Medición rápida y precisa de la suspensión de conductores en paquetes de semiconductores

Con el crecimiento de la comunicación y el control electrónico en los automóviles y la demanda de dispositivos cada vez más pequeños y delgados, como teléfonos inteligentes, tabletas y dispositivos para llevar puestos, aumentan los requisitos de mayor calidad y fiabilidad de montaje. Se debe prestar especial atención a los pines de los paquetes de semiconductores (paquetes con estructura de conductores), ya que la suspensión de los pines puede provocar fallos de conexión y reducir la resistencia de la conexión.
En esta sección se explican los conocimientos básicos sobre las estructuras de conductores y la suspensión de conductores, los problemas que plantea la medición convencional de la suspensión de conductores y el método de medición más reciente, que no solo resuelve estos problemas, sino que mejora notablemente la eficacia y la precisión del trabajo.

Estructuras de conductores (conductores)
Materiales, procesamiento y aplicaciones de la estructura de conductores
Suspensión de conductores, fallas de conexión y otros problemas de montaje en superficie
Problemas en la medición convencional de la suspensión de conductores
- Problemas en la medición de la suspensión de conductores utilizando un medidor de altura
- Problemas en la medición de la suspensión de conductores con una máquina de medición de coordenadas
Solución a los problemas de medición de la suspensión de conductores
Resumen

Estructuras de conductores (conductores)

Una estructura de conductores es un componente que soporta y fija un chip semiconductor (elemento semiconductor) en un paquete de semiconductores como un circuito integrado (CI) o un circuito integrado a gran escala (LSI). Se conecta al cableado externo mediante cables exteriores, que son múltiples terminales de conectores externos que sobresalen de un paquete como las patas de un ciempiés.
Un paquete de semiconductores terminado de este tipo se denomina paquete de estructura de conductores, y los conductores externos que sobresalen de la resina se denominan simplemente conductores. Las siguientes figuras muestran el nombre de cada parte en una estructura de conductores y la estructura interna de un paquete de semiconductores.

Estructura de conductores (izquierda) y sección transversal de un paquete de semiconductores (derecha)

Materiales, procesamiento y aplicaciones de la estructura de conductores

Las estructuras de conductores suelen estar hechas de láminas finas de aleación de cobre (Cu), aleación de hierro (Fe) o algún material similar con excelentes propiedades, como conductividad eléctrica, resistencia mecánica, conductividad térmica y resistencia a la corrosión.
El prensado progresivo de precisión (punzonado, trefilado y plegado) se realiza utilizando una tira larga de esta fina lámina. Una serie de procesos forman las pastillas que soportan y fijan los chips semiconductores (elementos semiconductores), los conductores interiores (que conectan con los elementos semiconductores), los conductores exteriores (que conectan con el cableado externo) y otras piezas necesarias. Además de los procesos de mecanizado, el proceso de fabricación de la estructura de conductores también incluye el grabado, el chapado y otros procesos de tratamiento de superficies.
Las estructuras de conductores no solo se utilizan en paquetes para circuitos IC y LSI, sino también para semiconductores discretos, fotoacopladores, LED y otros componentes. En todos los componentes anteriores, la unión de cables se utiliza para conectar los electrodos de los elementos semiconductores y los conductores interiores.

Suspensión de conductores, fallas de conexión y otros problemas de montaje en superficie

En los últimos años, con el tamaño cada vez más pequeño de los dispositivos electrónicos montados y el aumento de la densidad de los circuitos electrónicos, se requiere un mayor nivel de precisión para las estructuras de conductores y sus conexiones. En el proceso de montaje superficial, los defectos en las dimensiones y formas de los conductores exteriores y los defectos de coplanaridad pueden provocar problemas durante el montaje. La suspensión de conductores de los dispositivos de montaje superficial (SMD) puede producirse como resultado de diversos factores, entre los que se incluyen una extensión insuficiente (baja humectabilidad) de la pasta de soldadura causada por un tratamiento inadecuado de la superficie del conductor o un calentamiento de reflujo insuficiente, una fusión insuficiente de la soldadura causada por unas condiciones de reflujo inadecuadas y la deformación de la placa de circuito impreso. Esta suspensión puede provocar fallas en la conexión y reducir su resistencia.
A continuación se indican las posibles causas de la suspensión del conductor y otros defectos típicos de montaje, así como ejemplos de medidas para contrarrestarlos.

