塑封器件的外部目检方法与判据研究

杨城，马清桃

（湖北航天计量测试技术研究所，湖北 孝感 432100）

0 引言

元器件外部目检试验的目的是检验器件的工艺质量，同时也可以用来检验已封装器件在装运、安装和试验过程中引起的损坏，外部目检是确保其他试验项目和周期试验项目合格的基础。目前，各单位筛选检测部门元器件外部目检方法均采用GJB 548B-2005的方法2009.1外部目检，但是，该方法仅适用于气密性封装器件，无相关标准适用于塑封器件外部目检试验。

另外，根据塑封器件的参数、质量等级等的差异，其价格的差异非常大。因此，在采购中会采购到不法商人为了经济效益翻新或改标的塑封器件。翻新或改标的塑封器件带来可见的和潜在的损失是不可估量的，但是GJB 548B和GJB 4027A等国军标中却没有针对如何识别翻新塑封器件的判断标准[1]。

1 研究背景

随着气密封装器件在全球范围内不断地缩水，严格按照规范生产、试验的金属和陶瓷外壳器件新品越来越少。塑封器件由于在尺寸、重量、成本、可用性和性能，以及工艺和设计方面的先进性，正在被国防高可靠领域各型号产品所接受，并且其用量逐年增大[2]。

目前，大量的塑封器件应用于国防高可靠领域，且大部分塑封器件为进口塑封器件，由于采购渠道不是很通畅，再加上美国等发达国家的技术封锁，市场中存在着假冒、翻新器件的情况[3]。根据上述情况，开展塑封器件的外部目检方法与判据研究，制定适用于塑封器件的外部目检方法和缺陷判据。

2 GJB 548B-2005方法2009.1外部目检的方法和缺陷判据

本试验的目的是检验气密性封装器件的工艺质量，也可以用来检验已封装器件在装运、安装和试验过程中引起的损坏。本试验通常作为承制方的出厂检验或用户的进货检查[4]。

2.1 方法

器件应在1.5～10倍的放大镜下进行检查。在此范围，可以用1.5～10倍间任一倍数对器件的任何表面部位进行检查。然而，接收产品必须在10倍的放大镜下通过所有外部目检判据的检查。玻璃密封器件应在7～10倍的放大镜下检查。当有或怀疑有外来物时，应用经过过滤的、压强约为137 kPa的洁净气流 （真空吸出或吹出）对器件进行吹除处理。

2.2 缺陷判据

2.2.1 一般判据

a）标志不清晰、标志内容或位置不符合适用的规范。

b）在密封区 （即气密性封接界面）明显有二次涂覆材料。

c）不符合订购文件要求，或缺少某些必要的的特性。

2.2.2 外来或错位的物质

a）焊料或其他外来物 （即沾污物或侵蚀物）使引线间或焊区间的绝缘间距减少到小于引线间距（对钎焊引线为焊区间距）的50%，在任何情况下这个距离应不小于引线自身的最小线宽。

b）引线或引出端上存有任何无关的外来物，例如：油漆或其他附着的沉积物。

2.2.3 结构缺陷

a）在封装底部安装表面上的突起物超出安装平面。

b）有引线封装的任一表面存有高度超过引线厚度的突起物 （不包括玻璃溢出物）。

c）无引线封装盖板或帽上的突起物、或焊区平面的延展物高度超过引出端宽度的25%。

d）无引线封装的焊区之间、导热结构之间、密封环之间、导热结构和密封环之间、帽盖与金属化城堡区之间存在非设计要求的金属化区，使得它们之间的绝缘间距小于焊区间距的50%。

2.2.4 封装壳体或盖帽的镀涂层

a）存有镀涂层缺陷，如剥落、起皮、起泡、凹坑或腐蚀。没有这些缺陷的退色可以接收。

b）由于损伤或工艺造成的划伤、擦伤或凹陷，使基底金属暴露。若仅是暴露底镀层，是可以接收的。

2.2.5 引线

a）断线。

b）引线或引出端没有固定，或没有置于正常位置，或弯曲成有尖角状，或有不符合规定的弯曲，或扭曲使引线偏离正常引线平面20°以上。

c）引线上凹坑的直径或凹陷的宽度超过引线宽度 （圆引线按直径计算）的25%，深度大于引线厚度的50%。

d）引线上的毛刺高度超过引线厚度的50%（圆引线按直径计算）。

e）引线未对准焊区，致使与焊区相接部分小于引线焊区面积的75%。

f）在金属化区 （包括焊接引线镀层）内，各个引线之间或引线与其他封装金属化区之间的绝缘部分距离减少到小于引线间隔的50%，但在任何情况下这个距离绝不能小于引线自身的最小线径。

