摘要
本文讨论一套处理芯片单元级电测验进程电源电流失效问题的办法。当选用QFN-MR(四边扁平无引线–多排引脚封装)的BiCMOS (双极互补金属氧化物半导体)芯片进入量产准备期时，电源电流失效是一个骑虎难下的制作难题。
本文介绍了数种不同的失效剖析办法，例如，数据剖析、实验规划(DOE)、流程图剖析、计算辅佐剖析和标杆剖析，这些剖析办法对确认问题的本源有很大的协助，然后运用计算工程东西逐渐滤除可变要素。
本项目找到了电流失效问题的本源，并选用了相应的处理办法，使电源电流失效发生率大幅下降，与首要竞争对手势均力敌。终究，这个项目只经过优化公司内部资源，就进步了封装测验整体良率，而没有添加额定制作本钱。
这些改善办法还进步了产品质量，下降了客户投诉质量问题的危险。在悉数处理办法执行到位后，跟着量产成功，该项目节约制作本钱38.25万美元。
1.0 前语
为了能够在技能快速改变的半导体工业中生计，不管是企业内部用户，仍是外部商场客户，半导体厂商有必要在客户心目中树立杰出的形象，这是半导体企业坚持商场竞争力和品牌价值所面对的最大应战。“满足度”是树立杰出客户联系的要害要素。相反，不能让客户满足的事务是无法继续下去的。
QFN-MR(四边扁平无引线–多排引脚封装)是意法半导体卡兰巴工厂产值的最大的产品，对公司财务成绩贡献率很高（依照全球评价规范）。
不过，为同一客户出产同一产品，有些外包厂(外包厂1和外包厂2)在产品质量上却更胜一筹，这迫使卡兰巴工厂有必要自我改善。
产品1是QFN-MR产品，在量产准备阶段，电测验电源电流总失功率不合格，总良率丢失到达5.2%。产品 1是意法半导体卡兰巴工厂的一个新产品线，需求给大客户留下交货快的形象，可是不能献身产品质量，因而，需求找到构成产品缺点的首要原因。事实上，处理这些问题将会给卡兰巴工厂量产相似产品渠道带来改善时机。
1.1产品1装备
产品1是一款选用VPLGA封装的BiCMOS芯片，用于操控硬盘驱动器的电机运转。这儿VPLGA代表超薄格栅阵列四边扁平无引线–多排引脚塑料封装，封装厚0.90 mm，引脚88个。方针运用包含纤薄型电子设备和计算机硬盘驱动器的电机操控。
图1是产品1的封装示意图。
图1：VPLGA88产品装备 / POD
1.2BiCMOS半导体制作技能
图2：BiCMOS半导体制作技能
BiCMOS芯片由五层组成。NiPd (镍钯金)是终究一层金属层，互连线就打在这一层上。
1.3 QFN-MR无胶带引线结构封装
无胶带四边扁平无引线封装是一种引线结构封装载体(渠道)，运用后工序蚀刻，在载体上构成引脚面积。与其它的相似微型封装比较，无胶带QFN封装给意法半导体卡兰巴工厂带来更好实惠，例如，引线结构本钱低，支撑多排引脚，兼容铜线，无胶带载体，晶片切开速度快。
图3：无胶带QFN引线结构装备
1.4 产品1封测悉数流程
图4：1.4 产品1封装流程
图4所示是产品1的封装流程，该流程在产品开发和认证测验阶段制定，依据现有封装流程，选用相同的芯片制作技能和资料。
1.5 产品1线路应力体现
图5：电源电流按捺比比照
在产品1量产准备初期，终究测验的电源电流按捺比是5.20%，远超外包厂的0.35%。上面的柱形图是意法半导体卡兰巴工厂与外包厂的电源电流按捺比的比较图，两者之间的巨大距离对意法半导体卡兰巴工厂的未来事务开展构成严重要挟。
1.6 标杆剖析和比较剖析
运用标杆剖析和比较剖析法寻觅意法半导体卡兰巴与外包厂在产品制作上的不同之处。需求阐明的是，外包厂在水刀工序后还有烘烤工序。
图6：意法半导体与外包厂的制作流程比较
在开端剖析的时分，咱们发现烘烤工序是首要不同之处。在清洗等湿法工序后，需求进行烘烤工序，除去单元内的湿汽。开端剖析成果显现，烘烤是终究测验电源电流失效的首要要素，便是这个巨大发现让项目组开端专心这个工序的探求。
同样地，项目组还做了微流程图，以确认项目探求规模。
图7：微流程图剖析/封装流程图
1.7 问题描绘
在量产准备期，产品1电源电流按捺比是 5.20%，被归为封装工序固有湿法工序构成的湿润性危险。
2.0 实验部分
2.1 资料:
§水刀
§QFN无胶带引线结构封装
§BiCMOS晶片
§塑料单元
§查看与测验设备
2.2 实验要点放在首要本源即水刀工序上:
确认问题本源并采纳相应的纠正办法至关重要，研讨方向首要放在湿法工序上，依据微流程图剖析，水刀工序最有或许是潜在变异的本源。
2.3 解剖水刀工序:
为更好地了解水刀工序，需求逐渐剖析记录点，调查从资料制备、装卸到查看的整个单元工序。
图8：水刀工序具体流程
2.4 辨认输入改变:
