双排0.5mm间距QFN装配可靠性工艺研究

邹文忠+李承虎

摘 要：随着电子元器件日新月异的发展，QFN器件已经发展为双排中心间距0.5mm封装形式，且体积较小，适用于高密度板级电路设计需求，但这种封装的发展对组装工艺技术提出更高的要求。如何进行该器件的钢网设计以及优化焊接工艺参数已成为急需解决的重要课题，本文主要以一种无铅QFN器件为例详细讲述双排微间距QFN的组装工艺方法。

关键词：双排QFN 网板 可焊性

中图分类号：TN405 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）06（b）-0021-02

双排QFN是基于常规QFN封装器件发展的新型封装器件，尺寸较小，点阵较多，常用引脚表面涂层为：Sn（e3）或NiPaAu（e4）成分，均属于无铅器件的。常见元器件镀层见表1。

在有铅和无铅器件混装的条件下，对焊接参数更高更加精确，以一款4路独立通道的直接数字频率合成器（DDS）为例，该器件在相位、频率、幅度可控制，最高工作频率可达1 GHz，具有固有的同步性，支持多设备同步，其封装形式如下图，镀层代码为e4，预电镀：NiPdAu成分，器件焊盘中心间距为0.5 mm，焊盘尺寸为0.25 mm×0.25 mm，焊盘之间的间距也仅仅只有0.25 mm，装配系数复杂，对印制板设计、焊膏印刷、焊接参数设置提出了更高的要求。

1 印制板设计要求

焊盘尺寸直径设计为0.25 mm，间距与器件本体相一致为0.5 mm；每个焊端采用单独焊盘，布线时焊盘可直接走线或通过过孔走线，焊盘上不可设置过孔，过孔应位于周边四个焊盘的中间位置；所有过孔均用阻焊膜覆盖，应用NSMD的阻焊方式即阻焊层围绕铜箔焊盘幷留有间隙，阻焊桥完整无脱落现象；印制板热风整平时，必须保证焊盘表面平整度，印制板翘曲度不能超过0.5%。

2 网板优化设计要求

网板厚度、开孔设计直接影响焊膏释放率，参照IPC7525标准要求，网板开口尺寸应满足如下要求：

孔径比即W/T﹥1.5；开口面积/开口四周孔壁面积比﹥0.66，对于圆形孔，面积比公式为D/4T；对于矩形孔，面积比公式为LW/（2（L+W）T）。L：开口长度；W：开口宽度；T：网板厚度；D：圆形开口直径。

如采用上述参数方式开孔还存在以下缺陷：多点阵焊盘尺寸较小仅为0.25×0.25 mm，导致部分焊盘焊膏漏锡不均匀，焊点焊料较少有虚焊现象发生；四周小孔部分焊盘焊料过少，中间接地孔焊料过多，器件被抬高，导致焊接后四周焊点可靠性降低。

针对这两种缺陷进行实验分析，对激光切割法网板进行优化处理，采取网板厚度0.10 mm，焊盘开空扩大10%，方孔四周倒0.06 mm圆角，孔壁采用电抛光方法处理；接地处开孔由大方孔改为0.28X0.28小方孔。

3 丝网印刷设置

刮刀角度选择在45～60°；印刷速度为10～20 mm/s；脱模速度设定在0.5～1 mm/s；脱模距离为2～3 mm，每印刷一块印制板应对网板进行自动清洗。

焊接参数控制要求：

该器件属于3级湿敏塑封元器件，装配前应缩短开包使用的有效期限，提高材料使用前需烘烤的可能性。如从潮湿空气中吸收水分，潮气扩散进入封装内部在材料结合处聚集凝结，当经过再流焊炉高温焊接时水汽蒸发，蒸发压力在封装内部产生应力，会导致器件封装出现分层现象，更严重现象是产生“爆米花”式的开裂。如开包时间超过一周，且存放条件达不到10%以内，推荐烘烤条件：120±5 ℃，烘烤8h，以避免器件焊接后产生裂纹影响器件的可靠性能。

