_QFN空洞解决方案
新型功率器件焊接空洞的探析及解决方案
• 134•微电子焊料是电子产品组装过程中不可或缺的重要组成部分，它能够将器件的各部分有效地连接在一起。
随着5G 时代的到来，电子技术向着高功率、高密度和集成化的方向发展，对于大功率器件的封装如IGBT 、MOS 、大功率LED 等，也相应地对焊接材料提出了更高的、更全面的可靠性需求。
1 几类功率器件封装的现状IGBT ，一种功率半导体，它是能源转换与传输的核心器件，是电力装备的CPU 。
采用IGBT 进行功率转换，能够提高用电效率和质量，具有高效节能和绿色环保的特点，其应用领域有工业领域（如变频器/逆变器），家用电器领域（如变频空调、洗衣机等），轨道交通领域（如动车、轻轨、地铁等），新能源领域（如新能源汽车、风力发电），医学领域（如医疗稳压电源），军工航可见，为更好的降低空洞，保证稳定的低空洞是IGBT 模块封装的迫切诉求。
IGBT 的焊接工艺区别于传统的回流焊，它采用真空共晶炉+氮气+氢气（还原），也有采用真空回流炉+氮气+甲酸（还原）。
一般情况，高洁净焊片可满足较高空洞要求，但采用锡膏焊接新能源领域的模块时，空洞率很难稳定在1.5%以下，另外，用户端经常遇到的问题之一，即焊层厚度不均匀，这可能的原因是焊料熔化时润湿铺展的先后时间导致。
汽车电子应用的功率器件MOS ，其底部有个散热焊盘，焊接空洞的大小直接影响其散热，直接导致发热以及应力的产生；对于大功率LED ，如果不能保证其良好的散热通道，直接导致LED 灯珠的死灯，光衰等问题。
所以，所谓的解决散热，最核心的就是极大可能地降低焊接空洞。
新型功率器件焊接空洞的探析及解决方案深圳市唯特偶新材料股份有限公司 李维俊 段佐芳深圳职业技术学院 林 峰 赵 宁深圳瑞欧光技术有限公司 刘乐华深圳大学 张培新 王艳宜图1 IGBT焊接结构图天领域（如飞机、舰艇），可以说，当代社会IGBT 无处不在。
整个IGBT 模块中，最重要问题之一就是散热，因此迫切需要良好的热管理方案，比如DBC 陶瓷覆铜板，其材料涉及氧化铝、氮化硅等，还有更多的新型材料在开发中，这些材料都是为了更好地服务于模块的热传导和电传导性能，所以焊接材料显得尤为关键。
BGA、QFN、CSP器件焊点空洞分析
BGA、QFN、CSP器件焊点空洞分析在SMT生产中，BGA、QFN、CSP等无引脚的元器件，在进行焊接时，无论是回流焊接还是波峰焊接，无论是有铅制程还是无铅制程，冷却之后都难免会出现一些在所难免的空洞（气泡）现象的产生。
焊点内部发生空洞的主要成因是FLUX中的有机物经过高温裂解后产生的气泡无法及时逸出。
在回流区FLUX已经被消耗殆尽，锡膏的粘度发生了较大的变化，此时锡膏之中的FLUX发生裂解，导致高温裂解后的气泡无法及时的逸出，被包围在锡球中，冷却后就形成空洞现象。
目前，一般使用X-Ray设备进行检查空洞的面积，通过X-Ray都可以看到焊球的空洞分布状况。
只要有些器件空洞所占面积的比例不是很大，常常认为是符合接受标准标准（如IPC-A-610D 8.2.12.4），因此在检验时没有引起足够的重视。
在众多的空洞现象中发现，产生空洞现象与焊料本身的表面张力有着直接的联系。
锡膏的表面张力越大，高温裂解的气泡越难逸出焊料球，气泡被团团包围在锡球之中（无铅焊料的表面张力达到4.60×10-3 N/260 ℃）,表面张力越小，高温裂解后的气泡就很容易逃出焊料球，被锡球团团包围的机率就相当小（有铅焊料的表面张力达到3。
