由于小尺寸封裝攜帶高功率芯片的能力越來越強，像QFN這樣的底部終端元件封裝就越來越重要。隨著對可靠性性能的要求不斷提高，對于像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重要。此外，要最大限度地提高速度和射頻性能，降低空洞對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，市場要求減少QFN元件熱焊盤下面的空洞，因此必須評估產(chǎn)生空洞的關鍵工藝因素，設計出最佳的解決方案。

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

一、QFN封裝的空洞結果

QFN是一種底部終端元件，在這種元件中，熱焊盤和信號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果。沒有通孔或沒使用阻焊塞孔的PF+錫膏配置的空洞結果非常好，不到5%。使用阻焊塞孔的空洞結果稍微高一點，但仍比SPO配置的低。在氮氣環(huán)境中回流的PF+錫膏配置所得到的空洞結果最突出，在所有這三種封裝尺寸下空洞結果都是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元件到另一個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?？梢栽趫D10中看到，使用微量助焊劑預成型焊錫，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。

分析的另一個重點是評估通孔設計對空洞百分率的影響。在pcba中，電路板通孔的復雜性和功能體現(xiàn)在重要的元件上。

在本研究中評估了兩類通孔：貫穿導孔和阻焊塞孔。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），這可能會因滯留空氣而增加空洞。

在為QFN或任何其他BTC建立工藝時，選擇焊接材料是一個重要因素?？斩磳τ诘撞拷K端元件來說是個問題，特別是對QFN來說，它有熱焊盤需要導出集成電路（IC）的熱量。過多的空洞會增加熱界面的熱阻。常見的做法把焊盤和通孔設計成讓揮發(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，會觀察到空洞和配置間的一致性。對于阻焊塞孔，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，在評估通孔或沒有阻塞的通孔時，焊錫會從孔中溢出，造成電路板底部凸起。這種不受控制的焊錫爬越會導致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，縮小孔的直徑會導致整個熱阻變大，這可能是這種方法的一個缺點。

在使用5.4毫米x5.4毫米、48個引腳的元件的例子中，電路板采用每個焊盤四個通孔的設計。結果與單孔設計電路板觀察到的結果相似。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會出現(xiàn)更大、更多的空洞。

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

二、要點與結論

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

預制成型的焊錫設計、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空洞。在元件尺寸不一樣的情況下實現(xiàn)空洞百分比低于10%。在空氣回流環(huán)境和氮氣回流環(huán)境中結合使用預制成形焊錫技術和微量助焊劑涂敷技術，可以確保形成低空洞焊點。減少錫膏體積和控制涂敷微量助焊劑的預成形焊錫中的助焊劑總量可以把助焊劑殘渣降到最低并且保證良好的BTC的電化學可靠性。低空洞微量助焊劑技術和電子行業(yè)中常用的浸錫和浸銀技術兼容。通孔設計是BTC組裝中的一個重要因素。通孔的類型和直徑可能是實現(xiàn)低空洞和可靠的焊接組裝的關鍵因素。

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