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摘 要：本课题通过公司的实际案例来介绍如何分析半导体封装制造后产生重复发生并且极低不良率的失效。六西格玛改进办法是一套有效的改善办法，已经被应用到很多案例之中。A公司通过六西格玛改善方法来优化生产流程，彻底解决这类失效同时提高产品质量。
关键词：六西格玛；电容桥接；失效分析；极低不良率
中图分类号： F273；F416.6 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）12-34-3
1 课题研究的意义
A公司是一家通过电子制造封装设计生产企业，封装产品主要被应用消费电子产品如各类移动设备上。随着市场迅速发展，难以有效解决的不良不仅造成客户投诉还会给公司带来严重的经济损失。为了提高产品质量和服务水平，必须应用有效的改进方法来解决问题。六西格玛是公认的有效的质量改善方法，已经被众多企业广泛采用。本课题介绍A公司通过六西格玛DMAIC改善方法提高产品质量并优化生产流程。
2 问题描述和失效分析
本文专注于运用DMAIC方法解决半导体封装中罕见的回流炉后电容发生焊锡桥接问题。此次发生的电容桥接问题是在客户端汇流炉之后的封装类型失效。通过不良品进行重新测试；发现在厂内测试环节和质量抽检完全可以将不良拦截下来。
进行物理失效分析客退样品，进一步确认发生是由于电容本体表面发生了金属桥接引起电源短路。桥接的位置发生在电容表面和模封塑料结合的界面之间，并且桥接的金属层厚度有10到20微米左右。（图1所示）
通过能谱仪分析桥接物质；其主要成分为焊锡SnAgCu合金其熔点为217℃左右。只有回流炉才有触发焊锡发生桥接的温度条件（峰值温度260℃）；因此这类失效只会发生在经过回流炉以后会发生。通过抽检筛选和反复回流炉实验，发现每次都会有新的焊锡桥接失效产生。但最终统计所有发现的不良率却很低只有大约200dppm。这给判断哪个工艺流程或参数异常带来困难；而且这也说明失效会重复发生所以不良的风险极大。
3 成因分析鱼骨图
通过生产流程参数筛查和来料材料特性分析都没有发现明显的异常可以解释这种极低PPM的不良。为了更好地找到问题成因，使用鱼骨图分析法从人，机器，材料，方法，环境，测量六个方面一起研究焊锡桥接的成因；研究结果以鱼骨图的方式表现出来（图2所示）：
通过人，机器，材料，方法，环境和测量六个方面推测可能导致电容焊锡桥接的各种因素。由于用测量系统分析和材料分析手段确认了都没有异常；焊锡量应该是最大的影响因素。因此焊锡量对比是下一步需要研究的重点。
4 焊锡量和数据分析
通过成因分析确定焊锡量对焊锡桥接问题有很大的影响。但是在实际生产检测过程中没有方法能对焊锡量进行检测，因此需要利用前文提到的失效分析方法通过抽样对比分析来确认焊锡量是否存在异常。
4.1 焊锡量
焊锡是指用来焊接电容等电子元器件到PCB板和基板的金属合金，它同时也起到导通电子元机件和线路的作用。在SMT中主要用印刷锡膏到开口钢板盖住的PCB板或基板将锡膏印刷在焊盘上面，再将电子元器件上件到锡膏上面。经过回流炉后，将锡膏内的助焊剂等活性成分蒸发后便留下焊锡焊接住电容。焊锡的含量主要由印刷上去的锡膏体积决定，锡膏的体积又由2个因素决定：①印刷钢板厚度；②焊盘面积
因为SMT完成后的焊锡是不规则形状并且依附在电容两端端子上，只能大体观测其大小但是没有精确界定其体积是否出现异常的方法。为了研究焊锡量；用到物理失效分析中金相切片分析的方法统计焊锡高度来表征实际焊锡量。具体方法是找出影响批次产品并对焊锡进行水平切片分析。然后用用测量显微镜测量焊锡高度，通过对比大量影响批次样品的焊锡高度分析其数据分布可以分析焊锡量是否出现异常。
