随着(zhe)電子行業小型化(hua)多功能化發展的(de)趨勢，越來🆚越多的(de)多功能，體積小的(de)元件應用于在各(ge)種 産品上，例如 QFN 元(yuan)件和 LGA 元件。
QFN 封裝具(jù)有優異的熱性能(néng)，主要是因爲封裝(zhuāng)底部有大面積⛹🏻♀️散(sàn)熱🎯焊盤，爲了能有(yǒu)效地将熱量 從芯(xin)片傳導到 PCB 上，PCB 底部(bù)必須設計與之相(xiàng)對應的散熱焊盤(pan)以及散熱過孔，散(san)熱焊盤提 供了可(ke)靠的焊接面積，過(guò)孔提供了散熱途(tú)徑。因而，當芯片底(di)㊙️部💚的暴露焊盤和(hé) PCB 上的熱 焊盤進行(hang)焊接時，由于熱過(guo)孔和大尺寸焊盤(pán)上錫膏中的氣體(ti)将會向外溢出，産(chan)生一定的氣體 孔(kong)，對于 smt 工藝而言，會(hui)産生較大的空洞(dòng)，要想消除這些氣(qi)孔幾乎是不可能(néng)的，隻有将 氣孔減(jian)小到最低量。 LGA(land grid array)即在(zai)底面制作有陣列(lie)狀态坦電極觸點(dian)的封裝，它的外形(xing)與 BGA 元件非常 相似(sì)，由于它的焊盤尺(chi)寸比 BGA 球直徑大 2～3 倍(bei)左右，在空洞方面(mian)🈲同樣也很難控制(zhì)。并且 它與 QFN 元件一(yi)樣，業界還沒有制(zhì)定相關的工藝标(biāo)準，這在一定🔞程度(du)上對電子加工行(háng)業造 成了困擾。
本(běn)文通過大量實驗(yàn)從 鋼網 優化，爐溫(wēn)優化以及預成型(xíng)焊片來尋找空洞(dòng)的解決方案。
在實驗中所(suǒ)采用的 PCB 爲闆厚 1.6mm 的(de)鎳金闆， 上的 QNF 散熱(rè)焊盤上共有 22 個過(guò)孔;PCB 如圖示
1。QFN 采用 Sn 進(jìn)行表面處理，四周(zhou)引腳共有 48 個，每個(ge)焊盤直徑爲✌️ 0.28mm，間 距(jù)爲 0.5mm，散熱焊盤尺寸(cùn)爲 4.1*4.1mm。
如圖示 2. 圖 1，PCB 闆上(shang)的 QFN 焊盤 實驗 1---對比(bǐ)兩款不同的錫膏(gāo)
圖 2，實驗所用的 QFN 元(yuán)件 在實驗中，爲了(le)對比不同的錫膏(gāo)對空洞的影響，我(wǒ)們🌐采用了兩種錫(xi)膏，一款來自日系(xi)錫膏 A， 一款爲美系(xì)錫膏 B，均爲業界最(zui)爲知名的錫膏公(gōng)司。錫♻️膏合金爲 SAC305 的(de) 4 号粉錫膏，鋼 網厚(hou)度爲 4mil，QFN 散熱焊盤采(cǎi)用 1：1 的方形開孔，對(dui)比空洞結果如下(xià)圖❤️所示，發現兩款(kuan) 錫膏在 QFN 上均表現(xian)出較大的空洞，這(zhè)可能由于散熱焊(han)盤較大，錫膏覆蓋(gai)了整個焊盤，影 響(xiang)了 助焊劑 的出氣(qì)以及過孔産生的(de)氣體沒辦法排出(chu)氣，造成較✂️大的空(kong)洞，即使采用很好(hǎo)的錫 膏的無濟于(yu)事。 錫膏 A(空洞率 35.7%) 實(shi)驗 2---采用不同的回(hui)流曲線 錫膏 B(空洞(dong)率 37.2%) 考慮到助焊劑(jì)在回流時揮發會(hui)産生大量的氣體(ti)，在實驗中，我們采(cǎi)用了典型的線性(xing)式曲線和 馬鞍式(shì)平台曲線，通過回(huí)流我們發現，采用(yòng)線性的曲線，它🤟們(men)的空洞率都在 35%～45 之(zhi)間。
