影響QFN器件焊接質量的因素分析

楊衛利

摘 要：QFN器件在電子產品當中的應用非常廣泛，規格體積比較小，重量比較輕，散熱與電和熱性能水平優良。但是QFN器件在與其他結構進行焊接時，需要應用印刷焊膏工藝來進行有效的連接，焊接的質量會受到多樣化因素的影響。因而本文對影響QFN器件焊接質量的因素展開研究，先對QFN器件焊接的基本特征進行闡述，然后對其焊接質量影響因素展開分析。

關鍵詞：QFN器件;焊接質量;影響因素

引言：QFN器件在進行焊接時，需要將器件底部的焊端與印制板焊點進行焊接，才能夠讓器件與PCB焊盤電氣與機械結構進行焊接，焊接的質量無法從焊接區域的表征現象進行準確判斷，因而對于質量檢測與維修造成了阻礙。在進行實際焊接工藝應用時，需要對焊接質量影響因素加以明確和優化控制，從而保證焊接質量。

1 ?QFN器件焊接的基本特征

QFN器件的結構形狀分為兩種：正方形和矩形，在QFN器件的封裝元件底端區域，沒有設置相應的焊料球，而是設置了裸露狀態的焊盤，焊盤的主要功效就是散熱，然后在焊盤四個邊的位置設置了用于電氣連接的導電焊盤。整體QFN器件的規格和重量都比較小，性能運行水平能夠充分滿足相應電子產品的設計需求，在QFN器件應用當中焊接質量的保障非常重要，在后期使用當中焊接點的質量檢測與返修都具有一定的難度，在進行焊接時就對質量控制與強化有更高的要求，而焊接質量的影響因素也比較多，需要對各項影響因素的特點進行掌握，保證焊接操作的規范性。

2 ?QFN器件焊接質量的主要影響因素

2.1 ?器件的設計

2.1.1 ?QFN印制板結構的設計

QFN器件是通過鋼模板印刷焊膏到印制焊盤上，將器件底部的焊端與印制板焊盤結構進行連接，成為一個完整的結構體，QFN器件的狀態為扁平，鋼網漏印的焊膏量也比較少，在實際焊接的過程中印制板結構發生變形的概率比較大，就會直接影響焊接的質量，當印制板在回流焊期間發生規模比較大的變形時，QFN器件焊點結構無法保持良好穩定的狀態。實際上印制板結構在設計期間，導線的分布均勻性無法保持完美的狀態，這就導致印制板局部結構的吸熱水平會存在一定的差異，導線密度比較大的區域在焊接的過程中，熱量的吸收水平就比較高，導線密度水平與熱量吸收效果成正比變化關系。由于印制板結構的熱量吸收效果不均衡，就會引起變形。針對變形問題，需要對印制板結構當中的QFN器件分布進行優化處理，也就是在按照零件設計要求進行的同時，對印制板熱容量的均勻性進行強化，QFN器件周圍區域的導線不能過密，也不能設置大面積接地。

2.1.2 ?QFN焊盤結構的設計

QFN器件的設計也在不斷的優化創新，其中的封裝引腳裝置之間的距離有了明顯的縮短，最小的間距值能夠達到0.4毫米的水平，器件焊端的排列數量也在逐漸增多，印制板焊盤結構的規格也愈加的輕小化[1]。而QFN器件封裝引腳之間的距離變小情況下，在焊接的過程中短路問題就比較多發，影響了焊接的質量。在器件結構當中貼片與PCB板之間貼合比較緊密，焊接期間焊板的焊膏經過擠壓會出現兩個鄰近的焊盤形成焊錫橋情況。針對QFN器件焊接橋連問題的規避，需要對QFN焊盤結構設計當中的焊板間距充足性進行保證，在相鄰的焊盤之間印刷一層阻焊油墨，防止焊盤之間熔融焊料相互連接，從而避免短路的情況發生，保證焊接結構運行的安全。