运用输入输出办法深挖改变要素。经过深入研讨，42个KPIV变量被确认为重要的X要素，如图9所示。(详图见附录A)
图9：输入-输上班作单
2.5 优先考虑因果联系:
运用因果(CE)矩阵建立输入变量与X要素的内部联系，如图10所示。
(详图见附录B)
图10：因果矩阵
2.6 FMEA:
项目组还运用FMEA毛病形式和影响剖析法重新考虑变量联系。由于电源电流没有毛病形式，所以考虑从因果矩阵导出的悉数KPIV变量，如图11所示。(详图见附录C)
图11：毛病形式和因果矩阵
2.7 两个速效计划:
在完结上面的剖析后，当即发现两个(2)速效计划。
图12：暂时办法矩阵
实验成果剖析
A.流程图
·这个项目掩盖18个流程工序。
·15个工序或83%是VA（增值），3个工序或17%是(无增值)
·未发现躲藏工厂
·在输入-输上班单中发现42个潜在X’要素。
B.因果矩阵
·运用因果优先性剖析法找到5个潜在的X要素。
C.FMEA
·由于电源电流开始没有被辨认为毛病形式，所以5个潜在X要素都被视为高危险。
D.速效计划
·发现2个速效计划
3.1 验证计划
图13：验证计划矩阵
•运用份额测验法验证GAP剖析法发生的两个(2)项目(烘烤测验)
•运用混合水平DOE法验证三个X。
(详图见附录D)
3.2 计算查验
经过调查图14的计算假设查验成果不难发现，水刀后边的烘烤工序影响电源电流按捺比。
实用性定论:电源电流按捺在无水刀工序时较低，R-square值为22.78%，可信度高于95%。假如不选用水刀工序，电源电流按捺比较低。
图14：假设查验
3.3 验证计划
图15：验证成果
验证成果(图15)显现，电源电流按捺比受水刀后边的烧烤工序影响，因而，假如无水刀工序，则按捺比会下降。
依据已发现的要害X要素，例如，输送带速度、烘烤温度和水刀压强，项目小组运用实验规划办法进一步改善水刀工序。
(详图见附录E)
3.4 实验规划(DOE)
运用实验规划法剖析输送带速度、烘烤温度和水刀压强参数，方针是确认和设置使电源电流失功率最小化的最优参数。
图16所示是实验规划计划，用于优化水刀要害参数。
图16：实验规划计划和成果
(详图见附录F)
从实验规划成果看，当P值是0.0231时，压强是影响电源电流按捺比的首要要素。当R-Square值是0.8997时，压强与速度交互作用(P值是0.0231)、速度与温度交互作用(P值是0.0242)、压强与温度交互作用(P值0.0405)是影响电源电流按捺比的首要要素。
依据图17猜测剖析图给出的最优设置，最大抱负参数是在压强 = 200psi, 速度 = 3.5m/min，温度 = 50 degC时获得的，在这些参数条件下，电源电流按捺比为-0.238+/-1.156，走漏为0.414+/-1.84，金属毛刺为1.338+/- 4.63。
在P值 = 0.0231时，压强是影响电源电流失效的首要要素；在P值 = 0.0231时，压强与速度交互作用也是首要要素；在P值 = 0.0242时，速度与温度交互作用是首要要素； 在P值 = 0.0405时，压强与温度交互作用是首要要素，可信度高于95%。
实验计算发现，当P值 > 0.05时，这些首要要素及交互作用不影响走漏比和金属毛刺。
图17：猜测描写器剖析表
调查猜测描写器报表不难发现，当压强为200psi，速度为3.5m/min，温度为50 degC时，电源电流按捺比、走漏和金属毛刺三个参数获得最优值。
3.5 实验规划(DOE)定论
在P值 = 0.0231时，压强是影响电源电流失效的首要要素；在P值 = 0.0231时，压强与速度交互作用也是首要要素；在P值 = 0.0242时，速度与温度交互作用是首要要素； 在P值 = 0.0405时，压强与温度交互作用是首要要素，可信度高于95%。
实验计算发现，当P值 >0.05时，这些首要要素及交互作用不影响走漏和金属毛刺。
图18：成果验证矩阵
(详图见附录G)
3.6 水刀是怎么影响产品1电源电流失效的？
了解失效机制常识有助于进步计算成果的准确性:
•封装浸透率或高速水分子引起的冲突磨损效应随水刀压强升高而进步。
•高温鼓风机(相同压强)使气体分子动能更强，增强冲突磨损效应。
•胶带速度效应最有或许影响冲突磨损（触摸速度），不过只限于鼓风机区，无水环境会逐渐耗费冲突磨损效应。
3.7 完成成果
意法半导体卡兰达工厂获得0.35%的电源电流按捺比(外包厂基准)，较实验前的5.2%有巨大改善。
图19：电源电流按捺比趋势剖析
图20：意法半导体卡兰巴工厂与外包厂比较表
总结:
a.走漏
-意法半导体卡兰巴工厂(0.202%)好于外包厂1的出产批次(0.295%)，外包厂2为 0.178%.