4.2 数据分析
通过调取库存不良批次，影响批次和正常批次进行切片分析。如图3所示，需要统计焊锡4个位置的高度。位置1和位置4是表示电容两端端子的爬锡高度，位置2和位置4是表示电容两端端子底部的焊锡高度。通过比较测量数据，发生电容桥接的不良批次和受影响批次的4个位置的焊锡高度有明显不同，不良批次焊锡高度要远远高于正常批次。
利用微积分可以计算焊锡体积-公式：体积Vsolder=f（x，y）dxdy；S-焊锡底部体积；H-焊锡高度。焊锡底部对焊盘是完全浸润的，因此假设焊锡的底部面积S是一样的；所以决定焊锡体积的唯一因素就只有焊锡高度。通过切片分析后发现不良批次和影响批次焊锡高度偏高说明不良批次的焊锡量明显高于正常批次。通过数据分析还发现实际在好的批次中旧库存未受影响批次中也出现焊锡高度增加的趋向，说明在未受影响批次中也会有发生焊锡桥接问题的较大风险。
在生产流程中锡膏厚度会进行监测，通过重新调查过历史锡膏量记录发现厚度并未超出标准值并且也未显示明显趋势或异常。所以怀疑失效并非是由单个过程导致，而是由于封装本身设计不良的潜在风险导致的边界问题。
5 改进和效果验证
根据原因分析的结论，锡膏量是引起焊锡桥接的最重要因素。而控制锡膏量可以通过更改锡膏印刷钢板来完成；同时对基板版图的设计也增加了更新。锡膏印刷钢板的厚度会决定在焊盘上面锡膏的厚度，因此印刷钢板的厚度和开口大小是控制焊锡量的重要因素。
5.1 基板焊盘设计改进
基板焊盘是用来提供承载锡膏并且最终和形成的焊锡连接一起。用于表面贴装电子元器件的焊盘结构有两种：一种是非阻焊层限定，另外一种是阻焊层限定。
非阻焊层限定，英文简称：NSMD； 是指金属焊盘小于阻焊层开口。所以在表层布线电路板的NSMD焊盘上印刷电路导线的一部分将会受到焊锡的浸润。
阻焊层限定，英文名称：SMD；是指阻焊层开口小于金属焊盘。电路板设计可以自己定义形状位置或者焊盘的额定尺寸，因此阻焊层开口可以控制实际焊盘开口的尺寸。
关键词：六西格玛；电容桥接；失效分析；极低不良率
中图分类号： F273；F416.6 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）12-34-3
1 课题研究的意义
A公司是一家通过电子制造封装设计生产企业，封装产品主要被应用消费电子产品如各类移动设备上。随着市场迅速发展，难以有效解决的不良不仅造成客户投诉还会给公司带来严重的经济损失。为了提高产品质量和服务水平，必须应用有效的改进方法来解决问题。六西格玛是公认的有效的质量改善方法，已经被众多企业广泛采用。本课题介绍A公司通过六西格玛DMAIC改善方法提高产品质量并优化生产流程。
2 问题描述和失效分析
本文专注于运用DMAIC方法解决半导体封装中罕见的回流炉后电容发生焊锡桥接问题。此次发生的电容桥接问题是在客户端汇流炉之后的封装类型失效。通过不良品进行重新测试；发现在厂内测试环节和质量抽检完全可以将不良拦截下来。
进行物理失效分析客退样品，进一步确认发生是由于电容本体表面发生了金属桥接引起电源短路。桥接的位置发生在电容表面和模封塑料结合的界面之间，并且桥接的金属层厚度有10到20微米左右。（图1所示）
通过能谱仪分析桥接物质；其主要成分为焊锡SnAgCu合金其熔点为217℃左右。只有回流炉才有触发焊锡发生桥接的温度条件（峰值温度260℃）；因此这类失效只会发生在经过回流炉以后会发生。通过抽检筛选和反复回流炉实验，发现每次都会有新的焊锡桥接失效产生。但最终统计所有发现的不良率却很低只有大约200dppm。这给判断哪个工艺流程或参数异常带来困难；而且这也说明失效会重复发生所以不良的风险极大。