Suspensión del conductor (asentamiento incorrecto de la pieza)

Problema: los conductores externos y otras terminales de piezas electrónicas quedan sin soldar y se levantan.
Causas: desalineación de la impresión de la pasta de soldadura o de las piezas, cantidad desigual de pasta de soldadura impresa, tiempo de fusión desigual, deformación de los cables u otros terminales y presión insuficiente del montador
Contramedidas: corregir las posiciones, reducir el contenido de fundente, inspeccionar y controlar las formas de los conductores y otras terminales y revisar las condiciones de impresión y reflujo.

Derretimiento insuficiente de la soldadura

Problema: la soldadura no se funde completamente y queda polvo de soldadura. Esto provoca problemas como la reducción de la fuerza de conexión de los componentes montados y la suspensión de los conductores.
Causas: condiciones de reflujo inadecuadas, pasta de soldadura deteriorada
Contramedidas: revisar las condiciones de reflujo, y comprobar o cambiar el método de almacenamiento de la pasta de soldadura.

Sin soldadura

Problema: no hay soldadura en la almohadilla de montaje o la cantidad de soldadura es extremadamente pequeña.
Causas: cantidad insuficiente de pasta de soldadura impresa, humectabilidad insuficiente causada por las condiciones de la superficie de las almohadillas de montaje y los conductores o por pasta de soldadura deteriorada, y calentamiento de reflujo insuficiente
Contramedidas: compruebe las condiciones de las superficies de la almohadilla de montaje y del conductor, las máscaras de impresión y la pasta de soldadura. Revise las condiciones de reflujo.

Insuficiente extensión de la pasta de soldadura

Problema: la soldadura no se extiende lo suficiente sobre las almohadillas de montaje y los conductores, lo que reduce la resistencia de la conexión y la suspensión de los conductores.
Causas: cantidad insuficiente de pasta de soldadura impresa, almohadillas de montaje, cables o pasta de soldadura deteriorados, o calentamiento de reflujo insuficiente
Contramedidas: compruebe las condiciones de las superficies de la almohadilla de montaje y del conductor, las máscaras de impresión y la pasta de soldadura. Revise las condiciones de reflujo.

Cantidad desigual de soldadura

Problema: la cantidad de soldadura en las piezas soldadas no es constante. Esto provoca el levantamiento del conductor y fallas de conexión.
Causas: baja imprimibilidad (aptitud para la serigrafía) de la pasta de soldadura o condiciones de impresión incorrectas
Contramedida: revisar la pasta de soldadura y las condiciones de impresión.

Problemas en la medición convencional de la suspensión de conductores

No es fácil comprobar las condiciones de conexión de los numerosos conductores presentes en un envase semiconductor montado. La medición para comprobar las condiciones se hace aún más difícil en el caso de piezas y componentes electrónicos más pequeños y de placas de circuito impreso en las que la densidad de montaje es mayor.
La medición mediante un medidor de altura convencional o una máquina de medición de coordenadas (CMM) plantea los siguientes problemas.

Problemas en la medición de la suspensión de conductores utilizando un medidor de altura

Para medir la altura puede utilizarse un medidor de altura en combinación con un manómetro comparador.
Como solo se pueden medir puntos, es necesario dedicar mucho tiempo y medir un gran número de puntos para mejorar la precisión. Sin embargo, aunque se invierta mucho tiempo y se midan muchos puntos, sigue siendo imposible identificar las condiciones de toda la superficie.

En el caso de los conductores de dispositivos semiconductores que están montados densamente en una placa de circuito impreso, puede resultar difícil realizar la medición de contactos en piezas extremadamente pequeñas en secciones estrechas. La variación de los resultados de medición entre distintos operadores y los errores del instrumento de medición también imposibilitan una medición estable.

Problemas en la medición de la suspensión de conductores con una máquina de medición de coordenadas

Al realizar mediciones con una máquina de medición de coordenadas, es necesario que la punta de la sonda entre en contacto con varios puntos de la superficie del objeto de medición.
Sin embargo, incluso una ligera flexión de la placa de circuito impreso o de los componentes provocada por la presión de medición de la sonda puede producir variaciones en los valores medidos.

Además, como las ubicaciones de los conductores en un paquete semiconductor son pequeñas, es necesario preparar de antemano un programa de precisión para la máquina de medición. Algunos cables ni siquiera pueden medirse debido al tamaño o la posición de la conexión.