b.电源电流
-意法半导体卡兰巴工厂(0.674%)好于外包厂2的出产批次(1.25%)，外包厂1为 0.314%.
c.Over-all short (SBL 0.5%)
-意法半导体卡兰巴工厂(0.071%)好于外包厂1的出产批次(0.218%)和外包厂2的1.261%。
3.8 改正预防办法
为将获得的改善作用坚持下去，需求执行下面的办法并亲近监督执行状况：
图21：改正预防办法矩阵
3.9 文档资料
一切剖析活动和常识都写成文档保存，以便在产品量产期间参阅。操控计划、FMEA、作业辅导、包含烘烤的新流程均制成文档保存。
图22：文档资料名单
3.10 推行计划
为了最大极限运用这个研制项目的价值，需求将项目组在研讨进程中所堆集的悉数常识经历推行到其它的QFN-MR产品制作进程。
图23：推行表
3.11 本钱节约
在对改正办法的作用进行验证后，项目组还估算了这些办法能够节约的本钱。
经意法半导体卡兰巴工厂IE核准，总计节约本钱38.251万美元。
4.0 定论
本文论说了深度剖析计算办法可有用处理终究测验进程中的电源电流失效问题。运用计算剖析常识和对数据和缺点现象的了解，有助于找到缺点的真实本源。归纳实验规划下降了水刀工艺对电流失效的负面影响。引进烘烤工序明显下降了单元电测验期间的电流按捺比发生率。失功率接连下降以及产品电测验良率整体进步，充沛证明了验证纠正办法的正确性及其作用。
5.0 主张
主张长时间执行已认可的纠正办法，以安稳电源电流功能。六个西格马办法论(逐渐深挖问题，辨认并验证问题本源，在运用现有资源且不大幅添加本钱的前提下获得大幅改善)是处理制作难题的有用手法，在处理相似问题中应该推行这种办法。一起还引荐接连标杆剖析法，这有助于企业改善流程，跻身业界前列。
6.0 道谢
本文作者向下列人士致以最真挚的谢意: Jun Bernabe、Mariver Limosinero、Addonyz Antonio以及封装部分的全体同仁，感谢他们在这个项目中给予的全力支撑。
咱们的家人、朋友、搭档、同仁，这个项目的成功离不开他们的全力支撑。
特别感谢咱们万能的真主，一直保佑咱们作业开展，日子满意。
7.0 参阅文献
1.%&&&&&% Assembly handbook
2.BSA (Build Sheet Assembly)
3.SAS – JMP
4.Water jet Machine Manual
5.Package Portfolio Technology Roadmap
8.0 关于作者
Antonio ‘Dhon’ Sumagpang结业于菲律宾科技大学（马尼拉校区）电气工程专业(BSEE) ，学士学位。在半导体工业从业16年，具有丰厚的实践经历。介意法半导体卡兰巴工厂不同封装工序作业数年后，现任新产品导入高档工程师，新产品导入项目担任人。在第20届和第25届ANTS (ASEMEP国家技能研讨会)上先后两次荣获最佳技能论文奖。在质量比赛中获得很多奖项，持有Green Belter证书。
Francis Ann “Pinky” Llana结业于圣拉萨尔-巴科洛德大学化学工程(BSChE)专业，学士学位，具有18年的半导体工业从业经历，现恣意法半导体卡兰巴工厂高档封装工程师，担任湿法工艺，例如，铜层后工序蚀刻、化学去胶、凸点规划和电镀，在区域和国家质量比赛中获得很多奖项，持有Green Belter证书。
Ernani D. Padilla结业菲律宾东方大学，特许电子通讯工程师，现恣意法半导体卡兰巴工厂高档技能工程师，领导制作流程工程攻关小组，具有注塑和等离子工艺方面特长，持有Neville Clark的blackbelt证书。
附录A
附录B
附录C
附录D
附录E
附录F
附录G
