雙排0.5mm間距QFN裝配可靠性工藝研究

鄒文忠+李承虎

摘 要：隨著電子元器件日新月異的發展，QFN器件已經發展為雙排中心間距0.5mm封裝形式，且體積較小，適用于高密度板級電路設計需求，但這種封裝的發展對組裝工藝技術提出更高的要求。如何進行該器件的鋼網設計以及優化焊接工藝參數已成為急需解決的重要課題，本文主要以一種無鉛QFN器件為例詳細講述雙排微間距QFN的組裝工藝方法。

關鍵詞：雙排QFN 網板 可焊性

中圖分類號：TN405 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（b）-0021-02

雙排QFN是基于常規QFN封裝器件發展的新型封裝器件，尺寸較小，點陣較多，常用引腳表面涂層為：Sn（e3）或NiPaAu（e4）成分，均屬于無鉛器件的。常見元器件鍍層見表1。

在有鉛和無鉛器件混裝的條件下，對焊接參數更高更加精確，以一款4路獨立通道的直接數字頻率合成器（DDS）為例，該器件在相位、頻率、幅度可控制，最高工作頻率可達1 GHz，具有固有的同步性，支持多設備同步，其封裝形式如下圖，鍍層代碼為e4，預電鍍：NiPdAu成分，器件焊盤中心間距為0.5 mm，焊盤尺寸為0.25 mm×0.25 mm，焊盤之間的間距也僅僅只有0.25 mm，裝配系數復雜，對印制板設計、焊膏印刷、焊接參數設置提出了更高的要求。

1 印制板設計要求

焊盤尺寸直徑設計為0.25 mm，間距與器件本體相一致為0.5 mm；每個焊端采用單獨焊盤，布線時焊盤可直接走線或通過過孔走線，焊盤上不可設置過孔，過孔應位于周邊四個焊盤的中間位置；所有過孔均用阻焊膜覆蓋，應用NSMD的阻焊方式即阻焊層圍繞銅箔焊盤幷留有間隙，阻焊橋完整無脫落現象；印制板熱風整平時，必須保證焊盤表面平整度，印制板翹曲度不能超過0.5%。

2 網板優化設計要求

網板厚度、開孔設計直接影響焊膏釋放率，參照IPC7525標準要求，網板開口尺寸應滿足如下要求：

孔徑比即W/T﹥1.5；開口面積/開口四周孔壁面積比﹥0.66，對于圓形孔，面積比公式為D/4T；對于矩形孔，面積比公式為LW/（2（L+W）T）。L：開口長度；W：開口寬度；T：網板厚度；D：圓形開口直徑。

如采用上述參數方式開孔還存在以下缺陷：多點陣焊盤尺寸較小僅為0.25×0.25 mm，導致部分焊盤焊膏漏錫不均勻，焊點焊料較少有虛焊現象發生；四周小孔部分焊盤焊料過少，中間接地孔焊料過多，器件被抬高，導致焊接后四周焊點可靠性降低。

針對這兩種缺陷進行實驗分析，對激光切割法網板進行優化處理，采取網板厚度0.10 mm，焊盤開空擴大10%，方孔四周倒0.06 mm圓角，孔壁采用電拋光方法處理；接地處開孔由大方孔改為0.28X0.28小方孔。

3 絲網印刷設置

刮刀角度選擇在45～60°；印刷速度為10～20 mm/s；脫模速度設定在0.5～1 mm/s；脫模距離為2～3 mm，每印刷一塊印制板應對網板進行自動清洗。

焊接參數控制要求：

該器件屬于3級濕敏塑封元器件，裝配前應縮短開包使用的有效期限，提高材料使用前需烘烤的可能性。如從潮濕空氣中吸收水分，潮氣擴散進入封裝內部在材料結合處聚集凝結，當經過再流焊爐高溫焊接時水汽蒸發，蒸發壓力在封裝內部產生應力，會導致器件封裝出現分層現象，更嚴重現象是產生“爆米花”式的開裂。如開包時間超過一周，且存放條件達不到10%以內，推薦烘烤條件：120±5 ℃，烘烤8h，以避免器件焊接后產生裂紋影響器件的可靠性能。