3 成因分析鱼骨图
通过生产流程参数筛查和来料材料特性分析都没有发现明显的异常可以解释这种极低PPM的不良。为了更好地找到问题成因，使用鱼骨图分析法从人，机器，材料，方法，环境，测量六个方面一起研究焊锡桥接的成因；研究结果以鱼骨图的方式表现出来（图2所示）：
通过人，机器，材料，方法，环境和测量六个方面推测可能导致电容焊锡桥接的各种因素。由于用测量系统分析和材料分析手段确认了都没有异常；焊锡量应该是最大的影响因素。因此焊锡量对比是下一步需要研究的重点。
4 焊锡量和数据分析
通过成因分析确定焊锡量对焊锡桥接问题有很大的影响。但是在实际生产检测过程中没有方法能对焊锡量进行检测，因此需要利用前文提到的失效分析方法通过抽样对比分析来确认焊锡量是否存在异常。
4.1 焊锡量
焊锡是指用来焊接电容等电子元器件到PCB板和基板的金属合金，它同时也起到导通电子元机件和线路的作用。在SMT中主要用印刷锡膏到开口钢板盖住的PCB板或基板将锡膏印刷在焊盘上面，再将电子元器件上件到锡膏上面。经过回流炉后，将锡膏内的助焊剂等活性成分蒸发后便留下焊锡焊接住电容。焊锡的含量主要由印刷上去的锡膏体积决定，锡膏的体积又由2个因素决定：①印刷钢板厚度；②焊盘面积
因为SMT完成后的焊锡是不规则形状并且依附在电容两端端子上，只能大体观测其大小但是没有精确界定其体积是否出现异常的方法。为了研究焊锡量；用到物理失效分析中金相切片分析的方法统计焊锡高度来表征实际焊锡量。具体方法是找出影响批次产品并对焊锡进行水平切片分析。然后用用测量显微镜测量焊锡高度，通过对比大量影响批次样品的焊锡高度分析其数据分布可以分析焊锡量是否出现异常。
4.2 数据分析
通过调取库存不良批次，影响批次和正常批次进行切片分析。如图3所示，需要统计焊锡4个位置的高度。位置1和位置4是表示电容两端端子的爬锡高度，位置2和位置4是表示电容两端端子底部的焊锡高度。通过比较测量数据，发生电容桥接的不良批次和受影响批次的4个位置的焊锡高度有明显不同，不良批次焊锡高度要远远高于正常批次。
利用微积分可以计算焊锡体积-公式：体积Vsolder=f（x，y）dxdy；S-焊锡底部体积；H-焊锡高度。焊锡底部对焊盘是完全浸润的，因此假设焊锡的底部面积S是一样的；所以决定焊锡体积的唯一因素就只有焊锡高度。通过切片分析后发现不良批次和影响批次焊锡高度偏高说明不良批次的焊锡量明显高于正常批次。通过数据分析还发现实际在好的批次中旧库存未受影响批次中也出现焊锡高度增加的趋向，说明在未受影响批次中也会有发生焊锡桥接问题的较大风险。
在生产流程中锡膏厚度会进行监测，通过重新调查过历史锡膏量记录发现厚度并未超出标准值并且也未显示明显趋势或异常。所以怀疑失效并非是由单个过程导致，而是由于封装本身设计不良的潜在风险导致的边界问题。
5 改进和效果验证
根据原因分析的结论，锡膏量是引起焊锡桥接的最重要因素。而控制锡膏量可以通过更改锡膏印刷钢板来完成；同时对基板版图的设计也增加了更新。锡膏印刷钢板的厚度会决定在焊盘上面锡膏的厚度，因此印刷钢板的厚度和开口大小是控制焊锡量的重要因素。
5.1 基板焊盘设计改进
基板焊盘是用来提供承载锡膏并且最终和形成的焊锡连接一起。用于表面贴装电子元器件的焊盘结构有两种：一种是非阻焊层限定，另外一种是阻焊层限定。
非阻焊层限定，英文简称：NSMD； 是指金属焊盘小于阻焊层开口。所以在表层布线电路板的NSMD焊盘上印刷电路导线的一部分将会受到焊锡的浸润。
阻焊层限定，英文名称：SMD；是指阻焊层开口小于金属焊盘。电路板设计可以自己定义形状位置或者焊盘的额定尺寸，因此阻焊层开口可以控制实际焊盘开口的尺寸。