SOT82封装产品的研发和制造

张华洪，张少芳

（汕头华汕电子器件有限公司，广东 汕头 515300）

1 引言

随着电子技术应用的不断发展，整机产品越来越趋向于多功能、小型化，因此其结构的设计也越来越密集；而发达国家不断设置非贸易壁垒，对整机的安全性能、相互抗干扰能力等提出了越来越高的标准，因而整机对器件，尤其是功率器件的要求也就越来越苛刻。而SOT82封装产品载芯板面积比TO-126大，可以装配较大面积芯片，装配芯片界于TO-126和TO-220之间，且背面散热板面积较TO-126大，散热效果比TO-126好，市场前景将会大幅提升。

2 开发历程

SOT82先期产品质量策划工作严格按照TS16949要求进行，历时30个月。产品开发经历四个阶段：

第一阶段：成立新产品项目研发小组、确认项目开发的各个目标、确定初期产品的材料清单、流程图、特殊特性、APQP的开发计划和设备开发计划、项目可行性评审等主要工作。

第二阶段：本阶段的主要工作是在所有设备进厂完成调试后进行样品试产，围绕样品试产分别制定样品控制计划、样品制试标准等。样品试产后送样给客户做可靠性认定试验，同时讨论修改了产品特殊特性，并正式确定生产流程。

第三阶段：为过程设计和开发阶段，主要包括样品试生产后完成各种工作文件，如包装规范、PFMEA、工艺流程、SOT82机台装配工艺条件等，并为试生产准备控制计划、SPC计划和MSA计划等。

第四阶段：为产品和过程确认阶段，主要包括产品的批量试生产和可靠性试验验证。在本阶段试验过程中，研发小组对各个生产过程都进行了确认，落实了生产各环节对于人、机、料、法、环、测各要素的控制，能够按照开发的要求进行生产。在试生产过程中完成SPC报告和MSA报告、APQP策划总结、PPAP资料提交等。通过本次的批量试产，对SOT82的策划目标、量产能力做最后的验证。

3 确定生产工艺流程

SOT82的制造流程与普通功率器件的工艺流程大致相同，主要在去溢料后增加一道去浇口工序，SOT82的主要工艺流程如图1。

4 生产过程解决的主要问题

4.1 DVT（热阻测试）不良

批量生产时，测试出现连续低良率批异常，成品率低于95%，主要不良项目为DVT H/L异常。经分析确认为上芯工序的锡层厚度太厚及锡层倾斜所致，如图2所示。

4.1.1 原因分析

锡层厚度不良主要体现在熔合在框架载芯板上的锡量不稳定、压锡后的锡层不平整。这些主要与点锡、压锡机构的调整有关。

（1）点锡头的孔径与焊料的线径不匹配，导致焊料在点锡头中存在较大的间隙，送锡时会出现弯折从而使得熔合在框架上的锡量有大有小。

（2）压锡头安装的水平度不良，压锡后，锡层存在一边厚一边薄的现象。

4.1.2 解决措施

（1）优化点锡参数：点锡量规定为0.7mm（焊料采用457 μm线径匹配508 μm点锡头孔径）；

（2）定期清洁压锡头及调整压锡水平度（采用3.3mm×3.3mm的压锡头）；

（3）加严锡层厚度过程控制标准（锡层厚度控制标准由20μm～65μm调整至22μm～50μm）；

（4）每班压锡头的水平度校准。

4.2 脱口

小批量生产时，焊线工序频繁出现脱口，部分异常批不良比率达10%左右。

4.2.1 原因分析

（1）焊接工艺不合适。SOT82框架为全镀镍框架，为化学镀镍层，在空气中容易氧化生成钝化膜，影响正常的管脚焊接。

（2）劈刀污染。镀镍框架焊脚焊接工艺会略高于正常的裸铜框架工艺，使得劈刀的U型槽内更容易残留铝渣。

（3）过位不稳定。SOT82框架因结构问题，载芯板前端没有连筋，容易变形，如果一次过位2只，单步过位距离变大，会增加变形/错位的几率，使得压爪没有压紧焊脚。

4.2.2 解决措施

（1）采用正交试验优化确定焊脚的焊接条件；

（2）修正劈刀的清洗周期（由10万点调整至6万点，防止劈刀污染而导致的脱口）；

（3）焊线过位设定为单只过位，禁止连续2只过位（防止过位错位而导致压爪压不紧引起的脱口异常）。

4.3 载芯板变形异常

塑封后在侧面出现露铜，焊线后出现载芯板偏移变形现象（如图3）。

4.3.1 原因分析

（1）过位勾爪的调整不合适。过位勾爪的位置与压轮处于同一水平方向，过位时勾爪容易碰到压轮，导致过位出现错位。

（2）过位步距的设定不合适。SOT82框架因结构问题，载芯板前端没有连筋，容易变形，如果一次过位2只，单步过位距离变大，会增加过位步距的误差，使得载芯板经定位叉校准后产生歪头现象。

4.3.2 解决措施

（1）焊线过位设定为单只过位，禁止连续2只过位；（2）制作量具，用于检测框架载芯板是否存在偏移。

4.4 顶针角度偏移

在塑封试生产过程中，发现个别顶针角度偏移的现象（如图4）。

4.4.1 原因分析

经摘解模条分析发现，模具上有个别压紧框架的顶针存在一定程度的偏转，如图5。导致该压紧针偏转的主要原因是因为该针的头部直径太小，而背面开的圆孔大于该顶针头，针头部的两个小平面不能起到定位作用，定位针可以在孔里自由旋转。

4.4.2 解决措施

针对以上问题重新设计顶针，加大顶针头部尺寸，使其头部卡在模条的凹槽中不能自由旋转，更换整个模具的顶针后解决该问题，如图6。

4.5 塑封体段差不良

在生产过程中，发现不同程度的塑封体段差不良，如图7。

4.5.1 原因分析

经对产品外观及模具整体结构分析、检查后，发现导致SOT82产品塑封体段差的主要原因是：由于上下模具的定位块严重磨损，如图8，在合模时使模具出现轻微偏移，从而使生产的产品塑封体出现段差不良。

4.5.2 解决措施

重新设计加工定位，并采用合金耐磨材质，问题解决，如图9。

4.6 电镀工艺的确定

SOT82产品最初采用的框架是全镀镍框架，为化学镀镍层，在空气中容易氧化生成钝化膜，如果电镀前镍钝化膜处理不彻底，将导致镀锡层与框架表面的镍层结合不良而影响产品引脚的可焊性，通过试验确定适合的工艺条件，解决镀层的结合力不良问题，最后出于对工艺条件各方面因素（如去氧化槽温度、有效浓度等）的不稳定性考虑，而采用局部镀镍框架，从根源上解决锡镀层与框架表面镍层的结合不良问题。

根据SOT82产品特性（框架较单薄，强度不足等）设计专用的挂具。

5 结束语

本文通过对SOT82产品结构特点进入研究，确定了产品工艺条件；对封装设备工作原理进行分析，解决了SOT82产品DVT（热阻测试）高、塑封体段差、载芯板变形、顶针角度偏移和锡层厚度不均匀等问题。以上工艺技术，适应于大批量SOT82产品制造，装配后产品技术指示达到国际先进水平。