QFN焊盘设计和QFN焊盘设计和工艺指南工艺指南.docx

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1、QFN焊盘设计和QFN焊盘设计和工艺指南工艺指南QFN焊盘设计与工艺指南一、基本介绍QFN(QuadF1atNo1ead)是一种相对比较新的IC封装形式，但由于其特殊的优势，其应用得到了快速的增长。QFN是一种无引脚封装，它有利于降低引脚间的自感应系数，在高频领域的应用优势明显。QFN外观呈正方形或者矩形，大小接近于CSP,因此很薄很轻。元件底部具有与底面水平的焊端，在中央有一个大面积裸露焊端用来导热，围绕大焊端的外围四周有实现电气连接的I/O焊端，I/O焊端有两种类型：一种只裸露出元件底部的一面，其它部分被封装在元件内；另一种焊端有裸露在元件侧面的部分。QFN使用周边引脚方式使PCB布线更灵

2、活，中央裸露的铜焊端提供了良好的导热性能与电性能。这些特点使QFN在某些对体积、重量、热性能、电性能要求高的电子产品中得到了重用。由于QFN是一种较新的IC封装形式，IPC-SM-782等PCB设计指南上都未包含有关内容，本文能够帮助指导用户进行QFN的焊盘设计与生产工艺设计。但需要说明的是本文只是提供一些基本知识供参考，用户需要在实际生产中不断积存经验，优化焊盘设计与生产工艺设计方案，以取得令人满意的焊接效果。二、QFN封装描述QFN的外形尺寸可参考其产品手册，它符合通常工业标准。QFN通常使用JEDECMO-220系列标准外形,在焊盘设计时能够参考这些外形尺寸（示比如图1）。而此主题有关图

3、片如下：.PTOPTOUCH三、通用设计指南QFN的中央裸焊端与周边I/O焊端构成了平坦的铜引线结构框架，再用模铸树脂将其浇铸在树脂里固定，底面露出的中央裸焊端与周边I/O焊端，均须焊接到PCB上。PCB焊盘设计应该习惯工厂的实际工艺能力，以求取得最大的工艺窗口，得到良好的高可靠性焊点。需要说明的是中央裸焊端的焊接，通过“锚”定元件，不仅能够获得良好的散热效果，还能够增强元件的机械强度，有利于提高周边I/O焊端的焊点可靠性。针对QFN中央裸焊端而设计的PCB散热焊盘，应设计导热过孔连接到PCB内层隐藏的金属层。这种通过过孔的垂直散热设计，能够使QFN获得完美的散热效果。四、焊盘设计指南1、周边

4、I/O焊盘PCBI/O焊盘的设计应比QFN的I/O焊端稍大一点，焊盘内侧应设计成圆形以配合焊端的形状，全面请参考图2与表Io假如PCB有设计空间，I/O焊盘的外延长度(Tout)大于0.15mm,能够明显改善外侧焊点形成，假如内延长度(Tin)大于0.05mm,则务必考虑与中央散热焊盘之间保留足够的间隙，以免引起桥连。而此主题有关图片如下：TOPTOUCH而此主题有关图片如下：.PTOPTOUCH2、中央散热焊盘中央散热焊盘应设计比QFN中央裸焊端各边大0-0.15mm,即总的边长大出0-0.3mm,但是中央散热焊盘不能过分的大,否则，会影响与I/O焊盘之间的合理间隙，使桥连概率增加。此间隙最

5、小为0.15mm,可能的话，最好是0.25mm或者更大。3、散热过孔散热过孔应按1.Omm-I.2mm的间隙均匀分布在中央散热焊盘上，过孔应连通到PCB内层的金属接地层上，过孔直径推荐为O.3mm-0.33mmo尽管增加过孔(减小过孔间隙)，表面上看好象能够改善热性能，但由于增加过孔的同时也增加了热气回来的通道，因此实际效果不确定，需要根据实际PCB的情况来决定(如PCB散热焊盘尺寸、接地层)。4、阻焊层设计目前有两种阻焊层设计类型：SMD(So1derMaskDefined)与NSMD(Non-So1derMaskDefined)。SMD：阻焊层开口小于金属焊盘；NSMD：阻焊层开口大于金属

