前言
QFN 是一種(zhong)無引腳封裝(zhuang)，呈正方形或(huò)矩形，封裝底(di)部中央🌈位置(zhì)有一個大面(miàn)積裸露焊盤(pan)用來導 熱，通(tong)過大焊盤的(de)封裝外圍四(si)周焊盤導電(diàn)實現電氣連(lián)結。由于🙇♀️無引(yin)腳，貼裝占有(you)面積比 QFP 小，高(gāo)度 比 QFP 低，加上(shàng)傑出的電性(xìng)能和熱性能(neng)，這種封👌裝越(yuè)🥵來越💃🏻多地應(yīng)用于在電子(zǐ)行業。
QFN 封裝具(jù)有優異的熱(re)性能，主要是(shi)因爲封裝底(di)部有🏃🏻♂️大面積(ji)散熱焊盤，爲(wèi)了能有效地(di)将熱量 從芯(xīn)片傳導到 PCB 上(shang)，PCB 底部必須設(shè)計與之相對(dui)應的散熱焊(han)盤以及散熱(re)🔞過孔，散熱焊(han)盤提 供了可(ke)靠的焊接面(miàn)積，過孔提供(gòng)了散熱途徑(jìng)。因而🐆，當芯片(pian)底部的暴露(lu)焊盤和 PCB 上的(de)熱 焊盤進行(hang)焊接時，由于(yú)熱過孔和大(dà)尺寸焊盤上(shang)錫膏中的氣(qi)⛷️體将會向外(wài)溢出，産生一(yī)定的氣體 孔(kong)，對于 smt 工藝而(er)言，會産生較(jiao)大的空洞，要(yào)想消除這些(xie)氣孔⭐幾乎是(shi)不可能的，隻(zhi)有将 氣孔減(jian)小到最低量(liàng)。 LGA(land grid array)即在底面制(zhì)作有陣列狀(zhuàng)态坦電極觸(chu)點的封裝，它(tā)的外形與 BGA 元(yuán)件非常 相似(si)，由于它的焊(hàn)盤尺寸比 BGA 球(qiú)直徑大 2～3 倍左(zuǒ)右，在空洞方(fang)面同樣也很(hen)難控制。并且(qiě) 它與 QFN 元件一(yi)樣，業界還沒(mei)有制定相關(guan)的工藝标準(zhun)，這在一定程(chéng)度上對電子(zǐ)加工行業造(zao) 成了困擾。
在實驗(yan)中所采用的(de) PCB 爲闆厚 1.6mm 的鎳(nie)金闆， 上的 QNF 散(san)熱焊盤上共(gong)有 22 個過孔;PCB 如(rú)圖示
1。QFN 采用 Sn 進(jìn)行表面處理(lǐ)，四周引腳共(gong)有 48 個，每個焊(hàn)盤直徑爲 0.28mm，間(jian)✨ 距爲 0.5mm，散熱焊(hàn)盤尺寸爲 4.1*4.1mm。
如(rú)圖示 2. 圖 1，PCB 闆上(shang)的 QFN 焊盤 實驗(yan) 1---對比兩款不(bú)同的錫膏
圖(tu) 2，實驗所用的(de) QFN 元件 在實驗(yan)中，爲了對比(bǐ)不同的錫膏(gao)對空洞的影(yǐng)響，我們采用(yòng)了兩種錫膏(gāo)，一款來自日(ri)系錫膏 A， 一款(kuan)爲美系錫膏(gāo) B，均爲業界最(zuì)爲知名的錫(xī)膏公司。錫🔴膏(gao)⭕合金爲 SAC305 的 4 号(hao)粉錫膏，鋼 網(wang)厚度爲 4mil，QFN 散熱(re)焊盤采用 1：1 的(de)方形開孔，對(dui)比空洞結果(guǒ)如下圖所示(shi)，發現兩款 錫(xī)膏在 QFN 上均表(biǎo)現出較大的(de)空洞，這可能(néng)由于散熱焊(han)盤較大，錫膏(gao)覆蓋了整個(gè)焊盤，影 響了(le) 助焊劑 的出(chu)氣以及過孔(kong)産生的氣體(tǐ)沒辦法排出(chū)氣，造成💁較大(da)的空洞，即使(shǐ)采用很好的(de)錫 膏的無濟(jì)于事。 錫膏 A(空(kōng)洞率 35.7%) 實驗 2---采(cǎi)用不同的回(huí)流曲線 錫膏(gāo) B(空洞率 37.2%) 考慮(lǜ)到助焊劑在(zài)回流時揮發(fa)會産生大量(liàng)的氣體，在💁實(shi)驗中，我們采(cai)用了典型的(de)線性式曲線(xiàn)和 馬鞍式平(píng)台曲線，通過(guò)回流我們發(fā)現，采用線性(xing)的👄曲線，它們(men)的空洞率都(dou)在 35%～45 之間。
