淺談QFN元器件焊接質量控制與檢驗

劉朝平

關鍵詞：QFN元器件;焊接;質量控制;檢驗

一、影響QFN焊接質量的因素

由于QFN封裝器件底部沒有焊料球，它的焊接方式是通過鋼模板印刷焊膏到印制焊盤上，將器件底部焊端與印制板焊盤焊為一體。由于QFN的結構扁平，并且鋼網漏印的焊膏量有限，因此印制板變形對QFN的四周焊點質量影響較大。如果印制板在回流焊過程中變形量大，就會造成QFN器件焊接不良。在回流焊過程中，印制板上印制導線越密集處吸收熱量越多，反之其吸收熱量越少，印制板上不同位置之間的這種吸收熱量差別越大，越容易導致印制翹曲變形。

二、QFN封裝器件特點

QFN封裝是一種無引腳封裝，呈正方形或矩形，封裝底部具有與底面水平的焊盤，在中央有一個面積焊盤裸露用來導熱，圍繞大焊盤的封裝外圍有實現電氣連接的導電焊盤，從結構看，QFN封裝不像傳統QFN的QFNSOIc與TSOPQFN封裝那樣具有鷗翼型引線，內部引腳與焊盤封裝技術與設備之間的導電路徑短，自感系數以及封裝體內布線電阻很低，所以能提供卓越的電性能。

三、0FN網板開口設計與QFN封裝焊接可靠性關系

QFN封裝焊接可靠性很大程度上受到焊點離板高度、焊點焊錫量、PCB焊盤尺寸和熱焊盤設計的影響，其中焊點離板高度、焊點焊錫量的變化和網板開口有關。組裝生產時，有必要通過實際生產優化調整工藝方法，達到QFN封裝的可靠焊接，必要時還須反饋到設計部門進行優化設計。為了有助于提高產品可靠性，焊點離板高度與熱焊盤上焊膏覆蓋率有關和過孔類型有關：焊膏覆蓋面積增大，離板高度就會增加;底部填充式過孔，由于過孔從反面被阻塞的緣故，焊錫會被阻止進入，而“貫通孔”方式很容易使熔融的焊錫流到孔內，降低焊點離板高度，如果控制不當可能會導致焊錫在背面滲出。

四、QFN-I-藝技術

1.QFN鋼模板設計

能否得到完美可靠的焊點，印刷焊膏的鋼模板QFN質量檢測QFN質量與檢測，QFN設計是關鍵，尤其是對雙排和多排QFN器件。避免焊膏量偏多造成引腳之間的橋連缺陷，對于雙排和多排QFN器件，建議將引腳焊盤開口為不規則的四邊形，以便改善焊膏的釋放。

2.QFN焊膏印刷

在焊膏印刷過程中，如果出現印刷焊膏偏移、焊膏厚、焊膏薄、拉尖和印刷焊膏短路等缺陷，會造成后續的QFN器件焊接出現短路和虛焊等焊接缺陷。印刷焊膏拉尖、漏印、焊膏量不足和焊膏印刷短路等缺陷是不允許存在的，如果發現上述焊膏印刷不良缺陷，應在找出原因并解決后，才能繼續進行焊膏印刷。

3.QFN表面貼裝

使用貼片機視覺系統調整QFN的位置有兩種方法：封裝輪廓和引腳識別。對QFN來說，這兩種方法都可以接受且各有利弊：封裝輪廓識別起來比較快，但精度不夠;焊盤識別比較準確，但要搜索多只引腳，多只引腳的圖像數據由貼片機同時進行處理會較慢。QFN等底部焊端器件，不僅需控制貼裝精度，還要控制貼裝壓力，避免器件過度下壓造成底部焊端焊錫橋連。在實際生產中，由于QFN器件的重要性，在器件貼裝完成回流焊以前，應對QFN器件的貼裝質量進行抽檢，以便于發現貼裝過程中可能出現的器件極性方向裝反、器件偏移和焊錫橋連等器件貼裝缺陷。

4.QFN回流焊溫度曲線設置

QFN封裝元件對回流焊接工藝并無特殊的要求，和所有元器件一樣，對各種類型QFNPCB板在QFN中央散熱盤“導通孔”易導致焊錫填堵過孔圖QFNl0QFN中央散熱盤底部填充孔焊膏印刷位置，QFN封裝元件貼裝偏移封裝技術與設備不同位置都要求回流溫度符合規范，但每個元器件溫度受周圍焊盤、板上所處位置和組裝密度的影響。回流焊接是QFN器件組裝工藝的關鍵環節，在此過程中通過熔化預先分配到印制焊盤上的焊錫膏，實現器件焊端與印制板焊盤之間的機械及電氣連接。回流焊溫度曲線設置不當是目前表面貼裝生產中造成QFN器件焊接不良的最重要原因。實際的回流焊峰值溫度、保溫時間及升溫斜率范圍等都不可以超過所用焊膏的工藝要求。

五、OFN質量檢驗工藝

1.QFN封裝器件返修工藝

QFN器件通過傳統的電烙鐵補焊返工，只對外露部分焊點有效，如果QFN底部焊點存在橋接、開路、錫球等缺陷，就只能將元件拆除后返工。盡管QFN封裝元件很小，但拆除和返工都是可以手工完成的，這是一項具有挑戰性的工作，因為QFN元件本身體積很小，又通常被貼裝在輕、薄且高密度QFNPCB上。

2.QFN器件返修前烘烤

返工之前，需要將QFNPCBAQFN在QFNl25QFN℃烘烤至少24QFNh，以除去QFNPCBQFN和元件的潮氣。

3.QFN器件拆除

元件拆除時，溫度曲線最好與裝配元件時的回流焊溫度曲線一致，但是焊錫液相線以上的溫度和時間可以適當減少，在加熱的同時，可在QFN器件的角上插入尖頭鑷子，輕輕用力往上挑，一旦所有焊點的焊錫都熔化時，元件就可以被挑起。一旦元件全部回流完成，用真空吸嘴或鑷子將元件移除，真空壓力不宜高于半個大氣壓，以防在元件未充分回流而過早吸取元件時損壞QFNPCB焊盤。

4.QFN器件QFNPCB焊盤焊膏印刷

焊錫膏印刷在大約QFN50～100QFN倍的顯微鏡下，封裝導電焊端外側焊點虛焊缺陷，QFN封裝導電焊端外側形成良好潤濕焊點，使用特制的小鋼網和刮刀進行焊膏印刷，小刮刀寬度應與元件寬度一致，以保證一次印刷成功。

5.QFN器件重新貼裝和回流焊接

如果QFNPCBAQFN元件密集度太高而無法使用特別小鋼網印刷焊錫膏，就只能選擇手工焊接進行返工，烙鐵尖要細，頂部的寬度不能大于QFNlQFNrm。QFN器件重量很輕，在回流焊過程中的自對中能力很強，所以對貼裝精度要求不是很高。用于貼裝的返工臺應該可以進行平移和旋轉方向精細調整，貼裝完成后，使用與初次生產時同樣的溫度曲線重新進行回流焊接。

結語

總之，影響QFN器件焊接質量的因素很多，涉及印制板設計和質量、QFN器件以及表面組裝工藝技術等;因此，只有從多個方面進行，才能提高QFN器件焊接質量和可靠性。另外，還需熟練掌握專用返修臺及手工返修工藝，實現不良品的高品質處理，降低制造成本。