0402 Chip RLC制程与不良品分析流程-版本2

AMBITMicrosystemsCorporationChipR/C製程與原材不良分析流程Preparedby:Hao-Yung(Josh)ChaoAMBITMicrosystemsCorporationOutlineChipCapacitor構造與製造流程ChipResistor構造與製造流程信賴性測試項目PCBPad設計vs.鋼版開孔設計ChipR/C不良原因分析魚骨圖ChipR/C爬錫不良模式定義ChipR/C不良來源及改善方法ChipR/C原材不良分析流程Conclusion電鍍流程簡介AMBITMicrosystemsCorporationChipCapacitor構造DC1C2C3C4ACapacitanceEquation:(F/m)•介電材料於外加電壓後,晶格內正電荷和負電荷背離移動,造成電雙極現象.cubicDeformAMBITMicrosystemsCorporation•每一層電極交錯長度誤差不可大於10Microns.•陶瓷基板為介電材料加上少許稀土元素Example:BaTiO3+RuO2(藍色)•內部電極可分為兩系列:貴重金屬:Ag/PdBaseMetal:Ni•外部電極I為Ag或Cu.•如果外部電極為Cu,則不可在空氣下燒結,因Cu在空氣環境中加熱易氧化產生CuO,故須於大氣壓10-6~10-7Torr間生產.ChipCapacitor材料及結構5micros20~30microsAMBITMicrosystemsCorporation精密陶瓷的製造流程係先將介電材料粉體與黏結劑、分散劑、塑化劑等有機物攙配成漿料後，藉黏結劑作用使粉體能聚集在一起，而形成有足夠強度的生胚薄片，後續再經刮刀成型、燒結及品檢等製程後，即為精密陶瓷基板，成為被動電子元件的主要基材。ChipCapacitor製造流程陶瓷基板成型流程:AMBITMicrosystemsCorporationChipCapacitor製造流程製粉調漿Milling測試&包裝Testing&Taping端電極沾附Termination燒結Sintering切割Cutting印刷&疊層&壓合Printing&Stacking&lamination薄帶成型TapecastingAMBITMicrosystemsCorporationChipResistor構造Structure1.Ceramicsubstrate(Al2O3)0.3mm2.Toptermination(Ag-Pd)11m3.Bottomtermination(Ag-PdorAg)11m4.Resistivelayer(RuO2)11m5.Glasslayer(SiO2)11m6.Trimmingcut7.Protectivelayer(epoxy)25m8.Endtermination(Ag-PdorAgorNi-Cr)0.05~0.2m9.Diffusionbarrier(Ni)8m10.Solderplating(Sn)8m•網印Resistivelayer的厚度及精準度為25+/-4um.AMBITMicrosystemsCorporationChipresistor製造流程RAWMaterialsIQCPrimaryElectrodePrintingDryingResistorBodyPrintingIn-processInspectionLaserTrimmingIn-processInspectionOvercoatingPrintingIn-processInspectionDryingDryingMarkingDryingFiringIn-processInspectionDryingFiringIn-processInspection“B”BreakIn-processInspectionElectrodeNi-PlatingSputteringElectrodeTin-PlatingIn-processInspectionTesting&PackagingFQCStockIn-processInspection“A”Break(CB)Back-sideElectrodeprintingDryingSecondaryElectrodePrintingMagneticscreenIn-processInspectionFiringFiring•Laser切割是整排先量再切,切完後再量其電阻值.AMBITMicrosystemsCorporationChipCapacitor信賴性試驗AMBITMicrosystemsCorporationChipResistor信賴性試驗測試項目試驗條件方法規格規範電阻溫度係數(T.C.R)T.C.R.(ppm/oC)=[(R2-R1)/R1(T2-T1)]x106T1:室溫之溫度T2:-55oC與+125oC之溫度DependsonModelJIS-C5202-5.2短時間負荷施2.5倍額定電壓但不超過最大負荷電壓5秒,靜置30分鐘後再量測其阻值變化率.1.0%+0.05ohmJIS-C5202-5.5斷續負荷施3倍額定電壓但不超過最大負荷電壓1秒ON,25秒OFF,連續10,000次,靜置30分鐘後再量測其阻值變化率.5.0%+0.1ohmJIS-C5202-5.8負荷壽命置於70+2oC的烤箱中施加額定電壓,90分鐘ON,30分鐘OFF,連續1000小時,靜置60分鐘後再量測其阻值變化率.0.5%,1%,2%,5%JIS-C5202-7.10耐濕負荷壽命置於40+2oC,90~95%相對溼度的恆溫恆濕槽中施加額定電壓,90分鐘ON,30分鐘OFF,連續1000小時,靜置60分鐘後再量測其阻值變化率.0.5%,1%,2%,5%JIS-C5202-7.9溫度循環溫度循環連續進行5次後,靜置1~2小時後再量測阻值變化率.0.5%,1%,2%,5%JIS-C5202-7.4焊錫耐熱性浸於270+5oC的錫爐中10+1sec.