眾所周知：元器件焊接是依靠在接合界面上的原子相互擴散形成合金層，這種以合金元素按原子量的比例以化學結合的方式結合在一起，達到良好的導電性和持久的機械連接強度，這種冶金反應形成的物質叫做金屬間化合物（或IMC）。但金屬間化合物的形成隨焊接溫度的不同而形成的化合物的成分也不同，合金層厚度的生長速度一般遵守于擴散定律，近似：W2=2Dt。W表示合金層的厚度，D擴散系數，t表示擴散系數。

實驗證明：如果焊接溫度過低，形成的合金層太薄，形成冷焊點，焊點的機械強度不夠；相反，如果溫度過高，形成的合金層太厚，焊點的機械強度反之會降低，通常焊接合金層的厚度在2～4 μm屬于正常范圍要求。

對于再流曲線設置：有鉛可焊性要求為焊膏熔點183 ℃，基板和電子元器件對溫度的最高耐受能力為240 ℃，再流焊接峰值溫度為210～230 ℃；無鉛可焊性要求為焊膏熔點217 ℃，電子元器件對最高耐受能力溫度為260 ℃，再流焊接峰值溫度為235～245 ℃。因此，對于混裝工藝有鉛焊膏無鉛焊端可焊性要求，再流焊接峰值溫度設置230～235 ℃最為適宜。

溫區設置：升溫區≤3 ℃/S，

保溫區：溫度120.0～160 ℃上升時間60～80s，

再流區：210～235 ℃，50～60 s，

溫度曲線如圖2。

4 效果檢查及焊點實效分析

表面貼裝器件焊點承擔了電氣、熱學以及機械連接的多重作用，并且一直是產品可靠性的薄弱環節，因此焊接后對焊點的檢測不可忽視，雙排QFN是四側扁平多點陣無引腳封裝，焊點在器件的底部，用X射線檢查焊點可靠性情況，觀察有無短路、氣泡、錫珠現象，判斷爐溫曲線設置的合理性。

另外，導致焊點失效的原因還有以下幾點：焊點上焊料均勻度，導致焊料熔化后部分焊點未生成合金；器件與PCB間整體熱膨脹系數失配，誘發各種應力；器件和PCB在厚度方向與表面區域出現溫度梯度。在裝配過程中，應做好各個環節的管理和控制，以達到所需的焊接效果。

5 結語

多點陣微間距QFN封裝的發展，使得器件在體積上有了更小的變化，在功能上更加強大，QFN封裝器件的發展也給板級電路高密度發展提供了必備的物質資源，同時對組裝技術提出了新的挑戰，只有不斷的深入開展電子工藝技術研究工作，才能提升電子產品的焊接質量。

參考文獻

[1] 樊融融.現代電子裝聯技術[M].北京：電子工業出版社，2008.

[2] 王文利，吳波，梁永生.QFN器件組裝工藝缺陷的分析與解決[J].電子工藝技術，2007，28（5）：261-263.endprint

摘 要：隨著電子元器件日新月異的發展，QFN器件已經發展為雙排中心間距0.5mm封裝形式，且體積較小，適用于高密度板級電路設計需求，但這種封裝的發展對組裝工藝技術提出更高的要求。如何進行該器件的鋼網設計以及優化焊接工藝參數已成為急需解決的重要課題，本文主要以一種無鉛QFN器件為例詳細講述雙排微間距QFN的組裝工藝方法。

關鍵詞：雙排QFN 網板 可焊性

中圖分類號：TN405 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（b）-0021-02

雙排QFN是基于常規QFN封裝器件發展的新型封裝器件，尺寸較小，點陣較多，常用引腳表面涂層為：Sn（e3）或NiPaAu（e4）成分，均屬于無鉛器件的。常見元器件鍍層見表1。

在有鉛和無鉛器件混裝的條件下，對焊接參數更高更加精確，以一款4路獨立通道的直接數字頻率合成器（DDS）為例，該器件在相位、頻率、幅度可控制，最高工作頻率可達1 GHz，具有固有的同步性，支持多設備同步，其封裝形式如下圖，鍍層代碼為e4，預電鍍：NiPdAu成分，器件焊盤中心間距為0.5 mm，焊盤尺寸為0.25 mm×0.25 mm，焊盤之間的間距也僅僅只有0.25 mm，裝配系數復雜，對印制板設計、焊膏印刷、焊接參數設置提出了更高的要求。

