QFN封裝的焊接品質

QFN (Quad Flat No leads，四方平面無引腳封裝)目前有越來越普遍的趨勢，它的優點是體積小，足以媲美 CSP (Chip Scale Package)，而且成本也便宜，生產良率高，還能為高速和電源管理電路提供更佳的共面性以及散熱能力等優點。此外，QFN封裝不必從兩側引出接腳，因此電氣效能更勝引線封裝必須從側面引出多隻接腳的SO等傳統封裝。

盡管 QFN 有這麼多的優點，但它卻給電路板組裝廠帶來不少的焊接品質衝擊，因為 QFN 為無引腳設計，一般很難從其外觀的焊錫點來判斷其焊錫性是否良好，雖然 QFN 的封裝側面仍留有焊腳，但幾乎都是 Leaf frame(導線架)的切斷面，並無電鍍處理，所以很難吃錫。

▲▼ QFN 的側面焊腳為導線架(lead frame)的切斷面，並無墊鍍層。

QFN 吃錫標準

在 IPC-A-610D, Section 8.2.13 Plastic Quad Flat Pack No Leads (PQFN) 的規範中，並未定義 QFN 側邊吃錫一定要有平滑的凹形曲線。

There are some package configurations that have no toe exposed or do not have a continuous solderable surface on the exposed toe on the exterior of the package and a toe fillet will not form.

事實上 QFN 真正的吃錫部份應該是在底部邊框的焊腳與正底部的散熱片，底部焊腳有點像 BGA，所以應該可以參考 IPC-A-610D, Section 8.2.12 Plastic BGA 的標準。

▼ QFN側邊焊腳吃錫不好，但電氣特性仍然良好。

▼ QFN側邊焊腳吃錫良好。
      

QFN 焊錫性檢查及測試

就如同 BGA 的焊錫檢查標準，目前 QFN 的焊錫檢查除了用電測 (In-Circuit-Test 、 Function Test) 來偵測其功能之外，一般也會佐以光學儀器或 X-ray 來檢查焊錫的開、短路不良現象。老實說 X-Ray 的等級不夠好的話，還真的不是很容易檢查出來 QFN 的焊錫問題。如果無論如何還是找出焊錫性的問題，最後只好使用切片(Micro-section)或 滲透染紅試驗(Red Dye Penetration Test)等破壞性實驗來檢查。

▼這張圖片來自網路，使用 X-Ray 檢查 QFN 焊錫。

▼這張圖片來自網路，使用 X-Ray 檢查 QFN 焊錫，疑似焊接不良。
 

QFN 空焊的可能解決方法

QFN 空焊時應該先澄清是否為零件氧化問題，可以把零件拿去作一下沾錫性實驗以作確認，再來要判斷是否有固定焊腳空焊，一般接地腳比較容易產生空焊，可以考慮變更電路板的佈線設計，在電路板的線路(trace)上增加熱阻以減少焊腳直接接地的面積，這樣可以延緩熱量散失的速度。

也可以試著調整爐溫(reflow profile)，或改為斜升式迴流焊曲線(slumping type)以減少錫膏在預熱時吸收過多的熱量。

曾經發現 QFN 底部中間的接地焊墊上的錫膏印刷過多，過迴流焊時造成零件浮起的空焊，另外也要留意將 QFN 底部中間的接地焊墊印刷成「田」字型會比整片印刷要來得好，過迴流焊時也較不會因錫膏全部熔融成一團而造成零件浮動的情形。

另外電路板的焊墊上盡量不要有通孔(vias)，中間散熱接地墊上的通孔(vias)也要盡量塞孔，否則容易影響焊錫量及氣泡的產生，嚴重的還可能導至焊接不良。

▲ 通孔(vias)塞孔

加「氮氣」是否可以有效增加 QFN 的良率？我只能說見仁見智，氮氣是可以防止零件氧化，但能否焊上 QFN 的側面焊腳，還是有待觀察，況且加氮氣會增加成本，還是擺在最後再考慮就好了。

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以上是個人對 QFN 的瞭解與看法，如有不同意見、看法，歡迎留言討論…

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