮引線框架的冗余量，把引線框架兩排排列改為三排排列并適當(dāng)增加框架的寬度，電鍍純錫后測(cè)量鍍層厚度發(fā)現(xiàn)該引線框架的鍍層厚度與之前相比標(biāo)準(zhǔn)差明顯變大，也就是說鍍層厚度的均勻性變差。

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及評(píng)測(cè)指數(shù)

鍍層厚度的測(cè)量使用SK的XRF厚度測(cè)量?jī)x，型號(hào)為SFT9200;使用標(biāo)準(zhǔn)差作為評(píng)定鍍層厚度均勻性的評(píng)測(cè)指數(shù)，公式如下:

同時(shí)使用過程能力指數(shù)Cpk作為評(píng)測(cè)鍍層厚度超出規(guī)格限風(fēng)險(xiǎn)的一個(gè)指標(biāo)，公式如下:

公式中的Min是指兩個(gè)數(shù)比較后取較小的值，Mean是指鍍層的平均厚度，S指樣本的標(biāo)準(zhǔn)差，USL和LSL分別代表鍍層厚度的上下規(guī)格限。Cpk值的高低反應(yīng)制程能力的優(yōu)劣，在厚度均勻性的評(píng)測(cè)上反應(yīng)的是相同平均厚度的情況下，Cpk越高，均勻性越好，超出規(guī)格限的可能性越小。

1.2 鍍層厚度均勻性評(píng)測(cè)方法

考慮到鍍層厚度的抽樣點(diǎn)要具有代表性，把引線框架的鍍層區(qū)域分成四行四列，如圖1所示。

圖1 厚度樣本采集示意圖

16個(gè)測(cè)量區(qū)域包含了整條引線框架上的厚度信息，測(cè)量的厚度作為整條引線框架厚度的樣本進(jìn)行計(jì)算和評(píng)測(cè)。經(jīng)過JMP統(tǒng)計(jì)軟件分析，改進(jìn)后的框架上鍍層厚度與原有框架相比，標(biāo)準(zhǔn)差由8.54增大為28.13，說明厚度分布范圍在增大，均勻性在降低;Cpk由3.56降到0.76，說明由于標(biāo)準(zhǔn)差的增大和平均厚度的變化導(dǎo)致制程能力指數(shù)的降低，鍍層厚度超出規(guī)格限的風(fēng)險(xiǎn)增大。引線框架改進(jìn)前后鍍層厚度標(biāo)準(zhǔn)差和Cpk統(tǒng)計(jì)如圖2所示。

圖2 框架改進(jìn)前后鍍層厚度標(biāo)準(zhǔn)差和Cpk統(tǒng)計(jì)分析

1.3 影響因素分析

圖3 為影響鍍層厚度的魚骨分析圖。通過圖3分析，在電流一定的前提下，電鍍液的參數(shù)、陽極幾何尺寸和屏蔽板的位置是影響鍍層厚度均勻性的主要因素。由于一個(gè)電鍍槽要進(jìn)行多種型號(hào)的引線框架的電鍍，不可能對(duì)不同型號(hào)的引線框架使用不同的電鍍液參數(shù)，而且也不大可能更換不同尺寸的陽極，生產(chǎn)線上最方便調(diào)整的是屏蔽板的位置，電鍍槽中的屏蔽板是一塊絕緣的擋板，其作用是通過對(duì)電力線的遮擋，改變槽中電場(chǎng)的分布，改善陰極上鍍件鍍層分布的均勻性。

1.4 引線框架連續(xù)鍍工藝

引線框架使用的是連續(xù)鍍工藝，電鍍液從儲(chǔ)液罐中通過電泵抽到電鍍槽中，然后再回流到儲(chǔ)液罐中，如此往復(fù)循環(huán)。絕緣的屏蔽板就設(shè)在電鍍槽中，位于陰極和陽極之間。如圖4所示。