Profile 1
Profile 2
實驗 3---采用(yòng)不同的焊盤(pán)開孔方式
對(dui)于散熱焊盤(pan)，由于尺寸較(jiao)大，并且有過(guo)孔，在回流時(shí)，過👅孔由于加(jia)熱産生的氣(qi)體以及助焊(hàn) 劑本身的出(chu)氣由于沒有(you)通道排出去(qù)，容易産生較(jiao)大的空🌐洞。在(zai)實驗中，爲了(le)幫助氣體排(pai)出去， 我們将(jiang)它分割爲幾(jǐ)塊小型的焊(han)盤，如下圖所(suo)示，我們采用(yòng)三種開孔方(fāng)式。
開孔(kǒng) 2
開孔 3
如下圖(tu)所示，采用 3 種(zhǒng)不同的鋼網(wang)開孔方式，回(huí)流後在 x-ray 下看(kan)空洞率均差(cha)不多，都在 35% 左(zuǒ)右，随着通道(dào)的增多，空洞(dong)的大小也逐(zhú)漸降低，如圖(tú)示💰開孔 1 中最(zui)大的空洞爲(wèi) 15%，而開 孔 3 中最(zuì)大的空洞爲(wèi) 5%。開孔 1 表現出(chū)較大個的空(kong)洞，空⭐洞的數(shu)量較少，開孔(kǒng) 2 與開孔 3 的空(kōng)洞率均差不(bú)多，且單個的(de)空洞均小于(yú)開孔 1 的空洞(dòng)❄️，但💔小的空洞(dòng)數量較多，開(kai)孔 3 沒有 較大(da)的空洞，但是(shi)空洞的數量(liang)很多，如下圖(tú)所示。
開孔 1
開(kai)孔 2
開孔 3
在另(lìng)一種産品上(shang)，我們對 QFN 采用(yong)同樣的 3 種開(kāi)孔方式，空洞(dòng)表現與⁉️上面(miàn)的産品表現(xian)不一 樣，當通(tōng)道越多時空(kong)洞率越低，這(zhe)說明對于某(mou)些 QFN 元件，減少(shao)🤩大焊盤開孔(kong)尺寸增加通(tong)道 有助于改(gai)善空洞率，但(dàn)是對于某些(xiē) QFN 特别是有許(xǔ)多過孔的大(dà)焊盤，更改鋼(gāng)網開孔方式(shì)對 于空洞而(er)言并沒有太(tài)大的幫助。
實(shi)驗 4----采用低助(zhu)焊劑含量的(de)焊料
由于空(kōng)洞主要與助(zhu)焊劑出氣有(you)關，那麽是否(fǒu)可采用☔低助(zhu)焊🐉劑含量的(de)焊料?在實驗(yàn)中，我們采 用(yong)相同合金成(chéng)份的預成型(xing)焊片 preform---SAC305，1%助焊劑(jì)，焊片尺寸爲(wei) 3.67*3.67*0.05mm， 焊片與散熱(rè)焊盤的比例(li)爲 89%，對比錫膏(gao)中 11.5%的助焊劑(ji)，在🧡散熱焊盤(pan)上采用預成(cheng)型焊盤， 也就(jiu)是用 preform 替代錫(xi)膏，期待以通(tong)過降低助焊(han)劑的含量來(lái)減💞少出✂️氣來(lái)得到較低的(de)空洞率。
在鋼(gāng)網開孔上，對(duì)于四周焊盤(pan)并不需要進(jìn)行任何的更(gèng)🔞改，我們隻需(xū)對散熱焊盤(pan)的開孔方式(shì)進 行更改，如(rú)下圖所示，散(san)熱焊盤隻需(xu)要在四周各(ge)開一個直徑(jing) 0.015’’的小孔以固(gu)定焊盤即可(kě)。
在回流曲線(xian)方面，我們采(cai)用産線實際(ji)生産用的曲(qu)線，不🏃做任👨❤️👨何(he)更改，過爐後(hòu)通過 x-ray 檢測 看(kan) QFN 元件空洞，如(rú)下圖所示，空(kōng)洞率爲 3～6%，單個(ge)最大空洞才(cái)🏃🏻 0.7%左右。
補充實(shí)驗 5-----焊片是否(fǒu)可解決 LGA 元件(jiàn)空洞?