1 印制板設計要求

焊盤尺寸直徑設計為0.25 mm，間距與器件本體相一致為0.5 mm；每個焊端采用單獨焊盤，布線時焊盤可直接走線或通過過孔走線，焊盤上不可設置過孔，過孔應位于周邊四個焊盤的中間位置；所有過孔均用阻焊膜覆蓋，應用NSMD的阻焊方式即阻焊層圍繞銅箔焊盤幷留有間隙，阻焊橋完整無脫落現象；印制板熱風整平時，必須保證焊盤表面平整度，印制板翹曲度不能超過0.5%。

2 網板優化設計要求

網板厚度、開孔設計直接影響焊膏釋放率，參照IPC7525標準要求，網板開口尺寸應滿足如下要求：

孔徑比即W/T﹥1.5；開口面積/開口四周孔壁面積比﹥0.66，對于圓形孔，面積比公式為D/4T；對于矩形孔，面積比公式為LW/（2（L+W）T）。L：開口長度；W：開口寬度；T：網板厚度；D：圓形開口直徑。

如采用上述參數方式開孔還存在以下缺陷：多點陣焊盤尺寸較小僅為0.25×0.25 mm，導致部分焊盤焊膏漏錫不均勻，焊點焊料較少有虛焊現象發生；四周小孔部分焊盤焊料過少，中間接地孔焊料過多，器件被抬高，導致焊接后四周焊點可靠性降低。

針對這兩種缺陷進行實驗分析，對激光切割法網板進行優化處理，采取網板厚度0.10 mm，焊盤開空擴大10%，方孔四周倒0.06 mm圓角，孔壁采用電拋光方法處理；接地處開孔由大方孔改為0.28X0.28小方孔。

3 絲網印刷設置

刮刀角度選擇在45～60°；印刷速度為10～20 mm/s；脫模速度設定在0.5～1 mm/s；脫模距離為2～3 mm，每印刷一塊印制板應對網板進行自動清洗。

焊接參數控制要求：

該器件屬于3級濕敏塑封元器件，裝配前應縮短開包使用的有效期限，提高材料使用前需烘烤的可能性。如從潮濕空氣中吸收水分，潮氣擴散進入封裝內部在材料結合處聚集凝結，當經過再流焊爐高溫焊接時水汽蒸發，蒸發壓力在封裝內部產生應力，會導致器件封裝出現分層現象，更嚴重現象是產生“爆米花”式的開裂。如開包時間超過一周，且存放條件達不到10%以內，推薦烘烤條件：120±5 ℃，烘烤8h，以避免器件焊接后產生裂紋影響器件的可靠性能。

眾所周知：元器件焊接是依靠在接合界面上的原子相互擴散形成合金層，這種以合金元素按原子量的比例以化學結合的方式結合在一起，達到良好的導電性和持久的機械連接強度，這種冶金反應形成的物質叫做金屬間化合物（或IMC）。但金屬間化合物的形成隨焊接溫度的不同而形成的化合物的成分也不同，合金層厚度的生長速度一般遵守于擴散定律，近似：W2=2Dt。W表示合金層的厚度，D擴散系數，t表示擴散系數。

實驗證明：如果焊接溫度過低，形成的合金層太薄，形成冷焊點，焊點的機械強度不夠；相反，如果溫度過高，形成的合金層太厚，焊點的機械強度反之會降低，通常焊接合金層的厚度在2～4 μm屬于正常范圍要求。

對于再流曲線設置：有鉛可焊性要求為焊膏熔點183 ℃，基板和電子元器件對溫度的最高耐受能力為240 ℃，再流焊接峰值溫度為210～230 ℃；無鉛可焊性要求為焊膏熔點217 ℃，電子元器件對最高耐受能力溫度為260 ℃，再流焊接峰值溫度為235～245 ℃。因此，對于混裝工藝有鉛焊膏無鉛焊端可焊性要求，再流焊接峰值溫度設置230～235 ℃最為適宜。

