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QFN封裝在SMT的焊接品質
來源：本站 時間：2020/03/19
QFN (Quad Flat No leads，四方平面無引腳封裝)在現今電子業界的IC封裝當中似乎有越來越普遍的趨勢，QFN的優點是體積小，足以媲美CSP(Chip Scale Package)封裝，而且成本也相對便宜，IC的生產製程良率也蠻高的，還能為高速和電源管理電路提供較佳的共面性以及散熱能力等優點。此外，QFN封裝不必從四側引出接腳，因此電氣效能更勝引線封裝必須從側面引出多接腳的SO等傳統封裝 IC。
盡管QFN封裝有這麼多的電氣及使用上的優點，但它卻給電路板組裝廠帶來不少的焊接品質衝擊，因為 QFN 的無引腳設計，一般很難從其外觀的焊錫點來判斷其焊錫性是否良好，雖然 QFN 的封裝側面仍留有焊腳，但有些 IC封裝業者只是把【Lead-frame(導線架)】切斷露出其切斷面，并沒有再加以電鍍處理，所以基本上QFN側面的吃錫就不太容易，再加上保存一段時間后切斷面容易氧化，更造成側面上錫的困難。
▼ QFN 的側面焊腳為導線架(lead frame)的切斷面，并無電鍍層。
QFN 吃錫標準
其實在 IPC-A-610D, Section 8.2.13 Plastic Quad Flat Pack No Leads (PQFN) 的規范中，并未明確定義 QFN 的側邊吃錫一定要有平滑的圓弧形曲線出現。
There are some package configurations that have no toe exposed or do not have a continuous solderable surface on the exposed toe on the exterior of the package and a toe fillet will not form.
也就是說QFN的焊接其實可以不用管側邊的焊接狀況，只要確保QFN焊腳底部及正底部的散熱片位置真正的吃錫部份就可以了。QFN底部焊腳的吃錫其實可以想像成BGA，所以建議應該可以參考 IPC-A-610D, Section 8.2.12 Plastic BGA 的標準，至于中間接地焊墊的吃錫可能得視各家的設計而定。
▼ QFN側邊焊腳吃錫雖然不好，但因為其底面吃錫良好，所以電氣特性仍然良好。
▼ QFN側邊焊腳吃錫良好。
QFN 焊錫性檢查及測試
就如同BGA的焊錫檢查標準，目前QFN封裝的焊錫檢查除了用電測(In-Circuit-Test、Function Verification Test) 來偵測其功能之外，一般也會佐以光學儀器或X-ray來檢查其焊錫的開、短路等不良現象。老實說 X-Ray 的等級不夠好的話，還真的不是很容易檢查出來QFN的焊錫問題。如果無論如何還是找出焊錫性的問題，最后只能使用切片(Micro-section)或用滲透染紅試驗 (Red Dye Penetration Test)查看BGA焊錫等破壞性實驗來檢查。
▼這張圖片來自網路，使用X-Ray檢查QFN焊錫。
▼這張圖片來自網路，使用 X-Ray 檢查 QFN 焊錫，疑似焊接不良。
QFN 空焊的可能解決方法
當發現QFN有空焊時應該先澄清是否為零件氧化問題，可以把零件拿去作一下沾錫性實驗來作確認，再來要判斷是否有固定焊腳空焊的問題，一般接地腳比較容易產生空焊，可以考慮變更電路板的佈線設計，在電路板的線路(trace)上增加熱阻(thermal relief)墊來減少焊腳大面積直接接地的比率，這樣可以延緩熱量散失的速度。（所謂「熱阻」就是把接地的線路寬度縮小，讓熱能不要馬上傳導到整片的接地大銅片。）
也可以試著調整爐溫(reflow profile)，或改為斜升式迴流焊曲線(slumping type)以減少錫膏在預熱時吸收過多熱量的問題。
參考閱讀： 迴流焊的溫度曲線 Reflow Profile
曾經發現有QFN底部中間的接地焊墊上印刷過多錫膏，當零件流過迴流焊時造成零件浮起形成空焊的問題，這時候可以考慮將 QFN 底部中間的接地焊墊印刷成「田」字型會比整片印刷要來得好，過迴流焊時也較不會因錫膏全部熔融成一團而造成零件浮動的情形。
參考閱讀： 導通孔在墊(Vias-in-pad)的處理原則
另外電路板的焊墊上盡量不要有導通孔(vias)，中間散熱接地墊上的通孔(vias)也要盡量塞孔，否則容易影響焊錫量及氣泡的產生，嚴重的還可能導至焊接不良。
▼ 通孔(vias)塞孔
深圳市貼片加工廠：加「氮氣」是否可以有效增加 QFN 的良率？我只能說見仁見智，氮氣是可以防止零件氧化，但能否焊上 QFN 的側面焊腳，還是有待觀察，況且加氮氣會增加成本，還是擺在最后再考慮就好了。