80×10-3 N / 260 ℃,Sn63-Pb37，m.p为183 ℃）。
已经陷入高温裂解的气泡，在有铅焊料密度较大（约8.44 g/cm3）的情况之下，焊料中的合金在相互挤压下，有机物就会向外面逃脱，所以有机物残留在焊点中的机率是相当小的，但是无铅就完全不一样了。
比重不但比有铅小，而且无铅的表面张力又比有铅高出很多，同时熔点又比有铅高出34 ℃之多（Sn63-Pb37,熔点为183 ℃，SAC305熔点约为217 ℃），在种种环境不利的情况下，无铅焊料中的有机物就很难从焊球中分解出来，有机物常常被包围在焊球中，冷却后就会形成空洞现象。
从焊点的可靠度来讲，空洞现象会给焊点带来不可估计的风险，同时空洞现象比较严重的话，还影响焊点的电气连接，影响电路的畅通。
QFN与BGA生产注意事项
元件焊接注意事项
焊接温度
BGA焊接温度应根据焊锡膏的特性进行选择，通常为230-250℃， 并确保温度均匀分布。
焊接时间
焊接时间不宜过长，以免造成元件损坏或热损伤，通常为3-5秒。
焊锡量
焊锡量要适中，过多或过少都会影响焊接质量，应控制焊锡量在合 适的范围内。
元件放置与固定
元件放置
BGA元件应按照设计要求放置在 PCB上，确保位置准确，避免错 位和偏移。
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QFN生产注意事项
生产环境要求
01
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温度控制
QFN器件对温度较为敏感， 生产车间应保持恒温，避 免温度波动影响焊接质量。
湿度调节
保持适当的湿度，以防止 静电和灰尘对生产造成不 良影响。
洁净度要求
生产环境应保持洁净，减 少尘埃和污染物对QFN器 件的污染。
元件焊接注意事项
选择合适的焊料
元件固定
采用合适的固定方式，如通过钢 网或吸嘴将元件放置在PCB上， 并确保元件与PCB紧密贴合，防 止元件脱落或移位。
焊接质量检测
外观检查
通过目视或显微镜检查焊接外观，检查 是否存在虚焊、冷焊、气孔等焊接缺陷。
X光检测
通过X光检测技术对焊接内部进行检 测，检查是否存在焊接不良、焊锡填
充不足等问题。
防止元件损坏
元件损坏原因
在生产过程中，由于操作不当、材料 缺陷等原因可能导致QFN与BGA元件 损坏。
预防措施
加强来料检验，确保材料质量合格； 规范操作流程，确保生产过程中不发 生碰撞、划伤等情况；定期检查设备， 确保设备运行正常。
05
QFN与BGA差异注意事项
QFN特殊要求
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封装尺寸
真空回流焊工艺实践
真空回流焊⼯艺实践1空洞率对产品可靠性的影响随着电⼦产品的功能不断增强，印制电路板的集成度越来越⾼，器件的单位功率也越来越⼤，特别是在通信、汽车、轨道交通、光伏、军事、航空航天等领域，⼤功率晶体管、射频电源、LED、IGBT、MOSFET 等器件的应⽤越来越多，这些元器件的封装形式通常为 BGA、QFN、LGA、CSP、TO 封装等，其共同的特点是器件功耗⼤，对散热性能要求⾼，⽽散热焊盘的空洞率会直接影响产品的可靠性。