6、焊盘。由于在铜腐蚀工艺中更易操纵，因此NSMD工艺更优选。而且SMD工艺会使焊盘阻焊层与金属层重叠区域压力集中，在极端疲劳条件下容易使焊点开裂。使用NSMD工艺则使焊锡围绕在金属焊盘边缘，能够明显改善焊点的可靠性。由于以上原因，在中央散热焊盘与周边I/O焊盘的阻焊层设计中通常都推荐使用NSMD工艺。但是，在尺寸相对比较大的中央散热焊盘阻焊层设计中应该使用SMD工艺。在使用NSMD工艺时，阻焊层开口应比焊盘大120um-150um,即在阻焊层与金属焊盘之间留有60um-75um的间隙，弧形焊盘应设计相应的弧形阻焊层开口与之匹配，特别是在拐角处应有足够的阻焊层以阻止桥连。每个I/O焊盘应单独设计阻

7、焊层开口，这样能够使I/O相邻焊盘之间布满阻焊层，阻止相邻焊盘之间形成桥连。但是，针对I/O焊盘宽度为0.25mm,间距只有0.4mm的细间距QFN,只能将处于一边的所有I/O焊盘统一设计一个大的开口，这样I/O相邻焊盘之间就没有了阻焊层。而此主题有关图片如下：TOPTOUCH有些QFN的中央裸焊端设计过大，使得与周边I/O焊端之间的间隙很小，很容易引起桥连。在这种情况下，PCB散热焊盘的阻焊层设计应使用SMD工艺，即阻焊层开口应每边缩小IOOum,以增加中央散热焊盘与I/O焊盘之间的阻焊层面积。阻焊层应覆盖散热焊盘上的过孔，以防止焊锡从散热过孔中流失,使QFN中央裸焊端与PCB中央散热焊盘之

8、间形成空焊。过孔阻焊层的直径应比过孔直径大IOOum,建议在PCB背面涂布阻焊油堵塞过孔，这样能够在正面散热焊盘上会形成许多空洞，这些空洞有利于在回流焊接过程中释放气体，并围绕过孔形成更大的气泡，需要特别说明的是，这些气泡的存在不可能影响热性能、电性能与焊点可靠性，是能够同意的。五、钢网设计1、周边I/O焊盘漏孔设计周边I/O焊盘上回流焊后形成的焊点应有大约50-75um的高度，钢网设计是保证形成最优最可靠焊点的第一步。钢网漏孔尺寸与I/O焊盘尺寸推荐使用1：1的比例，针对I/0间距在0.4mm及下列的细间距QFP,钢网漏孔宽度应略微内缩一点，以避免相邻I/O焊盘之间引起桥连。漏孔的长(1)、

9、宽(W)、厚(T)尺寸需符合下列比例：面积比二1W2T(1W)0.66,宽厚比二WT1.5.2、中央散热焊盘的漏孔设计为了保证获得合适的焊锡膏量，宜使用网状漏孔阵列取代一个大的漏孔，每个小漏孔的形状能够是圆形或者方形，大小无严格要求，只要保证焊锡膏的覆盖面积在50%80%之间。散热焊盘上焊锡膏的量的操纵是否合适，对周边I/O焊盘能否形成良好的焊点有巨大的影响。3、钢网类型与厚度推荐使用不锈钢片激光切割法，漏孔孔壁需电解抛光，漏孔形状呈梯形，上小下大。电解抛光能够使漏孔孔壁更光滑，减少摩擦，有利于焊锡膏脱模与成形。梯形漏孔不仅有助于焊锡膏脱模，而且，印刷后成形稳固性好，有利于保证贴片精度。针对0

10、.5mm及下列细间距的QFN,钢网厚度推荐使用0.125mm,而大间距的QFN,钢网厚度能够增至0.15mm-0.2mm。六、回流焊接由于QFN较低的安装高度，推荐使用Type3型符合ANSI/J-STD-005要求的免洗型焊锡膏，回流焊接过程中推荐使用氮气保护。图3是推荐的回流焊接温度曲线，请根据实际情况再作调整以达最优效果。而此主题有关图片如下:TOPTOUCH七、焊点标准QFN封装的特点就是“底面即焊端”，在IPC/EIAJ-STD-OO1C标准的92.6.4部分，“电气与电子装配焊接要求”中有有关描述，焊接要求见图4与表2,需要特别说明的是，针对“底面即焊端”的QFN元件，元件侧面焊点

11、爬高无任何要求，只要求操纵元件底面焊点的长度、宽度与厚度，也就是说针对“I/O焊端只裸露出元件底部的一面，没有裸露在元件侧面的部分”的QFN元件，I/O焊端趾部焊点根本无法形成，因此我们看不到侧面焊点，不能使用显微镜或者放大镜检验，只能使用X-RAY检验。国此主题有关图片如下：TOPTOUCH而此主题有关图片如下：.PTOPTOUCH八、返工指南QFN安装到PCB上以后，只能通过X-RAY进行透视检查其焊点是否有气泡、锡球或者其它不良缺陷，包含检查焊点的形状与尺寸。通过传统的电烙铁补焊返工，只能对外露部分焊点有效，假如QFN底部焊点存在缺陷，只能将元件拆除后返工。尽管QFN元件很小，但拆除与返

