由于小尺寸封裝攜帶高功率芯片的能力越來越強(qiáng)，像QFN這樣的底部終端元件封裝就越來越重要。隨著對(duì)可靠性性能的要求不斷提高，對(duì)于像QFN這種封裝中的電源管理元件，優(yōu)化熱性能和電氣性能至關(guān)重要。此外，要最大限度地提高速度和射頻性能，降低空洞對(duì)減少電路的電流路徑十分重要。隨著封裝尺寸的縮小和功率需求的提高，市場(chǎng)要求減少QFN元件熱焊盤下面的空洞，因此必須評(píng)估產(chǎn)生空洞的關(guān)鍵工藝因素，設(shè)計(jì)出最佳的解決方案。

在使用低空洞錫膏焊接底部終端元件封裝時(shí)，增加涂敷微量助焊劑的錫膏預(yù)制件，同時(shí)結(jié)合工藝技術(shù)，就可以得到空洞盡可能少的理想焊錫體積。正如IPC7093規(guī)范所認(rèn)定的，像QFN這種底部終端元件（BTC）的關(guān)鍵問題之一是焊點(diǎn)的焊錫體積要達(dá)到高可靠性焊點(diǎn)所需要的體積。本項(xiàng)研究對(duì)眾多工藝因素，諸如回流溫度曲線、回流氛圍、焊盤的表面處理和模板設(shè)計(jì)等進(jìn)行評(píng)估，針對(duì)QFN封裝提出實(shí)現(xiàn)低空洞的高可靠性焊點(diǎn)的方案。接下來，佩特科技小編將接著《微量助焊劑涂層的焊膏預(yù)制件減少空洞的實(shí)驗(yàn)結(jié)果》一文中的內(nèi)容繼續(xù)講解分析。

一、QFN封裝的空洞結(jié)果

QFN是一種底部終端元件，在這種元件中，熱焊盤和信號(hào)引線終端都在元件的下面。按照PF+錫膏配置和SPO配置以及電路板上的通孔類型，匯總了這些元件的空洞結(jié)果。沒有通孔或沒使用阻焊塞孔的PF+錫膏配置的空洞結(jié)果非常好，不到5%。使用阻焊塞孔的空洞結(jié)果稍微高一點(diǎn)，但仍比SPO配置的低。在氮?dú)猸h(huán)境中回流的PF+錫膏配置所得到的空洞結(jié)果最突出，在所有這三種封裝尺寸下空洞結(jié)果都是5-10%。

在X光分析中觀察到用PF+錫膏配置制作的組件在從一個(gè)元件到另一個(gè)元件的空洞和焊盤覆蓋方面的一致性更好。PF+錫膏配置的空洞分布比SPO配置的更緊湊。

在SPO的例子中，空洞的分布范圍更大，在相同的電路板上在類似電路板位置上元件的空洞百分比在11%到37%之間。可以在圖10中看到，使用微量助焊劑預(yù)成型焊錫，在同等條件下，一致空洞百分比更好。這種一致性將降低缺陷率，從而消除組件的返工。

分析的另一個(gè)重點(diǎn)是評(píng)估通孔設(shè)計(jì)對(duì)空洞百分率的影響。在pcba中，電路板通孔的復(fù)雜性和功能體現(xiàn)在重要的元件上。

在本研究中評(píng)估了兩類通孔：貫穿導(dǎo)孔和阻焊塞孔。所有通孔的直徑都是0.3毫米。阻焊塞孔的直徑是0.3毫米，貫穿導(dǎo)孔在頂部和底部有直徑0.5毫米的阻焊膜。阻焊膜看起來有一些彎曲（凹曲），這可能會(huì)因滯留空氣而增加空洞。

