QFN元件的贴装及返修工——MAR 19.doc

QFN的I/O引线以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面.引线间距大，引线长度短，这样BGA消除了精细间距器件中由于引线而引起的共面度和翘曲的问题。BGA/CSP/OFN 技术的发展绝不会因为上述困难就停滞不前，于是一种先进的芯片封装BGA(Ball Grid Array.球栅阵列)出现来应对上述挑战。它的I/O引线以圆形或柱状焊点按阵列形式分布在封装下面.引线间距大，引线长度短，这样BGA消除了精细间距器件中由于引线而引起的共面度和翘曲的问题。BGA技术的优点是可增加I/O数和间距，消除QFP技术的高I/0数带来的生产成本和可靠性问题。如图3所示的NVIDIA公司最新的GeForce图形芯片(GPU)体现了当前工程技术的最高成就，相信看到芯片照片上那1144个焊球的人都会惊叹不已。BGA一出现便成为CPU、图形芯片、主板上南/北桥芯片等高密度、高性能、多引脚封装的最佳选择。概括起来，和QFP相比，BGA的优点主要有以下几点：(1)I/O引线间距大(如1.O,1.27毫米)，可容纳的I/O数目大(如1.27毫米间距的BGA在25毫米边长的面积上可容纳350个I/O，而O.5毫米间距的QFP在40毫米边长的面积上只容纳304个I/O)。(2)封装可靠性高(不会损坏引脚)。焊点缺陷率低(150m，则可考虑采用电铸的网板。在实际生产中，分别设计试验了150m和130m厚度两种网板，使用AOI记录了印制板上3种不同封装尺寸的QFN器件（Type A、B和C）的焊膏印刷情况。 两种厚度网板的参数设定、使用的焊膏和印刷设备完全相同，从印刷的结果来看，150m网板的面积比73%，B型应该89%，如果按各自的目标值统计，130m的网板的QFN的释放率在88107，完全符合要求，即使按150m网板的设计释放量为100来计算，130m的释放率也是符合要求的。 焊接后，目视检查的结果如下： QFN元件的缺陷率，150m网板和130m网板比较没有显著的差别。 从照片来看，两种网板对应的QFN元件的外部焊点情况焊锡量都较充足，可以看出，在过回流焊时四周焊盘上的焊锡会被挤到外面，150m网板的焊膏量要大于 130m，所以在焊接时被挤出的量更多，外部焊点看上去也更大。中间散热焊盘如果也采用1：1开口，四周焊盘上的焊锡被挤出来，则散热焊盘上的焊锡也会向外挤，就很容易造成锡珠或桥接的发生。为了减少可能出现的缺陷，可考虑缩减QFN底部散热焊盘的网板开口面积。QFN散热焊盘的网板开口可以开成一组规则排列的小的方形开口或小的圆形开口组合，也可以开成不规则的不同形状开口的组合，使加起来总的开口面积达到散热焊盘面积的5080，但焊后的连接面积最小应该40%。 由于器件引脚的配置不同，上述四种QFN元件导电焊盘都是侧面无法上锡，仅有一面可与板上形成焊点的类型，所以侧面堆积的焊锡无法作为焊接是否良好的直接判断依据，只能作为一种辅助的判断手段来判断元件是否曾经上锡。由于QFN的焊点是在封装体的下方，并且厚度较薄（图中G部分），X-Ray对QFN焊点少锡和开路无法检测，只能依靠外部的焊点的情况（图中F部分）尽可能地加以判断，但由于器件的引脚配置形式不同，F部分在IPC标准中是一个无法指定的部分（Unspecified parameter or variable in size as determined by design）： 从X Ray图像可见，F部分的差别是明显的，但真正影响到焊点性能的G部分的图像则是相同的，所以这就给XRay检测判断带来了问题。用电烙铁加锡，增加的只是F部分，对G部分到底有多大影响，XRay仍无法判断。就焊点外观局部放大的照片来看，F部分仍有明显的填充（fillet）部分。 在暂时没有更多方法的情况下，将会更多依赖生产后段的测试工位来判断焊接的好坏。 QFN返修 对QFN的返修，因焊接点完全处在元件封装的底部，桥接、开路、锡球等任何的缺陷都需要将元件移开,因此与BGA的返修多少有些相似。QFN体积小、重量轻，且它们又是被使用在高密度的装配板上，使得返修的难度又大于BGA。当前，QFN返修仍然是整个表面贴装工艺中急待发展和提高的一环，尤其须使用焊膏在QFN和印制板间形成可靠的电气和机械连接，确实有一些难度。目前比较可行的涂敷焊膏的方法有三种：一是传统的在PCB上用维修小丝网印刷焊膏，二是在高密度装配板上的焊盘上点焊膏；三是将焊膏直接印刷在元件的焊盘上。上述方法都需要非常熟练的返修工人来完成这项任务。返修设备的选择也是非常重要的，对QFN既要有非常好的焊接效果，又须防止因热风量太大将元件吹掉。 总结 由于QFN器件封装的特殊性，以及目前在检测和维修手段上的些许不足，因此在装配QFN器件时，网板设计，焊膏印刷，以及贴