|
摘要
QFN器件(Quad Flat No-lead方形扁平无引脚封装)具有良好的导电和散热性能、比传统的QFP器件体积更小、重量更轻，QFN器件和CSP有些相似，但元件底部没有焊球，与PCB的电气和机械连接是通过PCB焊盘上印刷焊膏、过回流焊后形成的焊点来实现的。从2001年被电子工业开始采用后，其应用一直在快速增长，现今每年有数10亿的QFN器件应用于SMT组装工艺过程中，由于器件本身设计和封装的特殊性，使其在SMT组装过程中失效机率加大，同时失效检查和返修也变得困难，本文将从QFN器件的结构开始逐步阐述。
关键词
QFN、表面组装、失效模式、焊接可靠性
1.0概述
QFN是一种无引脚封装，呈正方形或矩形，封装底部具有与底面水平的焊盘，在中央有一个大面积裸露焊盘用来导热，围绕大焊盘的封装外围四周有实现电气连接的导电焊盘。与PCB的电气连接是通过在PCB焊盘上印刷焊膏、过回流焊后形成焊点，将QFN焊盘和PCB上相应的焊盘连接起来实现的。缩短了连接距离的导电焊盘可以提供良好的电性能，中央大的热焊盘可以将封装体的热量迅速传导到PCB上，具有良好的热性能，已成为了许多电子产品设计的一种理想选择。
2.0 QFN结构及特性
根据导电焊盘的不同设计，器件封装分两种类型：一种只裸露出封装底部的一面，其它部分被封装在元件内（称之为Saw Type，见图1），另一种焊盘有裸露在封装侧面的部分（称之为Punch Type，见图2）：
把上面两种类型做切片可以看出内部结构特征，见图3、图4：
其特性有：1、优良的导电性能；2、有效的散热能力；3、可布细间距管脚；4、较薄的厚度；5、较轻的重量；6、较低成本。
采用微型引线框架的QFN封装称为MLF封装（Micro Lead Frame），其家族成员还有其他类似的成员，如TQFN、SON、MCP、BCC等，具体见图5：
3.0 SMT组装
QFN元件具有中间暴露的大焊盘(die paddle)，用于提高散热和电气性能，同时周围布满了均匀的密间距管脚，所以，需要严格的工艺过程优化工作来保证可接受的组装合格率。
QFN使用底部焊接端子，而不是可塌落的焊锡球连接，这种端子影响湿润、焊点塌落、自我对中，且焊接接触面容易受外界污染等，从而大大地缩小了模板印刷和元件贴装的工艺窗口。针对密间距QFN元件的可能出现的问题有：网印桥连、拾起与放置的视觉问题、回流漂移、焊点空洞、锡桥和焊锡湿润不良等。
3.1 网印工艺过程
要想获得一个好的网印效果，网板的设计是一个关键，而且在网板设计时要兼顾考虑到回流后的效果，所以我们在设计此种器件的网板时需要考虑一些关键因素：
1、 针对锡膏需求量的不同，特别是当PCB板上的⑷却蠛概躺嫌写罅康腣ia时，需要考虑采用多厚的网板，我司实践证明针对尺寸在Fine Pitch为0.5以下的QFN器件时，最好选择钢网的厚度为12mm，因为选择15mm的锡量会太多，容易出现桥连现象，而采用10mm的又锡量太少，容易出现个别焊盘少锡；
2、 针对密间距的管脚（Fine pitch<0.5mm），为防止锡膏短路要考虑缩小网板开孔的宽度；为保证四周焊盘和中间散热焊盘的最小间隙，要考虑四周开孔向外移动，一般移动0.1~0.15mm便可，但同时可延长到PCB阻焊层外0.2~0.3mm；这种设计可以获得良好的印刷效果和回流效果，能避免桥连现象的产生，见图6
问题出现最多的中间大焊盘的开孔，有很多专家在谈到这个设计时，感触很深，一般都会推荐开孔的面积在PCB上焊盘的70~90%，开孔方式采用田字法或多个田字组合法，有方形也有圆形，见图7
从我司的实际经验来看，此种面积比锡膏量仍偏大，因为之前我们采用这种比率容易出现回流漂移和中间锡量过多导致周边个别焊点空焊，目前更多采用面积比为50~60%的开孔，见图8
*青色为网板开孔尺寸，蓝色为PCB上的焊盘尺寸
良好的网板设计方案采用，但并不意味着万事大吉，网印工艺控制也尤其重要：锡膏的合理选择和使用、合理的网印参数设置、钢网的清洁、印刷工作环境等都，当然行业内也有非常多经验丰富的工程师，在这里我就不细谈。印刷后效果见图9， |
