qfn器件的网板设计研究

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1、QFN器件的网板设计研究王其超摘要：QFN（QuadFlatNo-lead，方形扁平无引脚）封装器件因其具有良好的电/热性能、体积小、重量轻等优点，不仅使用在数码相机、手机、PDA等消费类产品[2008.7.1]QFN封装器件(以下简称QFN)是一种无引脚封装器件，呈正方形或矩形，封装底部有与底面平行的焊盘，其中央是一个大面积的导热裸露焊盘(以下简称导热焊盘)，围绕在导热焊盘周围的是实现电气连接的焊盘(以下简称导电焊盘)。QFN导电焊盘有两种类型：一种是只裸露出封装底部的一面，其它部分被封装在元件内；另一种

2、是焊盘还向外在封装体侧面裸露。缩短了连接距离的导电焊盘可以提供良好的电性能，而导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。因此，QFN以其良好的电/热性能、体积小、重量轻等优点，成为众多新应用的一个理想选择。PCB上对应于QFN导热/导电焊盘的焊盘，我们称之为热焊盘和四周焊盘。相应地，热焊盘设计尺寸与QFN的导热焊盘尺寸基本相同；而四周焊盘的设计尺寸也和QFN的导电焊盘尺寸相似，但向外稍长一些。QFN的缺陷与检查在实际生产过程中，QFN焊点也会出现短路和虚焊等缺陷。如果QFN储存在不受控

3、的环境中，其导电焊盘靠外的末端和侧面都可能会被氧化，这是因为QFN仅仅是导热焊盘和其在同一面的导电焊盘表面被电镀了焊接涂层，而导电焊盘靠外的末端和侧面则没有。当然，如果氧化程度不很严重，或助焊剂起到作用的话，也可能会形成良好的焊点。更多出现的是QFN开路和少锡缺陷。依靠目视检查很难发现这些缺陷，甚至连X－Ray也无法做出判断；这是因为QFN焊点是在元件本体下方，且高度有限。从图1可以看出，F部分的差别是明显的，但真正影响到焊点质量的G部分图像则是相同的。用电烙铁加锡，增加的只是图1中的F部分，对G部分到底有

4、多大影响，X－Ray仍无法判断。在暂时没有更多办法的情况下，更多地依靠ICT测试来判断焊接的效果（在实际生产中我们发现，如果导电焊盘的外部焊点出现异常情况，那么在ICT和FT处查出的开路也较多），对于SMT工艺来说，也只能依靠目检焊点的外部情况（图1中的F部分）来判断。QFN的贴装和回流焊接贴片机的精度决定了QFN的贴装精度和角度的调整，轻微的贴片偏移可以在过回流焊后自动纠偏，严重的偏移应该在回流焊前进行矫正，以免发展成短路缺陷。使用贴片机视觉系统调整QFN的位置有两种方法：•封装轮廓——视觉系统搜索封装的

5、外形轮廓•引脚识别——许多视觉系统可以直接搜索引脚的形状对QFN来说，这两种方法都可以接受且各有利弊：焊盘识别比较准确，但要搜索多只引脚，多只引脚的图像数据由贴片机同时进行处理会较慢。封装轮廓识别起来比较快，但精度不够。如图2所示，在QFN工艺优化期间，贴片不偏移是关键，以免同其它问题混在一起，不利于问题的分析和解决。QFN对回流焊接工艺并没有特殊的要求，和所有的元器件一样，对各种类型的PCB，在板上不同位置都要求回流温度符合规范，而每个元器件的温度受周围焊盘、板上所处位置和组装密度的影响。实际的回流峰值温

6、度，保温(soak)时间和升温斜率范围不能超过所用焊膏说明书(SPEC.)的要求。一般情况下，供应商提供的焊膏SPEC.中描述的目标温度和时间范围是相当宽的，主要受合金成分、助焊剂活性、合金粉末和助焊剂搅拌状况等因素的影响，基本上锡铅焊膏峰值温度在235℃左右，而无铅焊膏在250～260℃。QFN印刷工艺和网板设计在QFN表面贴装工艺中，网板印刷调整的准确性是获得一致焊膏沉积的基本条件，而对刮刀的角度和速度进行优化是其中的一个关键步骤。在印刷焊膏的过程中，不锈钢材质的网板更耐用且很少有变形，激光切割、孔壁电

7、抛光的网板有助于提高焊膏释放率。如果印刷设备限制了网板实际印刷质量，建议使用step-down（阶梯）网板。在QFN贴放到PCB上之前，必须要保证网板具有良好的输出结果。对于焊盘上焊膏体积的沉积，网板厚度、开口形状及几何图形的作用同样重要。设计网板时应考虑满足以下两种比率：•面积比＝开口面积／开口的侧面面积•宽厚比＝开口宽度／网板厚度QFN周边焊盘网板开口是方形的开口，它们的比率应该是：•面积比＝L×W/2×T×(L+W)，•宽厚比＝W/T其中，L和W分别是开口的长和宽，T指网板厚度。如果要达到比较好的焊膏

8、释放，面积比和宽厚比应该大于0.66和1.5。一般建议网板开口尺寸和PCB焊盘尺寸比为1:1，这样做可以让面积比和宽厚比目标比较容易达到。采用底部填充过孔方式的热焊盘网板开口设计PCB上热焊盘和四周焊盘的面积差巨大，使得过回流焊后保持相同的焊锡高度非常困难。实验证明，0.13mm网板，面积比大于0.66时，四周焊盘转印效率为73%，热焊盘转印效率为100%。我们需要做的是，通过减少热焊盘焊膏覆盖面积，使得过回流焊