众所周知：元器件焊接是依靠在接合界面上的原子相互扩散形成合金层，这种以合金元素按原子量的比例以化学结合的方式结合在一起，达到良好的导电性和持久的机械连接强度，这种冶金反应形成的物质叫做金属间化合物（或IMC）。但金属间化合物的形成随焊接温度的不同而形成的化合物的成分也不同，合金层厚度的生长速度一般遵守于扩散定律，近似：W2=2Dt。W表示合金层的厚度，D扩散系数，t表示扩散系数。

实验证明：如果焊接温度过低，形成的合金层太薄，形成冷焊点，焊点的机械强度不够；相反，如果温度过高，形成的合金层太厚，焊点的机械强度反之会降低，通常焊接合金层的厚度在2～4 μm属于正常范围要求。

对于再流曲线设置：有铅可焊性要求为焊膏熔点183 ℃，基板和电子元器件对温度的最高耐受能力为240 ℃，再流焊接峰值温度为210～230 ℃；无铅可焊性要求为焊膏熔点217 ℃，电子元器件对最高耐受能力温度为260 ℃，再流焊接峰值温度为235～245 ℃。因此，对于混装工艺有铅焊膏无铅焊端可焊性要求，再流焊接峰值温度设置230～235 ℃最为适宜。

温区设置：升温区≤3 ℃/S，

保温区：温度120.0～160 ℃上升时间60～80s，

再流区：210～235 ℃，50～60 s，

温度曲线如图2。

4 效果检查及焊点实效分析

表面贴装器件焊点承担了电气、热学以及机械连接的多重作用，并且一直是产品可靠性的薄弱环节，因此焊接后对焊点的检测不可忽视，双排QFN是四侧扁平多点阵无引脚封装，焊点在器件的底部，用X射线检查焊点可靠性情况，观察有无短路、气泡、锡珠现象，判断炉温曲线设置的合理性。

另外，导致焊点失效的原因还有以下几点：焊点上焊料均匀度，导致焊料熔化后部分焊点未生成合金；器件与PCB间整体热膨胀系数失配，诱发各种应力；器件和PCB在厚度方向与表面区域出现温度梯度。在装配过程中，应做好各个环节的管理和控制，以达到所需的焊接效果。

5 结语

多点阵微间距QFN封装的发展，使得器件在体积上有了更小的变化，在功能上更加强大，QFN封装器件的发展也给板级电路高密度发展提供了必备的物质资源，同时对组装技术提出了新的挑战，只有不断的深入开展电子工艺技术研究工作，才能提升电子产品的焊接质量。

参考文献

[1] 樊融融.现代电子装联技术[M].北京：电子工业出版社，2008.

[2] 王文利，吴波，梁永生.QFN器件组装工艺缺陷的分析与解决[J].电子工艺技术，2007，28（5）：261-263.endprint

摘 要：随着电子元器件日新月异的发展，QFN器件已经发展为双排中心间距0.5mm封装形式，且体积较小，适用于高密度板级电路设计需求，但这种封装的发展对组装工艺技术提出更高的要求。如何进行该器件的钢网设计以及优化焊接工艺参数已成为急需解决的重要课题，本文主要以一种无铅QFN器件为例详细讲述双排微间距QFN的组装工艺方法。

关键词：双排QFN 网板 可焊性

中图分类号：TN405 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）06（b）-0021-02

双排QFN是基于常规QFN封装器件发展的新型封装器件，尺寸较小，点阵较多，常用引脚表面涂层为：Sn（e3）或NiPaAu（e4）成分，均属于无铅器件的。常见元器件镀层见表1。

在有铅和无铅器件混装的条件下，对焊接参数更高更加精确，以一款4路独立通道的直接数字频率合成器（DDS）为例，该器件在相位、频率、幅度可控制，最高工作频率可达1 GHz，具有固有的同步性，支持多设备同步，其封装形式如下图，镀层代码为e4，预电镀：NiPdAu成分，器件焊盘中心间距为0.5 mm，焊盘尺寸为0.25 mm×0.25 mm，焊盘之间的间距也仅仅只有0.25 mm，装配系数复杂，对印制板设计、焊膏印刷、焊接参数设置提出了更高的要求。

