QFN封裝的焊接設(shè)計

• 　　QFN的焊盤設(shè)計主要包含以下三個方面：周邊引腳的焊盤設(shè)計、中間熱焊盤及過孔的設(shè)計和對PCB阻焊層結(jié)構(gòu)的考慮。

  　　1、周邊引腳的焊盤設(shè)計

  　　對于QFN封裝，PCB的焊盤可采用與全引腳封裝一樣的設(shè)計，周邊引腳的焊盤設(shè)計尺寸如圖2所示。在圖中，尺寸Zmax為焊盤引腳外側(cè)最大尺寸，Gmin是焊盤引腳內(nèi)側(cè)最小尺寸，D2t為散熱焊盤尺寸，X、Y是焊盤的寬度和長度。

  

  　　MLF封裝的焊盤的公差分析包括元件公差、印制板制造公差和貼裝設(shè)備的精度。這類問題的分析IPC已建立了一個標準程序，根據(jù)這個程序可計算得出各種MLF元件推薦的焊盤尺寸，表1列出了一些常見的引腳間距為0.5mm的QFN封裝的PCB焊盤設(shè)計尺寸。

  　　2、 散熱焊盤和散熱過孔設(shè)計

  　　QFN封裝具有優(yōu)異的熱性能，主要是因為封裝底部有大面積散熱焊盤，為了能有效地將熱量從芯片傳導(dǎo)到PCB上，PCB底部必須設(shè)計與之相對應(yīng)的散熱焊盤和散熱過孔。散熱焊盤提供了可靠的焊接面積，過孔提供了散熱途徑。

  　　通常散熱焊盤的尺寸至少和元件暴露焊盤相匹配，然而還需考慮各種其他因素，如避免和周邊焊盤的橋接等，所以熱焊盤尺寸需要修訂，具體尺寸如表1所示。

  

  　　散熱過孔的數(shù)量及尺寸取決于封裝的應(yīng)用情況、芯片功率大小，以及電性能的要求。建議散熱過孔的間距在1.0～1.2mm，過孔尺寸在0.3～0.33mm。散熱過孔有4種設(shè)計形式：使用干膜阻焊膜從過孔頂部或底部阻焊；使用液態(tài)感光（LPI）阻焊膜從底部填充；或者采用“貫通孔”，如圖3所示。上述方法各有利弊：從頂部阻焊對控制氣孔的產(chǎn)生比較好，但PCB頂面的阻焊層會阻礙焊膏印刷；底邊的阻焊和底部填充由于氣體的外逸會產(chǎn)生大的氣孔，覆蓋2個熱過孔，對熱性能方面有不利的影響；貫通孔允許焊料流進過孔，減小了氣孔的尺寸，但元件底部焊盤上的焊料會減少。散熱過孔設(shè)計要根據(jù)具體情況而定，建議使用頂部或底部阻焊。

  　　回流焊曲線和峰值溫度對氣孔的形成也有很大的影響，經(jīng)過多次實驗發(fā)現(xiàn)，在底部填充的熱焊盤區(qū)域，當(dāng)峰值回流溫度從210℃增加到215～220℃時，氣孔減少；對于貫通孔，PCB底部的焊料流出隨回流溫度的降低而減少。

  　　3、阻焊層的結(jié)構(gòu)

  　　建議使用NSMD阻焊層，阻焊層開口應(yīng)比焊盤開口大120～150μm，即焊盤銅箔到阻焊層的間隙有60～75μm，這樣允許阻焊層有一個制造公差，通常這個公差在50～65μm之間。當(dāng)引腳間距小于0.5mm時，引腳之間的阻焊可以省略。

  　　網(wǎng)板設(shè)計

  　　能否得到完美、可靠的焊點，印刷網(wǎng)板設(shè)計是關(guān)鍵的第一步。四周焊盤網(wǎng)板開口尺寸和網(wǎng)板的厚度的選取有直接的關(guān)系，一般較厚的網(wǎng)板可以采用開口尺寸略小于焊盤尺寸的設(shè)計，而較薄的網(wǎng)板開口尺寸可設(shè)計到1:1。推薦使用激光制作開口并經(jīng)過電拋光處理的網(wǎng)板。

  　　1、周邊焊盤的網(wǎng)板設(shè)計

  　　網(wǎng)板的厚度決定了印刷在PCB上的焊膏量，太多的焊膏將會導(dǎo)致回流焊接時橋連。所以建議0.5mm間距的QFN封裝使用0.12mm厚度的網(wǎng)板，0.65mm間距的QFN封裝使用0.15mm厚度的網(wǎng)板。網(wǎng)板開口尺寸可適當(dāng)比焊盤小一些，以減少焊接橋連的發(fā)生，如圖4所示。

  

  　　2、散熱焊盤的網(wǎng)板設(shè)計

  　　當(dāng)芯片底部的暴露焊盤和PCB上的熱焊盤進行焊接時，熱過孔和大尺寸焊盤中的氣體將會向外溢出，產(chǎn)生一定的氣孔，因此如果焊膏面積太大，會產(chǎn)生各種缺陷（如濺射和焊球等）。但是，消除這些氣孔幾乎是不可能的，只有將氣孔減至最小。在熱焊盤區(qū)域網(wǎng)板設(shè)計時，要經(jīng)過仔細考慮，建議在該區(qū)域開多個小的開口，而不是一個大開口，典型值為50%～80%的焊膏覆蓋量。實踐證明，50μm的焊點厚度對改善板級可靠性很有幫助，為了達到這一厚度，建議對于底部填充熱過孔設(shè)計的焊膏厚度至少50%以上；對于貫通孔，覆蓋率至少75%以上。