在為QFN或任何其他BTC建立工藝時(shí)，選擇焊接材料是一個(gè)重要因素?？斩磳?duì)于底部終端元件來說是個(gè)問題，特別是對(duì)QFN來說，它有熱焊盤需要導(dǎo)出集成電路（IC）的熱量。過多的空洞會(huì)增加熱界面的熱阻。常見的做法把焊盤和通孔設(shè)計(jì)成讓揮發(fā)物可以在回流過程中更容易逸出，盡可能地減少BTC下面的空洞。此外，在檢查PF+錫膏配置時(shí)，會(huì)觀察到空洞和配置間的一致性。對(duì)于阻焊塞孔，可以在孔的周圍看到空洞。正如前面提到的，阻焊劑中的彎曲可能是導(dǎo)致在通孔區(qū)域中出現(xiàn)空洞水平比較高的原因。使用PF+錫膏的配置時(shí)觀察到空洞水平比較低，尺寸也比較小。

在所有smt貼片加工生產(chǎn)的例子中，在評(píng)估通孔或沒有阻塞的通孔時(shí)，焊錫會(huì)從孔中溢出，造成電路板底部凸起。這種不受控制的焊錫爬越會(huì)導(dǎo)致pcba和散熱片之間的熱連接不充分。減小通孔的直徑可以限制焊錫爬越的量。對(duì)于比較小的通孔，通孔內(nèi)的液態(tài)焊錫的表面張力可以抵消重力的作用，能夠盡可能地減少焊錫爬越。但是，縮小孔的直徑會(huì)導(dǎo)致整個(gè)熱阻變大，這可能是這種方法的一個(gè)缺點(diǎn)。

在使用5.4毫米x5.4毫米、48個(gè)引腳的元件的例子中，電路板采用每個(gè)焊盤四個(gè)通孔的設(shè)計(jì)。結(jié)果與單孔設(shè)計(jì)電路板觀察到的結(jié)果相似。在填充了焊錫的通孔焊盤上的大部分空洞都在通孔的頂部。在沒有填滿焊錫通孔的焊盤中的空洞百分率比較低，但是，根據(jù)X光和光學(xué)分析，在所有情況下都觀察到焊錫爬越到電路板底面的現(xiàn)象。焊錫填滿通孔的焊點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)更大、更多的空洞。

有部分組件按照金相學(xué)的方法為微觀結(jié)構(gòu)評(píng)估做準(zhǔn)備。檢查元件熱焊盤和焊錫之間的界面反應(yīng)，還有焊錫和電路板焊盤之間的界面反應(yīng)。在所有的界面上形成均勻和連續(xù)的金屬間化合物（IMC）層，可接受的焊點(diǎn)使用兩種配置（SPO和PF+錫膏）制作。

二、要點(diǎn)與結(jié)論

本文介紹了之前的和當(dāng)前的工作，展示了使用低空洞的微量助焊劑錫膏預(yù)成型的QFN組件和其他BTC組件方面和優(yōu)化像模板設(shè)計(jì)、焊盤設(shè)計(jì)和回流參數(shù)等工藝參數(shù)優(yōu)化方面的進(jìn)展。

預(yù)制成型的焊錫設(shè)計(jì)、選擇特定的助焊劑數(shù)量并且優(yōu)化焊接條件，可以顯著地減少焊點(diǎn)空洞。在元件尺寸不一樣的情況下實(shí)現(xiàn)空洞百分比低于10%。在空氣回流環(huán)境和氮?dú)饣亓鳝h(huán)境中結(jié)合使用預(yù)制成形焊錫技術(shù)和微量助焊劑涂敷技術(shù)，可以確保形成低空洞焊點(diǎn)。減少錫膏體積和控制涂敷微量助焊劑的預(yù)成形焊錫中的助焊劑總量可以把助焊劑殘?jiān)档阶畹筒⑶冶ＷC良好的BTC的電化學(xué)可靠性。低空洞微量助焊劑技術(shù)和電子行業(yè)中常用的浸錫和浸銀技術(shù)兼容。通孔設(shè)計(jì)是BTC組裝中的一個(gè)重要因素。通孔的類型和直徑可能是實(shí)現(xiàn)低空洞和可靠的焊接組裝的關(guān)鍵因素。

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