1 印制板设计要求

焊盘尺寸直径设计为0.25 mm，间距与器件本体相一致为0.5 mm；每个焊端采用单独焊盘，布线时焊盘可直接走线或通过过孔走线，焊盘上不可设置过孔，过孔应位于周边四个焊盘的中间位置；所有过孔均用阻焊膜覆盖，应用NSMD的阻焊方式即阻焊层围绕铜箔焊盘幷留有间隙，阻焊桥完整无脱落现象；印制板热风整平时，必须保证焊盘表面平整度，印制板翘曲度不能超过0.5%。

2 网板优化设计要求

网板厚度、开孔设计直接影响焊膏释放率，参照IPC7525标准要求，网板开口尺寸应满足如下要求：

孔径比即W/T﹥1.5；开口面积/开口四周孔壁面积比﹥0.66，对于圆形孔，面积比公式为D/4T；对于矩形孔，面积比公式为LW/（2（L+W）T）。L：开口长度；W：开口宽度；T：网板厚度；D：圆形开口直径。

如采用上述参数方式开孔还存在以下缺陷：多点阵焊盘尺寸较小仅为0.25×0.25 mm，导致部分焊盘焊膏漏锡不均匀，焊点焊料较少有虚焊现象发生；四周小孔部分焊盘焊料过少，中间接地孔焊料过多，器件被抬高，导致焊接后四周焊点可靠性降低。

针对这两种缺陷进行实验分析，对激光切割法网板进行优化处理，采取网板厚度0.10 mm，焊盘开空扩大10%，方孔四周倒0.06 mm圆角，孔壁采用电抛光方法处理；接地处开孔由大方孔改为0.28X0.28小方孔。

3 丝网印刷设置

刮刀角度选择在45～60°；印刷速度为10～20 mm/s；脱模速度设定在0.5～1 mm/s；脱模距离为2～3 mm，每印刷一块印制板应对网板进行自动清洗。

焊接参数控制要求：

该器件属于3级湿敏塑封元器件，装配前应缩短开包使用的有效期限，提高材料使用前需烘烤的可能性。如从潮湿空气中吸收水分，潮气扩散进入封装内部在材料结合处聚集凝结，当经过再流焊炉高温焊接时水汽蒸发，蒸发压力在封装内部产生应力，会导致器件封装出现分层现象，更严重现象是产生“爆米花”式的开裂。如开包时间超过一周，且存放条件达不到10%以内，推荐烘烤条件：120±5 ℃，烘烤8h，以避免器件焊接后产生裂纹影响器件的可靠性能。

众所周知：元器件焊接是依靠在接合界面上的原子相互扩散形成合金层，这种以合金元素按原子量的比例以化学结合的方式结合在一起，达到良好的导电性和持久的机械连接强度，这种冶金反应形成的物质叫做金属间化合物（或IMC）。但金属间化合物的形成随焊接温度的不同而形成的化合物的成分也不同，合金层厚度的生长速度一般遵守于扩散定律，近似：W2=2Dt。W表示合金层的厚度，D扩散系数，t表示扩散系数。

实验证明：如果焊接温度过低，形成的合金层太薄，形成冷焊点，焊点的机械强度不够；相反，如果温度过高，形成的合金层太厚，焊点的机械强度反之会降低，通常焊接合金层的厚度在2～4 μm属于正常范围要求。

对于再流曲线设置：有铅可焊性要求为焊膏熔点183 ℃，基板和电子元器件对温度的最高耐受能力为240 ℃，再流焊接峰值温度为210～230 ℃；无铅可焊性要求为焊膏熔点217 ℃，电子元器件对最高耐受能力温度为260 ℃，再流焊接峰值温度为235～245 ℃。因此，对于混装工艺有铅焊膏无铅焊端可焊性要求，再流焊接峰值温度设置230～235 ℃最为适宜。

