QFN芯片器件組裝工藝流程、缺陷分析及預(yù)防措施建議

QFN芯片器件組裝工藝流程

QFN的工藝流程與傳統(tǒng)封裝接近，以下為主要流程及關(guān)鍵環(huán)節(jié):

1. 鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)：在QFN的自動(dòng)裝焊整個(gè)工藝流程中，焊膏印刷是重要環(huán)節(jié)，鋼網(wǎng)是焊膏印刷過程中的工裝，其設(shè)計(jì)質(zhì)量直接決定焊膏印刷的最終形狀。QFN器件鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)包含鋼網(wǎng)的厚度、網(wǎng)板的開孔設(shè)計(jì)方法和中央散熱焊盤的處理。

2. 焊膏印刷：需控制好印刷方式、刮刀印刷壓力、鋼網(wǎng)與印制板貼合程度、焊膏和鋼網(wǎng)脫離速度等因素，以準(zhǔn)確控制焊膏轉(zhuǎn)移量和印刷量。起初采用人工手動(dòng)印刷存在諸多問題，應(yīng)盡量采用更精準(zhǔn)的印刷方式。

3. 貼片：使用高精度貼片機(jī)，保證器件貼裝程序的精準(zhǔn)和貼片壓力恰當(dāng)。貼片機(jī)的貼裝壓力范圍為0.5N - 7.0N，對(duì)于引腳間距為0.5mm的QFN封裝器件，貼裝壓力可控制在3.0N - 4.0N。在器件貼裝完成回流焊以前，對(duì)QFN器件的貼裝質(zhì)量進(jìn)行自檢，以便發(fā)現(xiàn)器件極性方向裝反、器件偏移和焊錫橋連等貼裝缺陷。

4. 回流焊接：回流焊接采取合適的溫度曲線。例如對(duì)于有鉛焊膏Sn63Pb37，熔點(diǎn)為183℃，通常再流焊接峰值溫度為210 - 230℃。結(jié)合印制電路板上其他元器件類型，微調(diào)生成新的回流溫度曲線，設(shè)置好預(yù)熱保溫區(qū)、預(yù)再流區(qū)、再流區(qū)和冷卻區(qū)的升溫速率、時(shí)間等參數(shù)。

常見組裝工藝缺陷分析

橋連缺陷

引起QFN焊端間橋連缺陷的因素主要有：焊膏量局部過多、焊膏坍塌、焊膏印刷不良、引腳變形、貼片偏移量大、鋼網(wǎng)開窗與焊盤的匹配性不好、焊盤尺寸不符合要求、印制電路板的制造質(zhì)量（如阻焊間隙、厚度及噴錫厚度的影響）等。

其他缺陷

如鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)不合理會(huì)導(dǎo)致焊膏印刷量過大，且在焊接過程中影響氣體的排放，容易造成焊球空洞、飛濺等缺陷。

預(yù)防措施建議

焊盤設(shè)計(jì)優(yōu)化

對(duì)QFN導(dǎo)電焊盤和中間散熱焊盤的尺寸和間距進(jìn)行優(yōu)化，使其符合《表貼元件焊盤設(shè)計(jì)規(guī)范》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。例如，確保導(dǎo)電焊盤和中間散熱焊盤的間隙不小于規(guī)定的最小值0.15mm。

鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)改進(jìn)

針對(duì)中間電氣焊盤，鋼網(wǎng)開孔尺寸與印制板上對(duì)應(yīng)焊盤一致；針對(duì)中間散熱焊盤，避免設(shè)計(jì)方形的整體開孔，可采用其他合理的開孔方式以控制焊膏印刷量和利于氣體排放。同時(shí)，根據(jù)QFN封裝器件引腳間距等情況，合理設(shè)計(jì)鋼網(wǎng)厚度，對(duì)于引腳間距為0.5mm的細(xì)密元件，應(yīng)選擇更合適的鋼網(wǎng)厚度。

提高焊膏印刷質(zhì)量

采用更精準(zhǔn)的焊膏印刷方式，避免人工手動(dòng)印刷帶來的問題，確保刮刀印刷壓力均勻、鋼網(wǎng)與印制板貼合緊密、焊膏和鋼網(wǎng)脫離速度易于控制，從而準(zhǔn)確控制焊膏轉(zhuǎn)移量和印刷量。

嚴(yán)格貼片操作

保證貼片機(jī)的貼裝程序精準(zhǔn)，控制好貼片壓力。在貼裝完成回流焊前進(jìn)行嚴(yán)格的自檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正貼裝缺陷。

優(yōu)化回流焊接參數(shù)

根據(jù)QFN封裝器件和印制電路板上其他元器件的特性，微調(diào)回流焊接溫度曲線，控制好各溫區(qū)的升溫速率、時(shí)間等參數(shù)，確保焊接質(zhì)量。

QFN芯片封裝清洗劑選擇：

水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對(duì)清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會(huì)作為一個(gè)長(zhǎng)期的使用和運(yùn)行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣，通電后發(fā)生電化學(xué)遷移，形成樹枝狀結(jié)構(gòu)體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長(zhǎng)枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等，這些污染物會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。

這么多污染物，到底哪些才是最備受關(guān)注的呢？助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤(rùn)濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo)，從產(chǎn)品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大，嚴(yán)重者導(dǎo)致開路失效，因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，才能保障電路板的質(zhì)量。

合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

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