溫區設置：升溫區≤3 ℃/S，

保溫區：溫度120.0～160 ℃上升時間60～80s，

再流區：210～235 ℃，50～60 s，

溫度曲線如圖2。

4 效果檢查及焊點實效分析

表面貼裝器件焊點承擔了電氣、熱學以及機械連接的多重作用，并且一直是產品可靠性的薄弱環節，因此焊接后對焊點的檢測不可忽視，雙排QFN是四側扁平多點陣無引腳封裝，焊點在器件的底部，用X射線檢查焊點可靠性情況，觀察有無短路、氣泡、錫珠現象，判斷爐溫曲線設置的合理性。

另外，導致焊點失效的原因還有以下幾點：焊點上焊料均勻度，導致焊料熔化后部分焊點未生成合金；器件與PCB間整體熱膨脹系數失配，誘發各種應力；器件和PCB在厚度方向與表面區域出現溫度梯度。在裝配過程中，應做好各個環節的管理和控制，以達到所需的焊接效果。

5 結語

多點陣微間距QFN封裝的發展，使得器件在體積上有了更小的變化，在功能上更加強大，QFN封裝器件的發展也給板級電路高密度發展提供了必備的物質資源，同時對組裝技術提出了新的挑戰，只有不斷的深入開展電子工藝技術研究工作，才能提升電子產品的焊接質量。

參考文獻

[1] 樊融融.現代電子裝聯技術[M].北京：電子工業出版社，2008.

[2] 王文利，吳波，梁永生.QFN器件組裝工藝缺陷的分析與解決[J].電子工藝技術，2007，28（5）：261-263.endprint

摘 要：隨著電子元器件日新月異的發展，QFN器件已經發展為雙排中心間距0.5mm封裝形式，且體積較小，適用于高密度板級電路設計需求，但這種封裝的發展對組裝工藝技術提出更高的要求。如何進行該器件的鋼網設計以及優化焊接工藝參數已成為急需解決的重要課題，本文主要以一種無鉛QFN器件為例詳細講述雙排微間距QFN的組裝工藝方法。

關鍵詞：雙排QFN 網板 可焊性

中圖分類號：TN405 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（b）-0021-02

雙排QFN是基于常規QFN封裝器件發展的新型封裝器件，尺寸較小，點陣較多，常用引腳表面涂層為：Sn（e3）或NiPaAu（e4）成分，均屬于無鉛器件的。常見元器件鍍層見表1。

在有鉛和無鉛器件混裝的條件下，對焊接參數更高更加精確，以一款4路獨立通道的直接數字頻率合成器（DDS）為例，該器件在相位、頻率、幅度可控制，最高工作頻率可達1 GHz，具有固有的同步性，支持多設備同步，其封裝形式如下圖，鍍層代碼為e4，預電鍍：NiPdAu成分，器件焊盤中心間距為0.5 mm，焊盤尺寸為0.25 mm×0.25 mm，焊盤之間的間距也僅僅只有0.25 mm，裝配系數復雜，對印制板設計、焊膏印刷、焊接參數設置提出了更高的要求。

1 印制板設計要求

焊盤尺寸直徑設計為0.25 mm，間距與器件本體相一致為0.5 mm；每個焊端采用單獨焊盤，布線時焊盤可直接走線或通過過孔走線，焊盤上不可設置過孔，過孔應位于周邊四個焊盤的中間位置；所有過孔均用阻焊膜覆蓋，應用NSMD的阻焊方式即阻焊層圍繞銅箔焊盤幷留有間隙，阻焊橋完整無脫落現象；印制板熱風整平時，必須保證焊盤表面平整度，印制板翹曲度不能超過0.5%。

2 網板優化設計要求

網板厚度、開孔設計直接影響焊膏釋放率，參照IPC7525標準要求，網板開口尺寸應滿足如下要求：

孔徑比即W/T﹥1.5；開口面積/開口四周孔壁面積比﹥0.66，對于圓形孔，面積比公式為D/4T；對于矩形孔，面積比公式為LW/（2（L+W）T）。L：開口長度；W：開口寬度；T：網板厚度；D：圓形開口直徑。

如采用上述參數方式開孔還存在以下缺陷：多點陣焊盤尺寸較小僅為0.25×0.25 mm，導致部分焊盤焊膏漏錫不均勻，焊點焊料較少有虛焊現象發生；四周小孔部分焊盤焊料過少，中間接地孔焊料過多，器件被抬高，導致焊接后四周焊點可靠性降低。