12、工都是能够手工完成的,但这是一项具有挑战性的工作。由于QFN元件本身体积很小,它们又通常被贴装在又轻又薄元件密集度又高的PCB上。下列的返工指南能够帮助你轻松提高QFN元件返工的成功率。1、烘烤开始返工之前，需要将PCBA在125的温度下烘烤至少24小时，以除去PCB与元件的潮气。2、拆除元件拆除元件的温度曲线最好与装配元件时的回流焊温度曲线一致，但是，焊锡液相线以上的时间能够适当减少，只要能保证完成焊锡回流就能够了。推荐在PCBA底面用对流方式加热，PCBA顶部用热风喷嘴对元件本体加热。底部加热盘的温度设置为235-325,PCBA底部离加热盘间隙为25mm,如图5与图6所示。而此主题有关图

13、片如下:TOPTOUCH在开启喷嘴的热风之前，PCBA须从1-3cmin的速度被加热到555C,喷嘴吹出的热风温度大约为425。为慎重起见，能够先用吸锡带将元件周边可见焊点的焊锡清除。热风开启以后将喷嘴下降到离元件15-25mm的位置（如图7）。当回流温度达到以后，能够应用边缘加热系统向元件底部缝隙中吹热气，有利于面积较大的中央散热焊点的熔化。加热的同时，能够在QFN元件的角上插入尖头镜子，轻轻用力往上挑元件，这样一旦所有焊点的焊锡都熔化时，元件就能够被挑起。（如图8）由于QFN元件很小很轻，因此要严密注意操纵加热时间，避免QFN元件过度受热损坏，同时，应注意避免对周边元件的受热影响。一旦元件

14、全部回流完成，用真空吸嘴或者镶子将元件移除，真空压力宜设为小于38OmnIHg,以防止在元件未充分回流而过早吸取元件时,使PCB焊盘剥离损坏（如图9、图10）o而此主题有关图片如下：.PTOPTOUCH3、清理焊盘使用刀形烙铁头或者吸锡带清理PCB焊盘上的残锡与松香（如图11）,然后用溶剂清洗（如图12）o4、焊锡膏印刷在大约50-100倍的显微镜下，将特制的小钢网的漏孔与PCB上元件的焊盘对准，用特制的小刮刀印刷焊锡膏，小刮刀宽度应与元件宽度一致，以保证一次印刷成功。5、元件重新贴装与回流焊接由于QFN重量很轻，在回流焊过程中的自对中能力很强，因此对贴装精度要求不是很高。用于贴装的返工台的X

15、Y坐标与旋转角度应该能够作精细调整，由于焊盘在元件底面，借助50-IoO倍的光学成像系统，能够帮助进行元件对准。贴装完成后，使用与初次生产时同样的温度曲线重新进行回流焊接。九、无奈的选择：手工返工指南假如由于PCBA元件密集度太高而无法使用特别小钢网印刷焊锡膏，就只能无奈地选择手工焊接进行返工，根据下列步骤同样能够获得很高的成功率。第1步先测量与记录需更换的QFN元件的厚度，这个厚度指元件本体顶面至底面（包含中央裸焊端）的尺寸。（如图13）而此主题有关图片如下：.PTOPTOUCHQFN中央裸焊端上锡：烙铁头温度设置为370,涂布适量液体助焊剂，将事先已贮满焊锡的烙铁头轻轻地接触中央裸焊端，并保持数秒钟，当焊锡开始润湿焊端时，能够观察到助焊剂气化成烟雾状，烙铁头上的焊锡转移到了元件中央裸焊端上，形成一个漂亮的中间最高四边略低的“枕形”焊点,（如图14、图15与图16所示）。清洗助焊剂残渣后，测量元件本体顶面至枕形焊点的最高点的尺寸，减去先前所测的元件的厚度，要求元件中央裸焊端上的枕形焊点高度达到O.Imm-O.35mmo（如图17所示）。假如枕形焊点高度不合适，能够重新涂布助焊剂，将枕形焊点熔化后，用吸锡带吸走部分焊锡，以降低枕形焊点的高度。由于过高的焊点，更容易引起周边I/O焊点的桥连，因此，枕形焊点的高度还是低一点比较好。枕形焊点制作完成后，需清理元件周边I/O焊端上的焊锡