由于 LGA 元(yuán)件焊盤同樣(yang)較大，在空洞(dong)方面也比較(jiào)難控制，那📧麽(me)焊片💋是否可(kě)用于 LGA 降低空(kōng) 洞?如下圖所(suǒ)示，LGA 上共有 2 種(zhǒng)不同尺寸的(de)焊盤，58 個 2mm 直徑(jing)的圓形焊盤(pán)和 76 個 1.6mm 直徑的(de)圓形焊盤，焊(han)盤下同樣有(you)過孔。
使用錫(xī)膏回流，優化(huà)爐溫和鋼網(wang)開孔，效果均(jun1)不明顯，它的(de)空洞率大概(gài)在 25～45%左右。如 下(xià)圖所示。
如何(he)在 LGA 使用焊片(pian)呢?由于它的(de)焊盤分别爲(wèi) 2mm 和 1.6mm 的圓形，考(kao)慮到焊片和(hé) LGA 元件的固定(ding)問題，我們在(zai)鋼網開孔時(shí)，将圓形焊盤(pán)開孔設計🔱爲(wei) 4 個小的圓形(xíng)開孔，焊片尺(chi)寸 與焊盤比(bi)例爲 0.8，以保證(zhèng)焊盤的錫膏(gao)在固定焊片(piàn)的同時💯還能(neng)❗粘住 LGA 元件。
如(ru)下圖所示，
對(dui)于實驗結果(guo)簡單描述下(xia)，在回流中我(wǒ)們不更改任(ren)🚩何的回😍流溫(wēn)度設定，通過(guo) X-ray 檢測空洞 率(lü)大概在 6～14%
總結(jie)
對于大焊盤(pán)元件，例如 QFN 和(hé) LGA 類元件，将焊(hàn)盤切割成井(jǐng)字形或切♋割(gē)成小塊，有助(zhu)于降 低較大(da)尺寸的空洞(dong)，因爲增加通(tong)道有助于氣(qi)體的釋放。在(zài)回流曲線方(fang)面，需要考慮(lü)不同錫膏 中(zhong)助焊劑揮發(fā)的溫度，盡量(liàng)在回流前将(jiāng)大部分的💃🏻氣(qì)體揮發有助(zhù)于降低較大(dà)尺寸的空洞(dòng)，而使 用線性(xìng)的回流曲線(xian)有助于減小(xiao)空洞的數量(liang)。如果❗有過孔(kǒng)較大的狀态(tai)下，鋼網開孔(kǒng)和回流曲線(xiàn) 都無法降低(dī)空洞時，使用(yòng)焊片可以快(kuài)速有效的降(jiang)低空洞，這主(zhǔ)要是因爲焊(han)片的助焊劑(ji)含量相 對于(yu)錫膏而言降(jiàng)低了 5 倍，錫膏(gao)中的助焊劑(ji)含有溶劑㊙️，松(song)香，增稠劑等(deng)造成大量的(de)揮發物在 高(gao)溫時容易形(xing)成較大的空(kong)洞，而焊片中(zhong)的助焊劑成(chéng)🚶份主⭐要由松(song)香組成，不含(hán)溶劑等物質(zhi)，所 以有效地(di)降低了空洞(dòng)。