g）焊料使得安装平面与陶瓷壳体之间的引线尺寸大于引线最大设计厚度的1.5倍，或使安装平面下的引线尺寸超过最大设计值。

h）划痕使得引线暴露出的基底金属的面积大于引线表面积的5%。暴露引线末端截面的基底金属是可以接收的，不计算在5%之内。

2.2.6 有引线器件的封装壳体或盖帽

a）封装壳体破裂或有裂纹。表面划痕不应视为失效，除非与3.3.1所列的标志、涂层等判据相违背。

b）表面上任何缺口在任何方向上的尺寸大于1.5 mm，并且其深度超过封装有效单元厚度 （例如盖板、底板或壳壁）的25%。

c）与钎焊引线相连的外引线金属化条上存在大于自身宽度25%的空洞。

d）在任何多层陶瓷封装上有明显的裂纹、分层、分离或空洞。

2.2.7 无引线器件的封装壳体或盖帽

a）在受损表面 （边缘或棱角）的任一方向上存在几何尺寸超过引出端间距50%以上的陶瓷裂缝，且其深度超过受损封装部件 （例如盖帽、底板或壁）厚度的25%。

b）在任一封装部件上存在裂纹、分层、分离或空洞。

c）城堡状区与焊区未对准。除环形区外，在城堡状区内的金属均应在焊盘的可见延伸区域内。

d）城堡状区图形不符合下述规定。城堡状区应呈凹形，此凹形在封装边缘由贯穿所有城堡状区的陶瓷层的三维空间所限定。城堡表面可能是不规则的，此三维空间的尺寸分别为：

1）最小宽度大于封装引出端焊盘宽度的1/3；

2）最小深度大于城堡状区的最小宽度的l/2；

3）长度等于设计值；

4）最大宽度小于等于封装引出端的焊盘宽度；

5）最大深度小于等于城堡状区最大宽度的1/2。

这些尺寸用于保证在极端的情况下，城堡状区在封装边缘上不会呈现为平面，同时也不会成为闭合的通孔。

2.2.8 玻璃密封

a）玻璃密封表面的裂纹。

b）任一超过一个座标象限范围 （即超过90°扇形或围绕引线的90°弧形）的单个圆弧状裂纹（或重迭的裂纹），它超过或正处于从引线到外壳距离一半以外的区域。

c）径向裂纹如下：

1）裂纹不是起始在引线处；

2）3条或更多条超过引线到外壳距离一半的裂纹；

3）两条位于同一象限的超过引线到外壳距离一半的裂纹。

d）任何深度大于玻璃弯月形区的劈形。玻璃弯月形区指围绕在引线或引出端的隆起玻璃区域。由于导致弯月形劈而暴露了底层金属，只要保证暴露区域的深度不大于0.25 mm，这种情况是可以接收的。

e）表面气泡超过下列规定：

1）玻璃封接处的开口泡直径超过0.13 mm；3）开口泡串或簇的尺寸大于引腿到外壳距离的2/3。

f）表面的气泡超过下列规定：

1）大气泡或空洞的总面积超过玻璃密封面积的1/3；

2）单个气泡或空洞的尺寸大于引腿到外壳距离的2/3；

3）两个气泡在一条直线上，且总尺寸大于引腿到外壳距离的2/3；

4）互连的气泡大于引线到外壳距离的2/3。

g）在引线处和 （或）壳体界面处存在非均匀性缺陷的凹形密封。

2.3 说明

有关的订购文件应规定以下内容：

a）标志、引线 （引出端）或引出端识别要求。

b）材料、设计、结构和工艺质量的其他详细要求。

3 塑封器件外部目检的方法和缺陷判据研究

因塑封器件与气密性封装器件封装方式和结构的不同，且市场中存在着大量假冒、翻新进口塑封器件，所以塑封器件进行外部目检试验时需使用包括至少能放大10～100倍立体显微镜和200倍的金相显微镜等具有较大可见视场的光学设备；同时需在气密性封装器件外部目检试验缺陷判据进行相关的删减和增加。

3.1 方法

3.1.1 放大倍数： 10～200 X

塑封器件应在10～200 X的显微镜下进行检查。在此范围，可以用10～200 X间任一倍数对器件的任何表面部位进行检查。塑封器件材质应在放大倍数为200 X的金相显微镜下检查。