圖4 電鍍槽的內(nèi)外結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.5 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，統(tǒng)一調(diào)節(jié)屏蔽板高度來調(diào)整鍍層厚度的均勻性。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)和反復(fù)調(diào)整，由于改進(jìn)后的引線框架比以前的寬度大很多，始終未能找到一個(gè)合適的屏蔽板高度，使得鍍層厚度的標(biāo)準(zhǔn)差縮小。但是在實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)了通過調(diào)整屏蔽雖然不能使鍍層變得更均勻，但是可以獲得兩種梯形的鍍層厚度分布，如圖5所示，而這兩種梯形分布合在一起可以組成一個(gè)矩形。

圖5 鍍層厚度分布示意圖

因此，分別調(diào)整三個(gè)電鍍槽的屏蔽板高度，調(diào)節(jié)1號(hào)鍍槽的屏蔽板，使得經(jīng)過1號(hào)電鍍槽后引線框架的鍍層厚度分布如圖5(a)所示，調(diào)節(jié)2號(hào)鍍槽的屏蔽板，得到圖5(b)的鍍層分布，由于受到槽體的限制，圖5(a)和圖5(b)不是完全互補(bǔ)，通過3號(hào)鍍槽的屏蔽板的調(diào)整，彌補(bǔ)1號(hào)或2號(hào)鍍槽所形成的鍍層分布，從而得到圖6所示的鍍層分布。

圖6 互補(bǔ)后的鍍層厚度分布示意圖

使用JMP軟件對(duì)屏蔽改造前后鍍層厚度的標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析比較，判斷改善前后是否具有統(tǒng)計(jì)意義上的顯著差別。如果差別顯著則說明這次改善是有意義的，成功的。若差別不顯著，則說明此次改善的結(jié)果是失敗的，沒有取得預(yù)期效果。利用的是JMP所提供的雙樣本方差分析方法，這里的方差是指標(biāo)準(zhǔn)差的平方。首先定義原假設(shè)為改善前后方差沒有顯著變化，即σ前=σ后，備擇假設(shè)為改善前后方差有顯著變化，即σ前≠σ后，通過JMP軟件的運(yùn)行，得到的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖7所示，統(tǒng)計(jì)結(jié)果中的p-value，即p值是指原假設(shè)成立的概率，在統(tǒng)計(jì)中，一般把發(fā)生概率小于0.05，即5%的認(rèn)為為小概率發(fā)生事件，或者說是不可能發(fā)生事件，圖7的統(tǒng)計(jì)結(jié)果的p值顯示小于0.001，所以判斷原假設(shè)為小概率事件或不可能發(fā)生事件，因而拒絕原假設(shè)，選擇備擇假設(shè)的結(jié)論，即改善前后鍍層厚度的方差σ前≠σ后，改善結(jié)果顯著，因而鍍層厚度均勻性的改善較之前得到明顯改進(jìn)。

圖7 優(yōu)化后標(biāo)準(zhǔn)差的比較和統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)優(yōu)化后的引線框架鍍層厚度采樣測(cè)量并通過JMP統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行能力分析，結(jié)果顯示，標(biāo)準(zhǔn)差縮小到7.94，說明鍍層厚度的均勻性得到很大改善，Cpk值為4.05，說明優(yōu)化后鍍層的制程能力得到提高，鍍層厚度超出規(guī)格限的概率幾乎為零，其風(fēng)險(xiǎn)大大降低。

2 結(jié)論

通過分別調(diào)整電鍍槽中屏蔽板的高度，使得不同厚度分布的鍍層相互補(bǔ)償，從而得到整體均勻的鍍層，經(jīng)統(tǒng)計(jì)軟件JMP的分析，改善后的鍍層均勻性得到顯著提高。但是這種方法也存在不足。由于是利用了屏蔽作用獲得需要的鍍層分布，會(huì)使陰極電流效率降低，這也是今后需改進(jìn)的方向。

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