QFP焊接难点研究.doc

QFP接地焊接研究 作者：彭元训 熊军 深圳市共进电子股份有限公司，工艺部 摘要SMT技术的发展促进了电子制造业的繁荣，芯片封装技术得到前所未有的发展,作为一种常规的封装形式，通过QFP封装技术（Plastic Quad Flat Pockage）实现的CPU技术封装操作方便，寄生参数减小，适合高频应用，基于QFP封装的以上特点，QFP的可制造性及产品的焊接可靠性要求也越来越高，跟据业界各大厂商的提供的资料，焊脚的平面和接地焊盘的平面有0.05-0.15不等的间距，焊接的难点主要出现在接地不良以及I/O开路，为了提高制造良率，必须详细探讨QFP的结构特点，以便更好地提高整机焊接可靠性. 关键词 接地焊盘 STEP-UP模板,QFP,锡膏厚度1 引言如何在大规模的生产中提高QFP焊接良率，是每个SMT生产厂商最关心的问题，这需要工艺人员从整个制造流程中探索.实验.总结和对比其中的规律，通过实践总结经验，提升整机良率和焊接可靠性。2.1 QFP简介QFP(quad flat package)四侧引脚扁平封装。引脚从四个侧面引出呈海鸥翼(L)型。大功率QFP通常设有中央接地散热孔及散热焊盘,基材有陶瓷、金属和塑料三种。塑料QFP 是最普及的多引脚LSI 封装。不仅用于微处理器，门陈列等数字逻辑LSI 电路，而且也用于VTR 信号处理、音响信号处理等模拟LSI 电路。最多引脚数为304。常见的包装形式有矩阵式TRAY和REEL包装. 图3QFP正面图图2 背面接地图1.TRAY装封装尺寸如下图:A1=0.15MM从图3封装可看出中央对焊盘高度差为0.15MM.2.2 QFP焊接难点对于0.5Pitch以下的器件,锡膏印刷本身就是挑战,然而一块PCBA要实现诸多的功能,器件封装非常复杂,因此模板的制作必须兼顾所有器件的特点,各种器件对锡膏量的要求差别很大,细间距的QFP即要保证I/O脚不浮高,锡桥,空焊.又要保证接地无溢锡,空洞.不润湿等等,钢片厚度的选择由最小间距器件决定.对于0.5Pitch以下的器件,如果使用4号粒径锡粉,0.10MM和0.12MM钢片是最佳选择.这对一些大功率QFP来说,接地焊盘的锡量往往不足, 问题表现为接地溢锡,浮高.大面积气泡导致润湿面积不足.研究焊接的可制造性和可靠性,往往需要经过实验作对比,在矛盾中找最佳结合点. 2.2 QFP焊盘与模板的可制造性设计模板厚度的选择及开孔形状的优劣决定了产品的良率和可靠性。下面从我司遇到的案例进行介绍，以某通讯产品LQFP-128Package为例：失效现象：该产品设计有对地焊盘及散热孔,要求散热及导电性良好.在生产中发现中间对地焊接不良。通过X-RAY检查,不良如下图3:图4接地焊盘不良为了探索以上失效现象,我司从两种方案验证.首先跟据IC厂商方案开孔.方案一:开多个方格,避开中间散热孔.中央焊盘外围缩孔0.2MM基本信息:脚数: 128PIN,Pitch:0.5MM,间距:0.25MM,I/O脚宽0.25MM,长:1.52MM,如下图4:图5开孔与原文件对比如下:图7图6对地焊盘模板开孔尺寸比例达80%，I/O脚采用内缩外延的倒角开法，模板开孔遵循IPC-7525A标准,面积比= LW/2T(L+W) 0.66，宽厚比= W/T1.5,2.2制程条件及工艺参数.2.2.1焊料的选择采用合金为(SAC)305无铅锡膏.粉末粒径：Type42.2.2锡膏印刷设备(DEK)参数:刮刀压力7kg,速度:80MM/S,脱膜距离:0.3MM,脱膜速度:1.0MM.测得锡厚在0.12mm-0.15mm之间.刮刀材质为金属.2.2.3回流曲线实测数据为峰值245,220以上时间60S.验证结果: 以上IC厂商提供的开孔方案不可行,发现锡膏并没有湿润扩散到整个对地焊盘,回流后收缩成更小的点状,部分锡膏回流后渗入到孔中,远远达不到接地和散热要求.方案二:对中央接地焊盘四周进行加厚,其它信息与方案一相同. 图8 接地四周加厚模板,STEP-UP 0.18MM接地焊盘四周加厚,锡量偏多,有溢出锡珠现象.(图9)如图9 锡量多时有溢锡产生锡珠验证结果:方案二基本满足了对地焊盘的的导电及散热性能,但是过量的锡膏往往会挤出焊锡球2.3模板优化:总结了之前的经验,当所有回流条件满足时,因锡量不足,焊盘没有润湿扩散.锡量多时则有溢锡产生锡球,如图9中从外观上无法检查到,产品存在潜在的失效隐患.因此我司再次对模板的开孔进行优化,模板仍然选择0.12MM,同样在接地区域做STEP-UP,考虑到刮刀的走向如果与加厚区域平行,对接地焊盘锡量增加没有任何好处,因此加厚区域由四边改为两边,只对垂直方向增加1MM加厚, 平行边因离I/O脚距离较近,加厚区域缩减到0.4MM ,整体接地区域加厚到0.18MM,对开口方式再做修改.田字形开孔接地内缩0.35MM,做STEP-UP加厚到0.18MM.开孔如下图10.回流后如图11: 图11图10验证结果:缩减加厚区域可以满足焊锡需求量,通过照X-RAY润湿面积达到了90%,没有发现溢锡和焊锡球.2.1 结果讨论经过数次的实验,我司对通讯行业常见QFP已积累了部分经验,为了保证获得合适的焊锡膏量，从锡膏站立高度克服接地开路现象,每个小漏孔的形状可以是圆形或方形，甚至是三角形,只要保留合理的助焊剂挥发逃逸通道,焊锡膏的覆盖面积在70%-80%之间,焊锡膏成型良好,均可得到良好的焊点.也可以避免接地焊盘的大面积汽泡产生. 需要注意的是:阶梯模板解决QFP焊接问题,通常适用于中央对地焊盘在5MM以上的焊盘,如果接地本身小于5MM,不建议做阶梯,可开矩阵式方格孔,2mm可居中开50%圆形孔;阶梯加厚会导致相邻器件产生严重拉尖,印刷效果无法保证;另外,通孔的布置是必须考虑的一个因素,在保证有效焊接面积的情况下,10mil，应尽量避孔,制作阶梯钢网必须参考器件封装data sheet