QFP焊接難點(diǎn)研究

1、QFP地焊接研究作者：彭元訓(xùn) 熊軍 深圳市共進(jìn)電子股份有限公司，工藝部摘要SMT技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了電子制造業(yè)的繁榮，芯片封裝技術(shù)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(shù)(Plastic Quad Flat Pockage)實(shí)現(xiàn)的CPU技術(shù)封裝操作方便，寄生參數(shù)減小，適合高頻應(yīng)用，基于QFP封裝的以上特點(diǎn)，QFP的可制造性及產(chǎn)品的焊接可靠性要求也越來越高，跟據(jù)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(diǎn)主要出現(xiàn)在接地不良以及I/O開路，為了提高制造良率，必須詳細(xì)探討QFP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以便更好地提高整機(jī)焊接可靠性關(guān)鍵詞

2、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(chǎn)中提高 QFP旱接良率，是每個(gè)SM性產(chǎn)廠商最關(guān)心的問題， 這需要工藝人員從整個(gè)制造流程中探索 .實(shí)驗(yàn).總結(jié)和對(duì)比其中的規(guī)律，通過實(shí)踐 總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提升整機(jī)良率和焊接可靠性。2.1 QFPW介QFP(quad flat package)四側(cè)引腳扁平封裝。 引腳從四個(gè)側(cè)面引出呈海鷗翼 (L)型。大功率QFP通常設(shè)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(shù)字邏輯LSI電路，而且也用于 VTR信號(hào)處理、音響信號(hào)處理等模擬LSI電路。最多引腳數(shù)為 3

3、04。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(dāng).AlA1=0.15MM+ f r1.1 1Ji iii.iiiiiiHi hi nniiniiuirm, rl,iivniici ciuiii :IIIJUIIIIIIIIlll JJIII；Liiitijiininijijil iiinjiiiLJiLiiiL從圖3封裝可看出中央對(duì)焊盤高度差為0.15MM.2.2 QFP焊接難點(diǎn)對(duì)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(shí)現(xiàn)諸多 的功能，器件封裝非常復(fù)雜，因此模板的制作必須兼顧所有器件的特點(diǎn)，各種器

4、件對(duì)錫膏量的要求差別很大,細(xì)間距的QFP即要保證I/O腳不浮高,錫橋，空焊.又要保證 接地?zé)o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(duì)于0.5Pitch 以下的 器彳4,如果使用4號(hào)粒徑錫粉,0.10MM和0.12MMHW片是最佳選擇.這對(duì)一些大功率 QFP 來說，接地焊盤的錫量往往不足，問題表現(xiàn)為接地溢錫，浮高.大面積氣泡導(dǎo)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(jīng)過實(shí)驗(yàn)作對(duì)比，在矛盾中找最佳結(jié)合點(diǎn).2.3 QFP旱盤與模板的可制造性設(shè)計(jì)模板厚度的選擇及開孔形狀的優(yōu)劣決定了產(chǎn)品的良率和可靠性。下面從我司遇到的案例進(jìn)行介紹，以某通訊產(chǎn)品LQFP-128Packa

5、ge為例：失效現(xiàn)象：該產(chǎn)品設(shè)計(jì)有對(duì)地焊盤及散熱孔，要求散熱及導(dǎo)電性良好.在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)中間對(duì)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(xiàn)象，我司從兩種方案驗(yàn)證.首先跟據(jù)IC廠商方案開孔.方案一：開多個(gè)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(shù)：128PIN,Pitch：0.5MM, 間距：0.25MM, I/O 腳寬 0.25MM,長:1.52MM,如下圖4:開件對(duì)比如下:Stenc iI Open i ngsSPT層設(shè)計(jì)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(nèi)縮倒圓角并外延長10股對(duì)地焊盤模板開孔尺寸比例

6、達(dá)80%, I/O腳采用內(nèi)縮外延的倒角開法，模板開孔遵循IPC-7525A 標(biāo)準(zhǔn)，面積比二 LW/2T(L+W) 0.66，寬厚比= W/T1.5,2.2 制程條件及工藝參數(shù)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(shè)備（DEK）參數(shù)：刮刀壓力7kg,速度:80MM/S,脫膜距離：0.3MM,脫膜 速度:1.0MM.測(cè)得錫厚在0.12mm-0.15mm之間.刮刀材質(zhì)為金屬.2.2.3 回流曲線實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為峰值 245C ,220 c以上時(shí)間60S.驗(yàn)證結(jié)果：以上IC廠商提供的開孔方案不可行，發(fā)現(xiàn)錫膏并沒有濕潤擴(kuò)散到整個(gè)對(duì)地焊盤，回流后收縮成

7、更小的點(diǎn)狀，部分錫膏回流后滲入到孔中，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到接 地和散熱要求.方案二：對(duì)中央接地焊盤四周進(jìn)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(shí)有溢錫產(chǎn)生錫珠驗(yàn)證結(jié)果：方案二基本滿足了對(duì)地焊盤的的導(dǎo)電及散熱性能，但是過量的錫膏往往會(huì)擠出焊錫球2.3 模板優(yōu)化：總結(jié)了之前的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)所有回流條件滿足時(shí)，因錫量不足，焊盤沒有潤濕擴(kuò)散.錫 量多時(shí)則有溢錫產(chǎn)生錫球，如圖9中從外觀上無法檢查到，產(chǎn)品存在潛在的失效隱患.因此我司再次對(duì)模板的開孔進(jìn)行優(yōu)化，模板仍然選擇 0.12MM,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(duì)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(duì)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U 0.18MM,對(duì)開口方式再做 修改.田字形開孔接地內(nèi)縮 0.35MM,做STEP-U咖厚到0.18MM.開孔如下圖10.回流后如圖11:-10mil ,應(yīng)盡量避孔，制作階梯鋼網(wǎng)必須參考器件封裝data sheet,再?zèng)Q定加厚區(qū)域鋼