3.1.2 检查方法

a）低放大倍数检查

在10 X放大倍数下检查器件标志、标志内容和位置。

b）中放大倍数检查

在25～50 X放大倍数下检查器件的正反面倒圆角、引脚、连筋和定位孔等。

c）高放大倍数检查

在200 X放大倍数下检查器件的正反面材质。

当有或怀疑外来物时，应用经过过滤的、压强约为137 kPa的洁净气流 （真空吸出或吹出）对器件进行吹除处理。

3.2 删减和增加的缺陷判据

3.2.1 删减的相关气密性封装器件外部目检缺陷判据

下列缺陷判据不适用于塑封半导体器件[5]：

a）存在任何使密封区域模糊的辅涂覆材料的总要求。

b）外来或错位的物质有关焊料流溢或其他外来物的要求。

c）结构缺陷。

d）封装体或帽的涂层。

e）引线未对准焊区。

f）引线中有关增加引线厚度的焊料的要求。

g）封装体或帽 （有引线器件）任何有关缺口尺寸的要求。

h）封装体或帽 （无引线器件）。i）玻璃密封。

3.2.3 塑封器件外部目检增加的缺陷判据

下列缺陷应拒收：

a）包封不平整，翘曲或弓弯。

b）包封层内的外来物，塑封层的空洞和裂纹。

c）引线变形。

3.3 塑封器件外部目检缺陷判据研究

3.3.1 一般判据

a）标志不清晰、标志内容或位置不符合适用的规范。

b）不符合订购文件要求，或缺少某些必要的特性。

3.3.2 外来或错位的物质

a）焊料或其他外来物 （即粘污物或侵蚀物）是引线间或焊区间的绝缘间距减少到小于引线间距（对钎焊引线为焊区间距）的50%，在任何情况下这个距离应不小于引线自身的最小线宽。

b）引线或引出端上存有任何无关的外来物，例如：油漆或其他附着的沉积物。

3.3.3 结构缺陷

a）塑料包封不平整，翘曲或弓弯。

b）塑料包封层内的外来物，塑封层的空洞和裂纹。

3.3.4 引线a）引线变形。b）断线。

c）引线或引出端没有固定，或没有置于正常位置，或弯曲成有尖角状，或有不符合规定的弯曲，或扭曲使引线偏离正常引线平面20°以上。

d）引线上凹坑的直径或凹陷的宽度超过引线宽度 （圆引线按直径计算）的25%，深度大于引线厚度的50%。

e）引线上的毛刺高度超过引线厚度的50%（圆引线按直径计算）。

f）划痕使得引线暴露出的基底金属的面积大于引线表面积的5%。暴露引线末端截面的基底金属是可以接收的，不计算在5%之内。

3.3.5 翻新缺陷判据

a）包封层有打磨痕迹，塑封边线不是呈缓慢变化的弧线边缘而呈直角形貌。

b）塑封表面正常注塑形貌打磨后重新喷涂，呈喷涂形貌。

c）定位孔呈打磨和喷涂形貌。

d）侧面有明显的喷涂分层形貌。

3.4 说明

有关的订购文件应规定以下内容：

a）标志、引线或引出端识别要求。

b）材料、设计、结构和工艺质量的其他详细要求。

4 结束语

目前，塑封器件的外观质量检验一般采用GJB 548B-2005的方法2009.1外部目检，而此方法与缺陷判据适用于气密性封装器件的外部目检试验项目。随着塑封器件越来越多地应用于国防高可靠领域，仍借用该外部目检方法与缺陷判据已不能满足塑封器件外部目检试验项目的要求。

因此，根据塑封器件的特性及相关标准，制定塑封器件外部目检的军用标准，提高塑封器件在国防高可靠领域应用的可靠性。

[1]杨城，张吉，马清桃，等.基于封装工艺识别翻新塑封集成电路 [J].电子与封装，2013，13（10）：5-9.

[2]肖虹，蒋少英，刘涌.国外塑封微电路的可靠性研究进展 [J].电子产品可靠性与环境试验，2000，18（6）：45-49..

[3]肖诗满，李少平，雷志锋.破坏性物理分析 （DPA）方法在识别假冒、翻新集成电路中的应用 [C]//中国电子学会第十四届青年学术年会论文集.2008：164-166.

[4]GJB 548B-2005，微电子器件试验方法和程序 [S].

[5]GJB 4027A-2006，军用电子元器件破坏性物理分析方法[S].