大的空洞較明(míng)顯，相對于平台式(shì)曲線，它的空洞數(shu)量較少。而采用平(píng)台式的曲線，沒有(you)很大 的空洞，但是(shì)小的空洞數量較(jiào)多。這主要是因爲(wei)采用⭐平台式曲🌈線(xiàn)，有助于助焊劑在(zài)熔點前最 大的揮(huī)發，大部分揮發性(xing)物質在熔點前通(tōng)過高溫🙇♀️烘烤蒸發(fā)了，所以沒有很大(dà)的空洞;而線性 式(shi)的曲線，由于預熱(re)到熔點的時間較(jiao)短，大部分的揮發(fa)性物🌈質♈還沒有及(jí)時揮發，到達熔點(dian)的 時候，焊料融化(hua)形成很大的表面(miàn)張力，同時許多氣(qì)體同時揮發，所以(yi)形成較大的空洞(dong)且空洞 數量較小(xiao)。
Profile 1
Profile 2
實驗 3---采用不同的(de)焊盤開孔方式
對(dui)于散熱焊盤，由于(yu)尺寸較大，并且有(yǒu)過孔，在回流時，過(guo)孔💰由于加熱産生(sheng)的氣體以及助焊(han) 劑本身的出氣由(you)于沒有通道排出(chu)去，容易産生較大(da)❌的空🏃♀️洞。在實驗中(zhōng)，爲了幫助氣體排(pai)出去， 我們将它分(fèn)割爲幾塊小型的(de)焊盤，如下圖所示(shì)，我們采用三💔種開(kai)孔方式。
開孔 1
開孔(kong) 2
開孔 3
如下圖所示(shì)，采用 3 種不同的鋼(gang)網開孔方式，回流(liú)後在 x-ray 下‼️看㊙️空洞率(lü)均差不多，都在 35% 左(zuǒ)右，随着通道的增(zēng)多，空洞的大小也(yě)逐漸降低，如圖示(shì)開孔 1 中最大的空(kong)洞爲 15%，而開 孔 3 中最(zuì)大的空洞爲 5%。開孔(kǒng) 1 表現出較大個的(de)空洞，空洞💯的數量(liàng)較少，開孔 2 與開孔(kǒng) 3 的空洞率均差不(bu)多，且單個的空洞(dong)均小于開孔 1 的空(kōng)洞，但小的空洞數(shù)量較多，開孔 3 沒有(you) 較大的空洞，但是(shì)空洞的數量很多(duo)，如下圖所示。
開孔(kong) 1
開孔 2
開孔 3
在另一(yī)種産品上，我們對(dui) QFN 采用同樣的 3 種開(kāi)孔方式，空洞表現(xiàn)與上面的産品表(biǎo)現不一 樣，當通道(dào)越多時空洞率越(yue)低，這說明對于某(mǒu)些 QFN 元件，減少大焊(hàn)盤開孔尺寸增加(jiā)通道 有助于改善(shàn)空洞率，但是對于(yú)某些 QFN 特别是有許(xu)多過孔的大焊盤(pán)，更改鋼網開孔方(fang)式對 于空洞而言(yan)并沒有太大的幫(bāng)助。
實驗 4----采用低助(zhù)焊劑含量的焊料(liào)
由于空洞主要與(yǔ)助焊劑出氣有關(guan)，那麽是否可采🧡用(yong)🌈低助焊劑含量的(de)焊料?在實驗中，我(wǒ)們采 用相同合金(jīn)成份的預成型焊(hàn)片 preform---SAC305，1%助焊劑，焊片尺(chǐ)寸爲🌈 3.67*3.67*0.05mm， 焊片與散熱(re)焊盤的比例爲 89%，對(duì)比錫膏中 11.5%的助焊(hàn)劑，在散🤟熱🎯焊盤上(shang)采用預成型焊盤(pan)， 也就是用 preform 替代錫(xī)膏，期待以通過降(jiàng)低助焊劑的含☔量(liang)💃🏻來減❓少出氣來得(dé)到較低的空洞率(lǜ)。
在鋼網開孔上，對(dui)于四周焊盤并不(bú)需要進行任何的(de)更改，我們隻需對(dui)散熱焊盤的開孔(kǒng)方式進 行更改，如(rú)下圖所示，散熱焊(han)盤隻需要在四周(zhōu)各開一個直徑 0.015’’的(de)小孔以固定焊盤(pán)即可。
在回流曲線(xian)方面，我們采用産(chǎn)線實際生産用的(de)曲線，不做任🌈何💜更(geng)改，過爐後通過 x-ray 檢(jiǎn)測 看 QFN 元件空洞，如(ru)下圖所示，空洞率(lǜ)爲 3～6%，單個最大空洞(dòng)才 0.7%左右。
補充實驗(yàn) 5-----焊片是否可解決(jue) LGA 元件空洞?
