QFN返修工藝技術

阮洋 陳祥

摘 要：近幾年，隨著QFN封裝的快速發展與大量應用，隨之而來的是器件的返修，器件體積小、質量輕，對返修溫度敏感性大，其周邊器件排布密集，容易因高溫使可靠性受到影響，對于返修溫度曲線提出了更高的要求，同時QFN器件的潮濕敏感性提出了對印制板器件的烘烤需求，拆焊后焊盤殘留物的清理要注意吸錫帶和烙鐵頭的選用等。對于上述問題給出了解決方案，針于QFN的返修工藝技術進行了全面的闡述。

關鍵詞：QFN；返修；溫度曲線；焊膏印刷；

一、引言

QFN（四面扁平無引腳封裝）是一種焊盤尺寸小且體積小的塑封，表面貼裝芯片封裝，呈正方形或矩形，封裝底部具有與底面水平的焊盤，在中央有一個面積焊盤裸露用來導熱，圍繞大焊盤的封裝外圍有實現電氣連接的導電焊盤，由于其具有良好的電熱性能、體積小和質量輕，其應用越來越廣泛，相應地其返修工藝技術也引起了電子制造業的重視。

QFN有以下特點：

（1）表面貼裝封裝；（2）無引腳焊盤設計占有最小的PCB面積；（3）非常薄的元件，可以滿足對空間有嚴格要求的應用；（4）非常低的阻抗；可以滿足高速或者微波的應用；（5）具有優異的熱性能；（6）質量輕，適合便攜式應用。

對QFN的返修，因焊接點完全處在元件封裝的底部，橋接、開路、錫球等任何缺陷都需要將元件拆移，其返修過程與BGA（球柵陣列封裝）的返修相似。由于QFN的以上特點，它的返修有一定難度：

（1）元件輕小，易被熱風吹偏位；（2）PCB上的元件排布密度大，QFN周圍會排布較多的微小阻容元件，狹小的空間很難進行返修錫膏的印刷；（3）高密度的元件排布使得被返修器件周圍的元器件容易受到高溫干擾，易導致焊點重熔或焊點結構惡化，從而降低可靠性；（4）薄小的尺寸使得溫度傳導快，內部芯片容易溫度過高而受損，在受潮的情況下易產生爆米花現象；（5）如果加熱速度過快會導致元器件曲翹變形；（6）如果PCB的預熱不充分會導致PCB的分層和變形。

二、QFN返修工藝流程

QFN的返修需要經過以下流程：

對印制板進行烘烤→設置返修溫度曲線→加熱→拆卸需要更換的元器件→除去焊盤上剩余的焊料并清洗→焊膏印刷→貼片→設置焊接曲線→加熱焊接→檢測。

三、QFN芯片返修技術要求

1、QFN器件的烘烤處理

返修前要對印制板進行烘烤。因為有些潮濕敏感器件，如果沒有烘就進行返修的拆焊和焊接過程，印制板或QFN器件將會因吸潮而在加熱焊接中出現器件的內部損傷而失效，也就失去了重新利用的價值。

2、QFN返修焊接溫度設置

在返修臺上根據不同類型的印制板設置出QFN拆卸的溫度曲線，升溫速率不宜超過3℃/S，確保PCB的安全，由于芯片尺寸和PCB結構不同，相鄰元件不同，對不同的單板以及QFN器件應做不同的溫度曲線。

3、QFN器件拆除

為保證較高的返修質量，QFN的拆除和重新焊接都應該使用BGA返修臺。在拆卸時返修臺的底部加熱器主要起到PCB底部低溫加熱作用，真起到高溫拆卸的是頂部的拆卸頭。QFN器件本身的微型化特點使得其PCB設計為高密度型，拆卸頭在返修中與PCB之間僅有微小間隙，高溫熱風會吹到返修區之外，使周邊元器件受到熱影響，乃至焊點被重熔。這樣會降低這些元器件的可靠性或者導致新的缺陷產生。因此在拆卸和重新焊接器件時都需要將待返修QFN器件周圍10mm以內的元器件進行熱屏蔽。

一般的熱屏蔽方法是用高溫膠帶或其他隔熱材料覆蓋，使焊點不被重熔。

4、PCB焊盤以及QFN焊盤的清理

QFN拆除后，應對PCB焊盤進行清潔，主要是將拆除芯片后留在PCB表面的焊料清理干凈。利用吸錫帶可把焊盤上殘留的焊錫清除掉，保證焊盤的平整度，注意烙鐵頭溫度超過330℃，不允許刮擦，同時如果QFN器件需要重新使用，則要用同樣方法對拆卸下的QFN進行殘留焊料的清理。這樣的操作對于經驗和技巧性的要求較高，需要有經驗的人員操作，如果操作不當會引起PCB上焊盤的脫落、走線脫落或者QFN器件的熱損傷。

在焊盤表面的焊料去除后需要用無水乙醇將焊盤上殘留的助焊劑清洗干凈，操作中需要注意不要過大面積地擦拭，以避免殘留助焊劑隨乙醇流到周邊器件處引起焊點污染。

5、在器件焊盤上印刷焊膏

由于QFN器件所在PCB為高密度型，使得QFN拆卸后在PCB上留下的可以進行焊膏印刷的空間很小，一般情況下在這個小面積上保證焊膏印刷質量很難。然而如果換一個角度，則問題迎刃而解，即將焊膏印刷在QFN器件的焊盤上，而非PCB的焊盤上。返修用的焊膏印刷模板可以是印制板的對應的模板，也可以是與之相同器件的模板。

6、QFN器件貼放在PCB上焊接并檢測QFN器件

由于QFN器件重量很輕，在回流焊過程中的自對中能力很強，所以對貼裝精度要求不是很高。用于貼裝的返修臺應該可以進行平移和旋轉方向精細調整，并借助50～100倍的光學成像系統，幫助進行器件對準。貼裝完成后，使用與初次生產時同樣的溫度曲線重新進行回流焊接。同樣要注意周邊元器件的熱屏蔽。QFN器件返修后還需要進行檢測，X-ray對焊點的橋連和空洞能檢測出來，以判定返修是否合格。

四、結束語

QFN器件由于其特有的優越性能，已在電子產品中被廣泛的推廣和應用，但其微型引線框架無引腳封裝特點，給返修也帶來了一定的難度，返修過程中需要針對器件特點進行返修溫度曲線的精確設定，并對周邊元器件進行必要的熱屏蔽.對于需重用的QFN要依據標準進行烘烤以免吸潮的器件在返修加熱中受損失效，焊盤殘留物的清理方面要注意吸錫帶和烙鐵頭尺寸的正確選擇；返修中焊膏印刷模板的選擇與應用，以達到高的印刷質量。只要經過精心的設計和細致的工作， QFN的高返修成功率和可靠性就能得到保證。

參考文獻：

[1]鄭冠群： QFN返修工藝技術電子工藝技術， 2009， 09 261- 263.

[2]程明生，陳該青，蔣健乾等.微波QFN芯片的SMT技術研究[J].電子工藝技術