取出靜置60分鐘再量測其阻值變化率.0.5%,1%,2%,5%JIS-C5202-6.10焊錫性浸於235+5oC的錫爐中2+0.5sec.覆蓋面積95%以上JIS-C5202-6.11絕緣耐電壓將樣品置於治具上施以電壓一分鐘.無燒毀現象JIS-C5202-5.7絕緣電阻將樣品置於治具上施以100VDC電壓一分鐘,測量電及與基板間之絕緣電阻值.1GohmJIS-C5202-5.6耐熱性試驗置於125+5oC的烤箱中100hrs,取出靜置1hr以上再量測阻值變化率.0.5%,1%,2%,5%JIS-C5202-7.2彎曲試驗將樣品焊接於測試基板上,待彎曲撓度達3mm時,量測其阻值變化率.0.5%,1%,2%,5%JIS-C5202-6.1AMBITMicrosystemsCorporationTestingsubstrate:BendingTestAMBITMicrosystemsCorporationPCBPad設計vs.鋼版開孔設計(0402Chip)A=padtopad外距長B=pad長C=pad寬D=padtopad內距長b=開孔pad長c=開孔pad寬d=開孔padtopad內距長e=半圓直徑長(1/3)*Cf=半圓直徑長(1/3)*bBodySizePadSizeAperturepadsizeTypeLWABCDbcdefRemark0402422252202212181818********T=0.12ADCBdfebcAMBITMicrosystemsCorporationModelofChipR/CSolderWettingGoodPoorSolderColdSolderDewettingReflowtemp.175~183oC183oCFinalChipispushedupUnequalsolderwettingbalanceLiftupTensionNointermetalliccompoundlayerh1/4hAMBITMicrosystemsCorporationChipR/C不良之改善Considerationtoachievezerodefect:1.Paddesign2.Soldermass3.Materialissue4.Mountingmisalign5.Trace/padinteraction6.Soldermaskdesign7.Componentorientation8.ThermaldamageandMechanicalDamage不良主要來源AMBITMicrosystemsCorporation1.PadDesignPad大小不同造成chip零件兩端不平衡的可能因素:a.b.Pad內距過大c.d.Pad焊墊過大共用PadAMBITMicrosystemsCorporation2.SolderMassA.過多的錫及力不平衡易造成chipRLC墓碑現象B.熔錫的表面張力是造成chipRLC不良的主因Reflow過程力的分佈力不平衡分析:A.如因考量被動元件而使用較少的錫,錫不足易造成non-coplanarIC不良現象,故決定鋼版厚度時須考量整體的平衡.B.評估鋼版厚度時亦須考量鋼版開孔大小及方式.AMBITMicrosystemsCorporation常見Pad及鋼版設計•潛在Tradeoff:=Smallpad可能導致零件歪斜和焊接點強度降低.=Aperture間距大於Pad間距易產生墓碑.AMBITMicrosystemsCorporation3.MaterialIssuecomponentcontamination造成RootCause:1.鍍液殘留造成腐蝕2.鍍液成份不佳2.鍍膜面污染,酸化(氧化)3.鍍膜厚度不足4.鍍膜厚度不均勻(兩邊電極厚度不一易產生tombstone)A.電極端鍍層不良B.外觀不良吃錫不良零件端呈暗黑色,且不吃錫EDX顯示Fe於Ni鍍層含量過高CuNiSn錫層厚度不足,吃錫不良允收標準:根據進貨尺寸檢驗標準及電容值驗收標準判定AMBITMicrosystemsCorporation認識電鍍陰極棒1.入料2.酸洗槽3.水洗槽4.鍍鎳槽5.水洗槽6.預鍍槽7.鍍錫槽8.水洗槽9.中和槽10.水洗槽11.熱水槽12.出料•電鍍(electroplating)-是一種電沉積過程,利用電解體在電極沉積金屬,小型物ChipR/C主要使用滾桶電鍍.•ChipR/C端電極電鍍流程:弱酸處理(3%H2SO4),90sec去除氧化層及增加表面粗糙度表面髒污洗淨30secNiSO4,NiCl2,H3BO3ph=4.0,55oCNa3PO4,鹼性P含量2~5%,50~55oC(酸性錫槽)P含量1~2%(中性錫槽)每日須更換1~2回中和之目的:a.中和錫槽酸性殘留物b.防止鍍錫表面變色泛黃將鍍鎳液洗去30sec成份同鍍錫槽,但濃度較低避免水洗槽殘液稀釋鍍錫槽將中和液洗去以免污染熱水槽須使用純水50+10oC將鍍錫液洗去以免鍍錫液腐蝕鍍膜乾燥方式可有:a.熱風b.遠紅外線c.離心機酸性浴&中性浴SnSO4電阻EpoxyPaste電容BaTiO3電感Fe3O4不耐酸,採用中性浴手動or.自動導電球不銹鋼上鍍Ni及SnAMBITMicrosystemsCorporation一.鍍浴的成份及其功能:•金屬鹽：提供金屬離子之來源如硫酸鎳,NiSO4.•導電鹽及陽極溶解助劑:陽極有時會形成鈍態膜，不易補充金屬離，則需加陽極溶解助劑。例如鍍鎳時加氯鹽,NiCl2.•緩衝劑:電鍍條件通常有一定pH值範圍，防止pH值變動加緩衝劑，尤其是中性鍍浴(pH5～8),PH值控制更為重要.常見調節PH值的緩衝劑為H3BO3.•鍍層性質改良添加劑:例如小孔防止劑、硬度調節劑、光澤劑等改變鍍層的物理化學特性之添加劑.•潤濕劑:一般為界面活性劑又稱去孔劑.二.鍍浴的準備a.將所需的電鍍化學品放入在預備糟內與水溶解。b.去除雜質。C.用過濾器清除浮懸固