另外，QFN散熱焊盤在焊接期間也容易發生焊接空洞情況，空洞問題的形成主要是由于QFN封裝貼片與封裝體之間處于密封銜接的狀態，并且與PCB板面之間的間隙非常微小，焊接操作期間助焊劑會產生一定量的氣體，這部分氣體無法及時的排出，從而引發空洞。因而在實際焊接操作過程中，需要為焊助劑產生的氣體排出設置相應的通道，讓其能夠及時的排出。同時，若是接地焊盤的總面積值大于芯片熱焊盤總面積的十分之七，那么就可以將PCB板結構上的散熱焊盤設計成網格井字的形狀，這樣一來各個接地焊盤結構之間，能夠實現良好的阻焊效果，在實際焊接的過程中，助焊劑產生的氣體就能夠通過阻焊通道進行排除，從而改善焊點空洞的情況。

2.2 ?印制電路板的質量

2.2.1 ?印制電路板鍍層性能

印制電路板的焊盤材質為銅材料，銅材質與空氣進行直接接觸時，會發生氧化反應，對材料性能產生影響，因而通常在焊盤表面會設置一層鍍層，以此保證焊盤可焊性水平達到良好的標準。PCB焊盤可焊性是QFN器件焊接質量的主要影響因素，若是可焊性不良的情況下，在實際焊接期間會出現虛焊問題，而印制板焊盤的可焊性能與鍍層類型有直接關聯。各類鍍層結構當中，錫鉛合金鍍層的可焊性水平比較高，具備良好的耐氧化性能，鍍層的化學物質與焊料之間具有一致性的特點，在焊接的過程中不會出現虛焊的情況，基于此可以加大錫鉛合金鍍層應用的推廣力度，強化印制電路板焊盤的可焊性。

2.2.2 ?焊盤清潔度與氧化程度

印制板焊盤結構表面是否保持干凈整潔以及是否存在氧化情況，都會對QFN器件焊接質量產生影響，若是清潔度不良表面存在污染物質，會導致焊接結構之間的結合效果不良，若是焊盤結構表面被氧化，會導致焊盤結構材料性能被破壞。在焊盤裝置儲存期間，若是沒有按照相應規范進行處理，元器件直接與空氣進行接觸，經過一段時間之后表面就會被氧。在進行焊接時若是應用助焊劑也不能將氧化膜徹底清理掉的話，焊盤的可焊性就會下降，焊接質量就會受到嚴重的影響。在實際印制板生產檢驗完成之后，需要將其進行密封包裝，然后放置在溫度為（23±5）℃，相對濕度小于75%的環境當中，在印制板包裝打開之后，需要在7天之內完成裝置的焊接[2]。

2.3 ?QFN器件焊端被氧化

QFN器件的焊端外表應該呈現光亮的狀態，而當焊端被氧化的情況下，結構表面的顏色會發生明顯的變化，出現暗淡、發黑的情況，被氧化之后焊端表面會形成一層氧化膜，降低焊料與器件焊端之間的焊接結合效果，連接狀態不穩定，形成虛焊問題。在QFN器件生產期間，封裝處理或者存放不規范的情況下，被氧化的問題就非常容易發生，從而導致焊接質量受到阻礙影響。針對這一問題，需要在QFN器件生產期間，對包裝密封性進行強化，對儲存和使用時間進行規范科學的管控。

2.4 ?QFN器件受潮

QFN器件若是出現受潮的情況，在焊接的過程中就會出現封裝開裂和內部芯片界面分層的問題，還有可能導致元件出現膨脹、爆裂的情況。在QFN器件應用期間，受潮發生的概率比較大，當空氣溫度水平提高的情況下，器件封裝內部的水分會產生氣化的現象，之后水分體積會逐漸膨脹，導致封裝內部與外部形成壓力差，導致結構出現開裂、分層、鍵合金絲斷開、引線損傷等問題。針對這些情況，需要在生產出廠之前對內部結構情況進行檢查，是否存在損傷，然后按照相應的規范要求將QFN器件進行真空包裝，按照規范進行儲存。

結束語：在實際QFN器件焊接加工期間，影響其質量的因素比較紛雜，需要對各項影響因素進行全面的管控，采取針對性措施，對質量影響因素進行防控，以促進QFN器件焊接可靠性的提升，防止器件焊接質量不達標而影響器件運行的水平。

參考文獻：

[1]劉鶴云，李雪.某QFN器件裝聯問題分析及質量控制[J].電子工藝技術，2019，40（06）：359-363.

[2]鄭佳華，梅聰，張龍，等.QFN器件焊接質量及可靠性改善方法的研究[J].電子產品可靠性與環境試驗，2018，36（06）：28-35.

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