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封装器件的变形测定方法 秋田县立大学 熊尺 铁雄 随着封装器件的高密度化、轻量化、可靠性的提升，采用经改良、开发的翘曲计量法、电压上升法、Moire法、图像处理法等变形测定方法，就能够对热变形、负荷变形及冲击进行解析。 封装器件广泛采用了树脂灌封结构，外部引出电极都付有引脚和焊垫，再与基板焊接和采取导电性树脂的方式完成电气连接。这类封装构造将经过（1）热负荷下的封装件变形及应力，（2）落下冲击时的连接部位的强度这两个非常重要的过程，以下将介绍与此相关的变形评价方法。 封装件构造的评价 封装件要进行波峰焊和回流焊工程，需经过焊料溶融温度（220℃）以上的高温。放热基板、引脚、芯片单元、树脂之间的热膨胀系数不同，加上树脂中含有水分，封装件体会因为温升不均而产生热应力，带来芯片周边出现剥离的危险性。一旦发生剥离，水分将气化，造成内部压力升高，这种应力集中区域将会引起龟裂的问题。 对该类封装器件因加热产生的剥离和龟裂至变形的测量，有以下几种方法。 （1）电气电阻线翘曲计量法 只需在封装器件表面粘贴上通用的电气电阻线翘曲计量仪就可实施。该测量法是将连接长约3米左右引线的计量器的封装件放在输送带上，导入焊锡炉内。先去掉仅温升阶段造成的翘曲量变化，只限于提取出热变形（参量），这样可测定的是表面（表面内弯）翘曲。封装器件的底面和表面的翘曲可同时测量的到，同样也可把握其膨胀、翘曲变形、扭曲变形等。 （2）位置感应器的利用 将放置在红外线加热炉内的封装器件上表面用低膨胀的石英细棒接触，该石英棒的移动将会被炉外的线圈式电流位移感应器捕捉的到。石英棒/支撑结构做成L型，这样做的效果是可以将观察到的位移量放大，使测量精度提升。该测量方法如图1所示，随着温度的上 升，封装件开始膨胀，在（封装件）破坏的瞬间会发出声响，且位移量（表面位移）随后急剧下降。这个现象也有点类似烤烧饼的情况，随着烧饼（封装件）内部的压力上升、膨胀，最终导致破裂。 把温度上升期间每个过程的封装器件进行断面切片观察，可以观察到剥离、树脂内龟裂、龟裂贯穿到外表等现象的发生。如发生了破裂，其现象就等于龟裂贯穿到外表情形。 （3）全息成像法和光谱法 激光同样具有波动性（Coherent，相干性），由激光组成的光干涉装置能够对封装器件成像（全息图像）。通过加热或通电自加热的方式，将加热变形的物体像和原始物体像进行激光干涉处理，就可以获得热变形干涉条纹（全息）图。此全息成像方法的特点是可以取得物体封装器件的全部图像，鸟瞰变形分布，即—可以识别整个变形分布的图案（Pattern）。变形量与激光的波长有关，如使用通用的氦氖激光（红光：波长0.63um），可以在0.3—6um范围内很容易检测计算出来。因检测精度很高，在检测时，必须注意用来固定封装器件的刚性底座不能移动。图2是树脂灌封功率晶体管器件的热变形干涉条状图像。 全息成像法适合测量（物体）表面的形变，如果能提供3个检测位置可以进行不同方向的图像观察处理，就可以实现立体式检测。对于小型被测物体，也就是1mm左右的微小区域作为测试对象的场合，可以利用在全息成像系统内安装显微镜（光学放大系统）的微小全息照相的方法。在这类场合，如果高放大倍率测量下的信/噪（S/N）比变差，可选择低一些的放大倍率来测试。 相干性激光从粗糙的物体表面反射后，生成干涉光谱（斑点）。可利用此光谱来进行物体形变测试。 光谱法包括二光束法和照相法，二光束法是使用同一入射角、2个方向照射被测物体，将变形前后的两个物体图像进行叠加。从图像叠加生成的干涉条纹图中可以获知（被测物体的）变形量（表面变形）。如果物体图像通过电子信息来记录，则属电子光谱（ESPI），可进行实时变形测定。经激光照射生成的相干条纹物体图像，原理上称作Seng干涉条纹，可从条纹间隔（大小）获取变形量，从条纹间隔垂直方向（干涉光强度）获取变形方向。 装上显微镜装置的二光束法称作微细光谱装置，可以对物体进行放大测量。放大倍率为2—50倍，测定范围在0.5—15um之间，测量精度是0.1um。该方法是给树脂灌封件通电使其温度上升，观察变形情况，取得干涉条纹图像，得到含有硅芯片的树脂体表面呈现不均一的形变。 （4）图像处理法 随着计算机的演算、存储功能的强大，基板等被测定对象的影像、位置（标高）、表面粗糙等的器件表面状态，已可以转化为数字信息进行操作处理。可以先将变形前后的（元器件）表面状态储存起来，在同一区域进行干涉、差分处理，获得（元器件表面）变形量。