由于 LGA 元(yuan)件焊盤同樣較大(dà)，在空洞方面也比(bi)較難控制⛱️，那麽焊(hàn)片是否可用于 LGA 降(jiang)低空 洞?如下圖所(suo)示，LGA 上共有 2 種不同(tong)尺寸的焊盤，58 個 2mm 直(zhí)徑的圓形焊盤和(hé) 76 個 1.6mm 直徑的圓形焊(han)盤，焊盤下同樣有(you)過孔。
使用錫膏回(hui)流，優化爐溫和鋼(gāng)網開孔，效果均不(bú)明顯，它的空洞率(lǜ)大概在 25～45%左右。如 下(xià)圖所示。
如何在 LGA 使(shǐ)用焊片呢?由于它(tā)的焊盤分别爲 2mm 和(he) 1.6mm 的圓🥵形，考慮到焊(han)片和 LGA 元件的固定(ding)問題，我們在鋼網(wǎng)開孔時，将圓形焊(hàn)盤開孔設計爲 4 個(ge)小的圓形開孔，焊(hàn)片尺寸 與焊盤比(bi)例爲 0.8，以保證焊盤(pan)的錫膏在固定焊(han)片的同時還能粘(zhān)住 LGA 元件。
如下圖所(suo)示，
對于實驗結果(guǒ)簡單描述下，在回(hui)流中我們不更改(gǎi)任何的💰回流溫度(du)設定，通過 X-ray 檢測空(kōng)洞 率大概在 6～14%
總結(jie)
對于大焊盤元件(jiàn)，例如 QFN 和 LGA 類元件，将(jiāng)焊盤切割成井字(zì)形🍓或切割㊙️成小塊(kuài)，有助于降 低較大(da)尺寸的空洞，因爲(wèi)增加通道有助于(yu)氣體的釋放。在回(hui)流❤️曲線方面，需要(yào)考慮不同錫膏 中(zhong)助焊劑揮發的溫(wēn)度，盡量在回流前(qian)将大部分的氣體(ti)揮發有助于降低(dī)較大尺寸的空洞(dong)，而使 用線性的回(huí)流曲線有助于減(jian)小空洞的數量。如(rú)果有過孔較🤟大的(de)狀态下，鋼網開孔(kong)和回流曲線 都無(wu)法降低空洞時，使(shi)用焊片可以快速(su)有效的降低空💘洞(dong)，這主♊要是因爲焊(hàn)片的助焊劑含量(liang)相 對于錫膏而言(yan)降低了 5 倍，錫膏中(zhong)的助焊劑含有溶(rong)劑☀️，松香，增稠劑等(deng)造成大量的揮發(fā)物在 高溫時容易(yi)形成較大的空洞(dong)，而焊片中的助焊(han)劑🐕成份🔴主要🔞由松(song)香組成，不含溶劑(jì)等物質，所 以有效(xiao)地降低了空洞。
