QFP焊接難點研究

1、QFP®地焊接研究作者：彭元訓 熊軍 深圳市共進電子股份有限公司，工藝部摘要SMT技術的發(fā)展促進了電子制造業(yè)的繁榮，芯片封裝技術得到前所未有的 發(fā)展,作為一種常規(guī)的封裝形式，通過QFP封裝技術(Plastic Quad Flat Pockage)實現的CPU技術封裝操作方便，寄生參數減小，適合高頻應用，基于QFP封裝的以上特點，QFP的可制造性及產品的焊接可靠性要求也越來越高，跟據業(yè)界各大 廠商的提供的資料，焊腳的平面和接地焊盤的平面有0.05-0.15 mm不等的間距，焊接的難點主要出現在接地不良以及I/O開路，為了提高制造良率，必須詳細探討QFP的結構特點，以便更好地提高整機焊接

2、可靠性關鍵詞接地焊盤STEP-UP模板,QFP,錫膏厚度 1引言如何在大規(guī)模的生產中提高 QFP旱接良率，是每個SM性產廠商最關心的問題， 這需要工藝人員從整個制造流程中探索 .實驗.總結和對比其中的規(guī)律，通過實踐 總結經驗，提升整機良率和焊接可靠性。2.1 QFPW介QFP(quad flat package)四側引腳扁平封裝。引腳從四個側面引出呈海鷗翼 (L)型。大功率QFP通常設有 中央接地散熱孔及散熱焊盤，基材有陶瓷、金屬和塑料三種。塑料 QFP是最普及的多引腳 LSI封裝。 不僅用于微處理器，門陳列等數字邏輯LSI電路，而且也用于 VTR信號處理、音響信號處理等模擬LSI電路。最多引

3、腳數為 304。常見的包裝上式有矩陣式 TR/Y和REEL包裝.圖1.TRAY裝圖2背面 圖3QFP正面封裝尺寸如下圖A，當.AlA1=0.15MM+ f r1.1 ' 1'Ji iii.iiiiiiHi hi nniiniiuirm, rl,iivniici ciuiii :IIIJUIIIIIIIIlll JJIII；Liiitijiininijijil iiinjiiiLJiLiiiL從圖3封裝可看出中央對焊盤高度差為0.15MM.2.2 QFP焊接難點對于0.5Pitch以下的器件,錫膏印刷本身就是挑戰(zhàn),然而一塊PCBAS實現諸多 的功能，器件封裝非常復雜，因此模板的制

4、作必須兼顧所有器件的特點，各種器件對錫膏量的要求差別很大,細間距的QFP即要保證I/O腳不浮高,錫橋，空焊.又要保證 接地無溢錫,空洞.不潤濕等等,鋼片厚度的選擇由最小間距器件決定.對于0.5Pitch 以下的 器彳4,如果使用4號粒徑錫粉,0.10MM和0.12MMHW片是最佳選擇.這對一些大功率 QFP 來說，接地焊盤的錫量往往不足，問題表現為接地溢錫，浮高.大面積氣泡導致潤 濕面積不足.研究焊接的可制造性和可靠性，往往需要經過實驗作對比，在矛盾中找最佳結合點.2.3 QFP旱盤與模板的可制造性設計模板厚度的選擇及開孔形狀的優(yōu)劣決定了產品的良率和可靠性。下面從我司遇到的案例進行介紹，以某通

5、訊產品LQFP-128Package為例：失效現象：該產品設計有對地焊盤及散熱孔，要求散熱及導電性良好.在生產中發(fā)現中間對地焊接不良。通過X-RAY檢查，不良如下圖3:為了探索以上失效現象，我司從兩種方案驗證.首先跟據IC廠商方案開孔.方案一：開多個方格，避開中間散熱孔.中央焊盤外圍縮孔0.2MM基本彳言息：腳數：128PIN,Pitch：0.5MM, 間距：0.25MM, I/O 腳寬 0.25MM,長:1.52MM,如下圖4：開;胤J5 1件對比如下:Stenc iI Open i ngsSPT層設計IC廠商方案模板厚度0.12NN制作工藝引腳開口激光+電拋光L63 股率S開口方式.1內縮

6、倒圓角并外延長10股對地焊盤模板開孔尺寸比例達80%, I/O腳采用內縮外延的倒角開法，模板開孔遵循IPC-7525A 標準，面積比二 LW/2T(L+W) >0.66，寬厚比= W/T>1.5,2.2 制程條件及工藝參數2.2.1 焊料的選擇采用合金為（SAC）305無鉛錫膏.粉末粒徑：Type42.2.2 錫膏印刷設備（DEK）參數：刮刀壓力7kg,速度:80MM/S,脫膜距離：0.3MM,脫膜 速度:1.0MM.測得錫厚在0.12mm-0.15mm之間.刮刀材質為金屬.2.2.3 回流曲線實測數據為峰值 245C ,220 c以上時間60S.驗證結果：以上IC廠商提供的開孔方

7、案不可行，發(fā)現錫膏并沒有濕潤擴散到整個 對地久?盤，回流后收縮成更小的點狀，部分錫膏回流后滲入到孔中，遠遠達不到接 地和散熱要求.方案二：對中央接地焊盤四周進行加厚，其它信息與方案一相同.圖8 接地四周加厚模板，STEP-UP 0.18MM接地焊盤四周加厚，錫量偏多，有如圖9錫量多時有溢錫產生錫珠驗證結果：方案二基本滿足了對地焊盤的的導電及散熱性能，但是過量的錫膏往往會擠出焊錫球2.3 模板優(yōu)化：總結了之前的經驗，當所有回流條件滿足時，因錫量不足，焊盤沒有潤濕擴散.錫 量多時則有溢錫產生錫球，如圖9中從外觀上無法檢查到，產品存在潛在的失效隱患.因此我司再次對模板的開孔進行優(yōu)化，模板仍然選擇 0

8、.12MM,同樣在接地區(qū)域做STEP-UP,考慮到刮刀的走向如果與加厚區(qū)域平行,對接地焊盤錫量增加沒有任 何好處，因此加厚區(qū)域由四邊改為兩邊，只對垂直方向增加IMMto厚，平行邊因離 I/O腳距離較近，加厚區(qū)域縮減到0.4MM,整體接地區(qū)域力口厚至J 0.18MM,對開口方式再做 修改.田字形開孔接地內縮 0.35MM,做STEP-U咖厚到0.18MM.開孔如下圖10.回流后如圖11: _驗證結果：縮減加厚區(qū)域可以滿足焊錫需求量，通過照X-RAY可濕面積達到了 90%,沒有發(fā)現溢錫和焊錫球.2.1 結果討論經過數次的實驗，我司對通訊行業(yè)常見 QFP已積累了部分經驗，為了保證獲得合 適的焊錫膏量，從錫膏站立高度克服接地開路現象，每個小漏孔的形狀可以是圓形或方形，甚至是三角形，只要保留合理的助焊劑揮發(fā)逃逸通道 ，焊錫膏的覆蓋面積在 70%-80臉間，焊 錫膏成型良好，均可得到良好的焊點.也可以避免接地焊盤的大面積汽泡產生.需要注意的是：階梯模板解決QFP焊接問題，通常適用于中央對地焊盤在5MM以上的焊盤，如果接地本身小于5MM不建議做階梯，可開矩陣式方格孔，W2mmM居 中開50%i形孔；階梯加厚會導致相鄰器件產生嚴重拉尖，印刷效果無法保證；另外，通孔的布置是必須考慮的一個因素，在保證有效焊接面積的情況下，10mil ,應盡量避孔，制作階梯鋼網必須參考器件封裝