影响QFN器件焊接质量的因素分析

杨卫利

摘 要：QFN器件在电子产品当中的应用非常广泛，规格体积比较小，重量比较轻，散热与电和热性能水平优良。但是QFN器件在与其他结构进行焊接时，需要应用印刷焊膏工艺来进行有效的连接，焊接的质量会受到多样化因素的影响。因而本文对影响QFN器件焊接质量的因素展开研究，先对QFN器件焊接的基本特征进行阐述，然后对其焊接质量影响因素展开分析。

关键词：QFN器件;焊接质量;影响因素

引言：QFN器件在进行焊接时，需要将器件底部的焊端与印制板焊点进行焊接，才能够让器件与PCB焊盘电气与机械结构进行焊接，焊接的质量无法从焊接区域的表征现象进行准确判断，因而对于质量检测与维修造成了阻碍。在进行实际焊接工艺应用时，需要对焊接质量影响因素加以明确和优化控制，从而保证焊接质量。

1  QFN器件焊接的基本特征

QFN器件的结构形状分为两种：正方形和矩形，在QFN器件的封装元件底端区域，没有设置相应的焊料球，而是设置了裸露状态的焊盘，焊盘的主要功效就是散热，然后在焊盘四个边的位置设置了用于电气连接的导电焊盘。整体QFN器件的规格和重量都比较小，性能运行水平能够充分满足相应电子产品的设计需求，在QFN器件应用当中焊接质量的保障非常重要，在后期使用当中焊接点的质量检测与返修都具有一定的难度，在进行焊接时就对质量控制与强化有更高的要求，而焊接质量的影响因素也比较多，需要对各项影响因素的特点进行掌握，保证焊接操作的规范性。

2  QFN器件焊接质量的主要影响因素

2.1  器件的设计

2.1.1  QFN印制板结构的设计

QFN器件是通过钢模板印刷焊膏到印制焊盘上，将器件底部的焊端与印制板焊盘结构进行连接，成为一个完整的结构体，QFN器件的状态为扁平，钢网漏印的焊膏量也比较少，在实际焊接的过程中印制板结构发生变形的概率比较大，就会直接影响焊接的质量，当印制板在回流焊期间发生规模比较大的变形时，QFN器件焊点结构无法保持良好稳定的状态。实际上印制板结构在设计期间，导线的分布均匀性无法保持完美的状态，这就导致印制板局部结构的吸热水平会存在一定的差异，导线密度比较大的区域在焊接的过程中，热量的吸收水平就比较高，导线密度水平与热量吸收效果成正比变化关系。由于印制板结构的热量吸收效果不均衡，就会引起变形。针对变形问题，需要对印制板结构当中的QFN器件分布进行优化处理，也就是在按照零件设计要求进行的同时，对印制板热容量的均匀性进行强化，QFN器件周围区域的导线不能过密，也不能设置大面积接地。

2.1.2  QFN焊盘结构的设计

QFN器件的设计也在不断的优化创新，其中的封装引脚装置之间的距离有了明显的缩短，最小的间距值能够达到0.4毫米的水平，器件焊端的排列数量也在逐渐增多，印制板焊盘结构的规格也愈加的轻小化[1]。而QFN器件封装引脚之间的距离变小情况下，在焊接的过程中短路问题就比较多发，影响了焊接的质量。在器件结构当中贴片与PCB板之间贴合比较紧密，焊接期间焊板的焊膏经过挤压会出现两个邻近的焊盘形成焊锡桥情况。针对QFN器件焊接桥连问题的规避，需要对QFN焊盘结构设计当中的焊板间距充足性进行保证，在相邻的焊盘之间印刷一层阻焊油墨，防止焊盘之间熔融焊料相互连接，从而避免短路的情况发生，保证焊接结构运行的安全。

