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。 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。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。REEL包装 封装尺寸如下图: 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. 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: 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: 开孔与原文件对比如下: 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：Type4 2.2.2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 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