温区设置：升温区≤3 ℃/S，

保温区：温度120.0～160 ℃上升时间60～80s，

再流区：210～235 ℃，50～60 s，

温度曲线如图2。

4 效果检查及焊点实效分析

表面贴装器件焊点承担了电气、热学以及机械连接的多重作用，并且一直是产品可靠性的薄弱环节，因此焊接后对焊点的检测不可忽视，双排QFN是四侧扁平多点阵无引脚封装，焊点在器件的底部，用X射线检查焊点可靠性情况，观察有无短路、气泡、锡珠现象，判断炉温曲线设置的合理性。

另外，导致焊点失效的原因还有以下几点：焊点上焊料均匀度，导致焊料熔化后部分焊点未生成合金；器件与PCB间整体热膨胀系数失配，诱发各种应力；器件和PCB在厚度方向与表面区域出现温度梯度。在装配过程中，应做好各个环节的管理和控制，以达到所需的焊接效果。

5 结语

多点阵微间距QFN封装的发展，使得器件在体积上有了更小的变化，在功能上更加强大，QFN封装器件的发展也给板级电路高密度发展提供了必备的物质资源，同时对组装技术提出了新的挑战，只有不断的深入开展电子工艺技术研究工作，才能提升电子产品的焊接质量。

参考文献

[1] 樊融融.现代电子装联技术[M].北京：电子工业出版社，2008.

[2] 王文利，吴波，梁永生.QFN器件组装工艺缺陷的分析与解决[J].电子工艺技术，2007，28（5）：261-263.endprint

摘 要：随着电子元器件日新月异的发展，QFN器件已经发展为双排中心间距0.5mm封装形式，且体积较小，适用于高密度板级电路设计需求，但这种封装的发展对组装工艺技术提出更高的要求。如何进行该器件的钢网设计以及优化焊接工艺参数已成为急需解决的重要课题，本文主要以一种无铅QFN器件为例详细讲述双排微间距QFN的组装工艺方法。

关键词：双排QFN 网板 可焊性

中图分类号：TN405 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）06（b）-0021-02

双排QFN是基于常规QFN封装器件发展的新型封装器件，尺寸较小，点阵较多，常用引脚表面涂层为：Sn（e3）或NiPaAu（e4）成分，均属于无铅器件的。常见元器件镀层见表1。

在有铅和无铅器件混装的条件下，对焊接参数更高更加精确，以一款4路独立通道的直接数字频率合成器（DDS）为例，该器件在相位、频率、幅度可控制，最高工作频率可达1 GHz，具有固有的同步性，支持多设备同步，其封装形式如下图，镀层代码为e4，预电镀：NiPdAu成分，器件焊盘中心间距为0.5 mm，焊盘尺寸为0.25 mm×0.25 mm，焊盘之间的间距也仅仅只有0.25 mm，装配系数复杂，对印制板设计、焊膏印刷、焊接参数设置提出了更高的要求。

1 印制板设计要求

焊盘尺寸直径设计为0.25 mm，间距与器件本体相一致为0.5 mm；每个焊端采用单独焊盘，布线时焊盘可直接走线或通过过孔走线，焊盘上不可设置过孔，过孔应位于周边四个焊盘的中间位置；所有过孔均用阻焊膜覆盖，应用NSMD的阻焊方式即阻焊层围绕铜箔焊盘幷留有间隙，阻焊桥完整无脱落现象；印制板热风整平时，必须保证焊盘表面平整度，印制板翘曲度不能超过0.5%。

2 网板优化设计要求

网板厚度、开孔设计直接影响焊膏释放率，参照IPC7525标准要求，网板开口尺寸应满足如下要求：

孔径比即W/T﹥1.5；开口面积/开口四周孔壁面积比﹥0.66，对于圆形孔，面积比公式为D/4T；对于矩形孔，面积比公式为LW/（2（L+W）T）。L：开口长度；W：开口宽度；T：网板厚度；D：圆形开口直径。

如采用上述参数方式开孔还存在以下缺陷：多点阵焊盘尺寸较小仅为0.25×0.25 mm，导致部分焊盘焊膏漏锡不均匀，焊点焊料较少有虚焊现象发生；四周小孔部分焊盘焊料过少，中间接地孔焊料过多，器件被抬高，导致焊接后四周焊点可靠性降低。