另外，QFN散热焊盘在焊接期间也容易发生焊接空洞情况，空洞问题的形成主要是由于QFN封装贴片与封装体之间处于密封衔接的状态，并且与PCB板面之间的间隙非常微小，焊接操作期间助焊剂会产生一定量的气体，这部分气体无法及时的排出，从而引发空洞。因而在实际焊接操作过程中，需要为焊助剂产生的气体排出设置相应的通道，让其能够及时的排出。同时，若是接地焊盘的总面积值大于芯片热焊盘总面积的十分之七，那么就可以将PCB板结构上的散热焊盘设计成网格井字的形状，这样一来各个接地焊盘结构之间，能够实现良好的阻焊效果，在实际焊接的过程中，助焊剂产生的气体就能够通过阻焊通道进行排除，从而改善焊点空洞的情况。

2.2  印制电路板的质量

2.2.1  印制电路板镀层性能

印制电路板的焊盘材质为铜材料，铜材质与空气进行直接接触时，会发生氧化反应，对材料性能产生影响，因而通常在焊盘表面会设置一层镀层，以此保证焊盘可焊性水平达到良好的标准。PCB焊盘可焊性是QFN器件焊接质量的主要影响因素，若是可焊性不良的情况下，在实际焊接期间会出现虚焊问题，而印制板焊盘的可焊性能与镀层类型有直接关联。各类镀层结构当中，锡铅合金镀层的可焊性水平比较高，具备良好的耐氧化性能，镀层的化学物质与焊料之间具有一致性的特点，在焊接的过程中不会出现虚焊的情况，基于此可以加大锡铅合金镀層应用的推广力度，强化印制电路板焊盘的可焊性。

2.2.2  焊盘清洁度与氧化程度

印制板焊盘结构表面是否保持干净整洁以及是否存在氧化情况，都会对QFN器件焊接质量产生影响，若是清洁度不良表面存在污染物质，会导致焊接结构之间的结合效果不良，若是焊盘结构表面被氧化，会导致焊盘结构材料性能被破坏。在焊盘装置储存期间，若是没有按照相应规范进行处理，元器件直接与空气进行接触，经过一段时间之后表面就会被氧。在进行焊接时若是应用助焊剂也不能将氧化膜彻底清理掉的话，焊盘的可焊性就会下降，焊接质量就会受到严重的影响。在实际印制板生产检验完成之后，需要将其进行密封包装，然后放置在温度为（23±5）℃，相对湿度小于75%的环境当中，在印制板包装打开之后，需要在7天之内完成装置的焊接[2]。

2.3  QFN器件焊端被氧化

QFN器件的焊端外表应该呈现光亮的状态，而当焊端被氧化的情况下，结构表面的颜色会发生明显的变化，出现暗淡、发黑的情况，被氧化之后焊端表面会形成一层氧化膜，降低焊料与器件焊端之间的焊接结合效果，连接状态不稳定，形成虚焊问题。在QFN器件生产期间，封装处理或者存放不规范的情况下，被氧化的问题就非常容易发生，从而导致焊接质量受到阻碍影响。针对这一问题，需要在QFN器件生产期间，对包装密封性进行强化，对储存和使用时间进行规范科学的管控。

2.4  QFN器件受潮

QFN器件若是出现受潮的情况，在焊接的过程中就会出现封装开裂和内部芯片界面分层的问题，还有可能导致元件出现膨胀、爆裂的情况。在QFN器件应用期间，受潮发生的概率比较大，当空气温度水平提高的情况下，器件封装内部的水分会产生气化的现象，之后水分体积会逐渐膨胀，导致封装内部与外部形成压力差，导致结构出现开裂、分层、键合金丝断开、引线损伤等问题。针对这些情况，需要在生产出厂之前对内部结构情况进行检查，是否存在损伤，然后按照相应的规范要求将QFN器件进行真空包装，按照规范进行储存。

结束语：在实际QFN器件焊接加工期间，影响其质量的因素比较纷杂，需要对各项影响因素进行全面的管控，采取针对性措施，对质量影响因素进行防控，以促进QFN器件焊接可靠性的提升，防止器件焊接质量不达标而影响器件运行的水平。

参考文献：

[1]刘鹤云，李雪.某QFN器件装联问题分析及质量控制[J].电子工艺技术，2019，40（06）：359-363.

[2]郑佳华，梅聪，张龙，等.QFN器件焊接质量及可靠性改善方法的研究[J].电子产品可靠性与环境试验，2018，36（06）：28-35.

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