針對這兩種缺陷進行實驗分析，對激光切割法網板進行優化處理，采取網板厚度0.10 mm，焊盤開空擴大10%，方孔四周倒0.06 mm圓角，孔壁采用電拋光方法處理；接地處開孔由大方孔改為0.28X0.28小方孔。

3 絲網印刷設置

刮刀角度選擇在45～60°；印刷速度為10～20 mm/s；脫模速度設定在0.5～1 mm/s；脫模距離為2～3 mm，每印刷一塊印制板應對網板進行自動清洗。

焊接參數控制要求：

該器件屬于3級濕敏塑封元器件，裝配前應縮短開包使用的有效期限，提高材料使用前需烘烤的可能性。如從潮濕空氣中吸收水分，潮氣擴散進入封裝內部在材料結合處聚集凝結，當經過再流焊爐高溫焊接時水汽蒸發，蒸發壓力在封裝內部產生應力，會導致器件封裝出現分層現象，更嚴重現象是產生“爆米花”式的開裂。如開包時間超過一周，且存放條件達不到10%以內，推薦烘烤條件：120±5 ℃，烘烤8h，以避免器件焊接后產生裂紋影響器件的可靠性能。

眾所周知：元器件焊接是依靠在接合界面上的原子相互擴散形成合金層，這種以合金元素按原子量的比例以化學結合的方式結合在一起，達到良好的導電性和持久的機械連接強度，這種冶金反應形成的物質叫做金屬間化合物（或IMC）。但金屬間化合物的形成隨焊接溫度的不同而形成的化合物的成分也不同，合金層厚度的生長速度一般遵守于擴散定律，近似：W2=2Dt。W表示合金層的厚度，D擴散系數，t表示擴散系數。

實驗證明：如果焊接溫度過低，形成的合金層太薄，形成冷焊點，焊點的機械強度不夠；相反，如果溫度過高，形成的合金層太厚，焊點的機械強度反之會降低，通常焊接合金層的厚度在2～4 μm屬于正常范圍要求。

對于再流曲線設置：有鉛可焊性要求為焊膏熔點183 ℃，基板和電子元器件對溫度的最高耐受能力為240 ℃，再流焊接峰值溫度為210～230 ℃；無鉛可焊性要求為焊膏熔點217 ℃，電子元器件對最高耐受能力溫度為260 ℃，再流焊接峰值溫度為235～245 ℃。因此，對于混裝工藝有鉛焊膏無鉛焊端可焊性要求，再流焊接峰值溫度設置230～235 ℃最為適宜。

溫區設置：升溫區≤3 ℃/S，

保溫區：溫度120.0～160 ℃上升時間60～80s，

再流區：210～235 ℃，50～60 s，

溫度曲線如圖2。

4 效果檢查及焊點實效分析

表面貼裝器件焊點承擔了電氣、熱學以及機械連接的多重作用，并且一直是產品可靠性的薄弱環節，因此焊接后對焊點的檢測不可忽視，雙排QFN是四側扁平多點陣無引腳封裝，焊點在器件的底部，用X射線檢查焊點可靠性情況，觀察有無短路、氣泡、錫珠現象，判斷爐溫曲線設置的合理性。

另外，導致焊點失效的原因還有以下幾點：焊點上焊料均勻度，導致焊料熔化后部分焊點未生成合金；器件與PCB間整體熱膨脹系數失配，誘發各種應力；器件和PCB在厚度方向與表面區域出現溫度梯度。在裝配過程中，應做好各個環節的管理和控制，以達到所需的焊接效果。

5 結語

多點陣微間距QFN封裝的發展，使得器件在體積上有了更小的變化，在功能上更加強大，QFN封裝器件的發展也給板級電路高密度發展提供了必備的物質資源，同時對組裝技術提出了新的挑戰，只有不斷的深入開展電子工藝技術研究工作，才能提升電子產品的焊接質量。

參考文獻

[1] 樊融融.現代電子裝聯技術[M].北京：電子工業出版社，2008.

[2] 王文利，吳波，梁永生.QFN器件組裝工藝缺陷的分析與解決[J].電子工藝技術，2007，28（5）：261-263.endprint