针对这两种缺陷进行实验分析，对激光切割法网板进行优化处理，采取网板厚度0.10 mm，焊盘开空扩大10%，方孔四周倒0.06 mm圆角，孔壁采用电抛光方法处理；接地处开孔由大方孔改为0.28X0.28小方孔。

3 丝网印刷设置

刮刀角度选择在45～60°；印刷速度为10～20 mm/s；脱模速度设定在0.5～1 mm/s；脱模距离为2～3 mm，每印刷一块印制板应对网板进行自动清洗。

焊接参数控制要求：

该器件属于3级湿敏塑封元器件，装配前应缩短开包使用的有效期限，提高材料使用前需烘烤的可能性。如从潮湿空气中吸收水分，潮气扩散进入封装内部在材料结合处聚集凝结，当经过再流焊炉高温焊接时水汽蒸发，蒸发压力在封装内部产生应力，会导致器件封装出现分层现象，更严重现象是产生“爆米花”式的开裂。如开包时间超过一周，且存放条件达不到10%以内，推荐烘烤条件：120±5 ℃，烘烤8h，以避免器件焊接后产生裂纹影响器件的可靠性能。

众所周知：元器件焊接是依靠在接合界面上的原子相互扩散形成合金层，这种以合金元素按原子量的比例以化学结合的方式结合在一起，达到良好的导电性和持久的机械连接强度，这种冶金反应形成的物质叫做金属间化合物（或IMC）。但金属间化合物的形成随焊接温度的不同而形成的化合物的成分也不同，合金层厚度的生长速度一般遵守于扩散定律，近似：W2=2Dt。W表示合金层的厚度，D扩散系数，t表示扩散系数。

实验证明：如果焊接温度过低，形成的合金层太薄，形成冷焊点，焊点的机械强度不够；相反，如果温度过高，形成的合金层太厚，焊点的机械强度反之会降低，通常焊接合金层的厚度在2～4 μm属于正常范围要求。

对于再流曲线设置：有铅可焊性要求为焊膏熔点183 ℃，基板和电子元器件对温度的最高耐受能力为240 ℃，再流焊接峰值温度为210～230 ℃；无铅可焊性要求为焊膏熔点217 ℃，电子元器件对最高耐受能力温度为260 ℃，再流焊接峰值温度为235～245 ℃。因此，对于混装工艺有铅焊膏无铅焊端可焊性要求，再流焊接峰值温度设置230～235 ℃最为适宜。

温区设置：升温区≤3 ℃/S，

保温区：温度120.0～160 ℃上升时间60～80s，

再流区：210～235 ℃，50～60 s，

温度曲线如图2。

4 效果检查及焊点实效分析

表面贴装器件焊点承担了电气、热学以及机械连接的多重作用，并且一直是产品可靠性的薄弱环节，因此焊接后对焊点的检测不可忽视，双排QFN是四侧扁平多点阵无引脚封装，焊点在器件的底部，用X射线检查焊点可靠性情况，观察有无短路、气泡、锡珠现象，判断炉温曲线设置的合理性。

另外，导致焊点失效的原因还有以下几点：焊点上焊料均匀度，导致焊料熔化后部分焊点未生成合金；器件与PCB间整体热膨胀系数失配，诱发各种应力；器件和PCB在厚度方向与表面区域出现温度梯度。在装配过程中，应做好各个环节的管理和控制，以达到所需的焊接效果。

5 结语

多点阵微间距QFN封装的发展，使得器件在体积上有了更小的变化，在功能上更加强大，QFN封装器件的发展也给板级电路高密度发展提供了必备的物质资源，同时对组装技术提出了新的挑战，只有不断的深入开展电子工艺技术研究工作，才能提升电子产品的焊接质量。

参考文献

[1] 樊融融.现代电子装联技术[M].北京：电子工业出版社，2008.

[2] 王文利，吴波，梁永生.QFN器件组装工艺缺陷的分析与解决[J].电子工艺技术，2007，28（5）：261-263.endprint