QFN封裝的焊接質(zhì)量
QFN (Quad Flat No leads,四方平面無(wú)引腳封裝)在現今電子加工業(yè)界的IC封裝當中似乎有越來(lái)越普遍的趨勢,QFN的優(yōu)點(diǎn)是體積小,足以媲美CSP(Chip Scale Package)封裝,而且成本也相對便宜,IC的生產(chǎn)制程良率也蠻高的,還能為高速和電源管理電路提供較佳的共面性以及散熱能力等優(yōu)點(diǎn)。 此外,QFN封裝不必從四側引出接腳,因此電氣效能更勝引線(xiàn)封裝必須從側面引出多接腳的SO等傳統封裝 IC。
盡管 QFN 有這么多的封裝及使用上的優(yōu)點(diǎn),但它卻給電路板組裝廠(chǎng)帶來(lái)不少的焊接質(zhì)量沖擊,因為 QFN 的無(wú)引腳設計,一般很難從其外觀(guān)的焊錫點(diǎn)來(lái)判斷其焊錫性是否良好,雖然 QFN 的封裝側面仍留有焊腳,但有些 IC 封裝業(yè)者只是把 Leaf frame(導線(xiàn)架)切斷露出其切斷面,并沒(méi)有再加以電鍍處理,所以基本上吃錫就不太容易, 再加上保存一段時(shí)間后切斷面容易氧化,更造成側面上錫的困難。
1、QFN 的側面焊腳為導線(xiàn)架(lead frame)的切斷面,并無(wú)電鍍層。
也就是說(shuō)QFN的焊接其實(shí)可以不用管側邊的焊接狀況,只要確保QFN焊腳底部及正底部的散熱片位置真正的吃錫部份就可以了。 QFN底部焊腳的吃錫其實(shí)可以想象成 BGA,所以建議應該可以參考 IPC-A-610D, Section 8.2.12 Plastic BGA 的標準,至于中間接地焊墊的吃錫可能得視各家的設計而定。
2、QFN側邊焊腳吃錫雖然不好,但因為其底面吃錫良好,所以電氣特性仍然良好。
3、QFN側邊焊腳吃錫良好。
就如同 BGA 的焊錫檢查標準,目前 QFN 的焊錫檢查除了用電測 (In-Circuit-Test 、 Function Test) 來(lái)偵測其功能之外,一般也會(huì )佐以光學(xué)儀器或 X-ray 來(lái)檢查其焊錫的開(kāi)、短路不良現象。 老實(shí)說(shuō) X-Ray 的等級不夠好的話(huà),還真的不是很容易檢查出來(lái) QFN 的焊錫問(wèn)題。 如果無(wú)論如何還是找出焊錫性的問(wèn)題,最后只能使用切片(Micro-section)或 用滲透染紅試驗 (Red Dye Penetration Test)查看BGA焊錫等破壞性實(shí)驗來(lái)檢查。
4、使用 X-Ray 檢查 QFN 焊錫。
5、使用 X-Ray 檢查 QFN 焊錫,疑似焊接不良。
QFN 空焊的可能解決方法
當發(fā)現 QFN 空焊時(shí)應該先澄清是否為零件氧化問(wèn)題,可以把零件拿去作一下沾錫性實(shí)驗來(lái)作確認,再來(lái)要判斷是否有固定焊腳空焊的問(wèn)題,一般接地腳比較容易產(chǎn)生空焊,可以考慮變更電路板的布線(xiàn)設計,在電路板的線(xiàn)路(trace)上增加熱阻(thermal relief)墊來(lái)減少焊腳大面積直接接地的比率,這樣可以延緩熱量散失的速度。 (所謂「熱阻」就是把接地的線(xiàn)路寬度縮小,讓熱能不要馬上傳導到整片的接地大銅片。)
也可以試著(zhù)調整爐溫(reflow profile),或改為斜升式回流焊曲線(xiàn)(slumping type)以減少錫膏在預熱時(shí)吸收過(guò)多熱量的問(wèn)題。
曾經(jīng)發(fā)現有 QFN 底部中間的接地焊墊上印刷過(guò)多錫膏,當零件流過(guò)回流焊時(shí)造成零件浮起形成空焊的問(wèn)題,這時(shí)候可以考慮將 QFN 底部中間的接地焊墊印刷成「田」字型會(huì )比整片印刷要來(lái)得好,過(guò)回流焊時(shí)也較不會(huì )因錫膏全部熔融成一團而造成零件浮動(dòng)的情形。
另外電路板的焊墊上盡量不要有導通孔(vias),中間散熱接地墊上的通孔(vias)也要盡量塞孔,否則容易影響焊錫量及氣泡的產(chǎn)生,嚴重的還可能導至焊接不良。
6、通孔(vias)塞孔
加「氮氣」是否可以有效增加 QFN 的良率? 我只能說(shuō)見(jiàn)仁見(jiàn)智,氮氣是可以防止零件氧化,但能否焊上 QFN 的側面焊腳,還是有待觀(guān)察,況且加氮氣會(huì )增加成本,還是擺在最后再考慮就好了。