QFN返修工艺技术

阮洋 陈祥

摘 要：近几年，隨着QFN封装的快速发展与大量应用，随之而来的是器件的返修，器件体积小、质量轻，对返修温度敏感性大，其周边器件排布密集，容易因高温使可靠性受到影响，对于返修温度曲线提出了更高的要求，同时QFN器件的潮湿敏感性提出了对印制板器件的烘烤需求，拆焊后焊盘残留物的清理要注意吸锡带和烙铁头的选用等。对于上述问题给出了解决方案，针于QFN的返修工艺技术进行了全面的阐述。

关键词：QFN；返修；温度曲线；焊膏印刷；

一、引言

QFN（四面扁平无引脚封装）是一种焊盘尺寸小且体积小的塑封，表面贴装芯片封装，呈正方形或矩形，封装底部具有与底面水平的焊盘，在中央有一个面积焊盘裸露用来导热，围绕大焊盘的封装外围有实现电气连接的导电焊盘，由于其具有良好的电热性能、体积小和质量轻，其应用越来越广泛，相应地其返修工艺技术也引起了电子制造业的重视。

QFN有以下特点：

（1）表面贴装封装；（2）无引脚焊盘设计占有最小的PCB面积；（3）非常薄的元件，可以满足对空间有严格要求的应用；（4）非常低的阻抗；可以满足高速或者微波的应用；（5）具有优异的热性能；（6）质量轻，适合便携式应用。

对QFN的返修，因焊接点完全处在元件封装的底部，桥接、开路、锡球等任何缺陷都需要将元件拆移，其返修过程与BGA（球栅阵列封装）的返修相似。由于QFN的以上特点，它的返修有一定难度：

（1）元件轻小，易被热风吹偏位；（2）PCB上的元件排布密度大，QFN周围会排布较多的微小阻容元件，狭小的空间很难进行返修锡膏的印刷；（3）高密度的元件排布使得被返修器件周围的元器件容易受到高温干扰，易导致焊点重熔或焊点结构恶化，从而降低可靠性；（4）薄小的尺寸使得温度传导快，内部芯片容易温度过高而受损，在受潮的情况下易产生爆米花现象；（5）如果加热速度过快会导致元器件曲翘变形；（6）如果PCB的预热不充分会导致PCB的分层和变形。

二、QFN返修工艺流程

QFN的返修需要经过以下流程：

对印制板进行烘烤→设置返修温度曲线→加热→拆卸需要更换的元器件→除去焊盘上剩余的焊料并清洗→焊膏印刷→贴片→设置焊接曲线→加热焊接→检测。

三、QFN芯片返修技术要求

1、QFN器件的烘烤处理

返修前要对印制板进行烘烤。因为有些潮湿敏感器件，如果没有烘就进行返修的拆焊和焊接过程，印制板或QFN器件将会因吸潮而在加热焊接中出现器件的内部损伤而失效，也就失去了重新利用的价值。

2、QFN返修焊接温度设置

在返修台上根据不同类型的印制板设置出QFN拆卸的温度曲线，升温速率不宜超过3℃/S，确保PCB的安全，由于芯片尺寸和PCB结构不同，相邻元件不同，对不同的单板以及QFN器件应做不同的温度曲线。

3、QFN器件拆除

为保证较高的返修质量，QFN的拆除和重新焊接都应该使用BGA返修台。在拆卸时返修台的底部加热器主要起到PCB底部低温加热作用，真起到高温拆卸的是顶部的拆卸头。QFN器件本身的微型化特点使得其PCB设计为高密度型，拆卸头在返修中与PCB之间仅有微小间隙，高温热风会吹到返修区之外，使周边元器件受到热影响，乃至焊点被重熔。这样会降低这些元器件的可靠性或者导致新的缺陷产生。因此在拆卸和重新焊接器件时都需要将待返修QFN器件周围10mm以内的元器件进行热屏蔽。

一般的热屏蔽方法是用高温胶带或其他隔热材料覆盖，使焊点不被重熔。

4、PCB焊盘以及QFN焊盘的清理

QFN拆除后，应对PCB焊盘进行清洁，主要是将拆除芯片后留在PCB表面的焊料清理干净。利用吸锡带可把焊盘上残留的焊锡清除掉，保证焊盘的平整度，注意烙铁头温度超过330℃，不允许刮擦，同时如果QFN器件需要重新使用，则要用同样方法对拆卸下的QFN进行残留焊料的清理。这样的操作对于经验和技巧性的要求较高，需要有经验的人员操作，如果操作不当会引起PCB上焊盘的脱落、走线脱落或者QFN器件的热损伤。

在焊盘表面的焊料去除后需要用无水乙醇将焊盘上残留的助焊剂清洗干净，操作中需要注意不要过大面积地擦拭，以避免残留助焊剂随乙醇流到周边器件处引起焊点污染。

5、在器件焊盘上印刷焊膏

由于QFN器件所在PCB为高密度型，使得QFN拆卸后在PCB上留下的可以进行焊膏印刷的空间很小，一般情况下在这个小面积上保证焊膏印刷质量很难。然而如果换一个角度，则问题迎刃而解，即将焊膏印刷在QFN器件的焊盘上，而非PCB的焊盘上。返修用的焊膏印刷模板可以是印制板的对应的模板，也可以是与之相同器件的模板。

6、QFN器件贴放在PCB上焊接并检测QFN器件

由于QFN器件重量很轻，在回流焊过程中的自对中能力很强，所以对贴装精度要求不是很高。用于贴装的返修台应该可以进行平移和旋转方向精细调整，并借助50～100倍的光学成像系统，帮助进行器件对准。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。同样要注意周边元器件的热屏蔽。QFN器件返修后还需要进行检测，X-ray对焊点的桥连和空洞能检测出来，以判定返修是否合格。

四、结束语

QFN器件由于其特有的优越性能，已在电子产品中被广泛的推广和应用，但其微型引线框架无引脚封装特点，给返修也带来了一定的难度，返修过程中需要针对器件特点进行返修温度曲线的精确设定，并对周边元器件进行必要的热屏蔽.对于需重用的QFN要依据标准进行烘烤以免吸潮的器件在返修加热中受损失效，焊盘残留物的清理方面要注意吸锡带和烙铁头尺寸的正确选择；返修中焊膏印刷模板的选择与应用，以达到高的印刷质量。只要经过精心的设计和细致的工作， QFN的高返修成功率和可靠性就能得到保证。

参考文献：

[1]郑冠群： QFN返修工艺技术电子工艺技术， 2009， 09 261- 263.

[2]程明生，陈该青，蒋健乾等.微波QFN芯片的SMT技术研究[J].电子工艺技术