Solución a los problemas de medición de la suspensión de conductores

Los instrumentos de medición por contacto que se utilizan habitualmente requieren mucho tiempo para realizar la medición porque miden objetivos y áreas tridimensionales mediante contacto puntual. También están los problemas de la baja fiabilidad de los valores medidos debido a la variación causada por factores humanos y la dificultad de crear datos utilizables a partir de las cifras y otros postprocesamientos.

Para resolver estos problemas de medición, KEYENCE ha desarrollado el perfilómetro óptico 3D de la Serie VR.
La Serie VR captura con precisión la forma tridimensional de toda la superficie del objetivo sin entrar en contacto con él. El escaneado 3D del objeto en la plataforma puede completarse en tan solo un segundo para obtener una medición de alta precisión de la forma 3D. Es capaz de realizar mediciones instantáneas y cuantitativas sin errores en los resultados de medición. Esta sección presenta algunas ventajas específicas de la Serie VR.

Ventaja 1: medición completa en tan solo un segundo. La forma tridimensional de toda la superficie del objetivo puede captarse con precisión con una sola medición.

La Serie VR adquiere datos de área (a 800,000 puntos en una exploración) en tan solo un segundo, lo que reduce drásticamente el tiempo necesario para medir un gran número de puntos. Permite una medición precisa y una evaluación rápida de la forma tridimensional en todo el objetivo.
Las diferencias en las alturas de varias derivaciones pueden visualizarse en un mapa de colores que permite identificar de un vistazo qué derivaciones se han elevado y cuánto se ha elevado. Una vez finalizada la exploración, se puede realizar posteriormente la medición del perfil de cualquier pieza, lo que permite identificar las condiciones detalladas.

Medición por lotes de la suspensión de conductores, visualización del mapa de colores y medición del perfil

Ventaja 2: permite realizar fácilmente mediciones cuantitativas de objetivos pequeños.

Al alternar entre las cámaras de bajo y alto aumento, se puede realizar un escaneado 3D preciso de toda la forma o de partes detalladas, incluso de objetivos pequeños como los cables de los dispositivos semiconductores.

La medición de formas 3D puede realizarse fácilmente con solo colocar el objetivo en la plataforma y presionar un botón. Dado que el ajuste automático de la posición es posible a partir de los datos de las características del objetivo, no se requiere un posicionamiento estricto. Esto hace posible la medición cuantitativa sin variaciones causadas por factores humanos, independientemente del nivel de experiencia y conocimientos del operador, lo que permite aumentar el número de muestras que pueden medirse en un tiempo determinado.
Para la configuración, esta serie incluye la primera función de medición inteligente del sector que configura automáticamente el rango de medición y mueve la plataforma. Esto elimina el trabajo necesario para establecer la longitud de medición, el rango Z y otros ajustes.

Resumen

La Serie VR puede medir de forma precisa e instantánea la forma tridimensional de toda la superficie mediante escaneado tridimensional de alta velocidad y sin contacto para identificar la suspensión de conductores, las condiciones de montaje de cada pieza y otros elementos necesarios.

La medición puede realizarse en tan solo un segundo. La suspensión (alturas) de varias derivaciones se puede capturar como una superficie se puede identificar en el mapa de color. Se pueden obtener datos detallados realizando mediciones de perfil de la sección transversal deseada.
Cambiando el aumento, es posible medir la forma completa o partes detalladas de componentes montados pequeños y delicados con gran precisión y sin contacto.
No es necesario posicionarse. No se requiere experiencia ni conocimientos. Basta con colocar el objetivo en la plataforma y presionar un botón para completar la medición.
La forma 3D puede visualizarse en un mapa de colores. Poder compartir datos que sean visualmente fáciles de entender permite una coordinación fluida y la adopción de contramedidas.
Se pueden comparar y analizar fácil y cuantitativamente varios conjuntos de datos de medición.

Esto permite realizar comparaciones paralelas de varios conjuntos de datos de medición. El análisis puede realizarse aplicando los ajustes a todos los conjuntos de datos a la vez. Al compartir los datos de forma 3D adquiridos con la Serie VR, es posible reducir drásticamente el tiempo necesario y mejorar la eficacia de todo el proceso, incluida la medición, el análisis de defectos y las contramedidas de defectos.

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