贴⽚器件在回流焊接之后，焊点⾥通常都会残留有部分空洞，焊点⾯积越⼤，空洞的⾯积也会越⼤；其原因是由于在熔融的焊料冷却凝固时，焊料中产⽣的⽓体没有逃逸出去，⽽被“冻结”下来形成空洞。
影响空洞产⽣的因素是多⽅⾯的，与焊膏选择、器件封装形式、焊盘设计、 PCB 焊盘表⾯处理⽅式、⽹板开孔⽅式、回流曲线设置等都有关系。
由于受到空洞的影响，焊点的机械强度会下降，⽽且热阻增⼤，电流通路减⼩，会影响焊点的导热和导电性能，从⽽降低器件的电⽓可靠性。
研究表明，电⼦产品失效约有 60% 的原因是由温度升⾼造成的，并且器件的失效率随温度的升⾼呈指数趋势增长，温度每升⾼ 10℃失效率将提⾼⼀倍。
在 IPC-A-610、IPC7095、IPC7093 等规范中，对于 BGA、BTC 类封装器件的焊点空洞进⾏了详细描述，对于可塌落焊球的 BGA 类器件，规定空洞率标准为 30%，⽽其它情况均没有明确标准，需要制造⼚家与客户协商确定；对于⼤功率器件的接地焊盘，⼀些⾼可靠性产品的⽤户对空洞率的要求往往会⾼于⾏业标准，进⼀步降低到10%，乃⾄更低。
因此，对于如何减少此类 SMT 器件焊点中的空洞，是提升产品质量与可靠性的关键问题之⼀。
⾏业内⽬前有多种解决⽅案，如采⽤低空洞率焊膏、优化 PCB 焊盘设计、采⽤点阵式⽹板开孔、在氮⽓环境下焊接、使⽤预成型焊⽚，等等，但最终的效果并不不是很理想，针对⼤⾯积接地焊盘，但很难将空洞率稳定控制在 10% 以下。
电子元器件QFN焊点失效分析和改进措施
电子元器件QFN焊点失效分析和改进措施摘要QFN器件性能卓越，在电子电路中为核心器件，则其焊点可靠性直接关系到整个产品的性能。
本文重点分析了QFN器件的焊点失效模式及其原因，并在设计和工艺上提出了改善措施。
关键词来料不良；设计缺陷；焊点开裂；空洞；QFN全称为Quad Flat No-leads Package,该封装元器件具有体积小、重量轻、优越的电性能及散热性能等优点，在电子行业军民用领域中均得到广泛应用。
由于QFN器件引脚众多，一旦某个引脚焊点失效，将直接影响整个电路的性能，因此对QFN器件焊点失效分析和改进措施研究显得尤为重要。
1 QFN器件简述一般QFN有正方形外形和矩形两种常见外形。
电极触点中心距常见的有1.27mm、0.65mm、0.5mm。
QFN器件是一种无引脚封装，它有利于降低引脚间的自感应系数，其封装底部中央位置有一个大面积裸露焊盘用来导热，围绕大焊盘的封装外围四周有实现电气连接的导电引脚。
QFN引脚也称为可焊端，按可焊端分类可分为两种：连续性可焊端和非连续性可焊端。
连续性可焊端的QFN，底部引脚与侧面引脚均进行了镀锡处理。
非连续性可焊端的QFN，底部引脚镀锡处理但是侧面引脚未进行镀锡处理，底部焊脚为主要焊接面，侧边焊点主要起到辅助加固及方便目视检查的作用。
非连续性可焊端的QFN器件制造过程为：成品圆片→划片→装片→焊线→塑封固体→电镀→贴膜→切割→去膜本体分离→测试印字编带→包装标签入库。
IPC标准中要求QFN底部焊盘焊锡浸润良好，无短路空洞现象，对侧面焊点爬锡高度没有明确要求，但在军用产品和适用IPC三级标准产品里面，无论哪种QFN器件，不仅要求底部焊盘焊点浸润良好，无短路空洞现象，对侧面引脚焊锡应满足100%爬锡，只有这样才能让产品获得高稳定高可靠的电气性能和机械性能。
2 QFN器件焊点失效分析影响QFN器件焊点失效现象大致归类可分为：器件本身失效、焊点开裂、焊点空洞、锡少、引脚短路、引脚不上锡。
QFN热沉焊盘空洞形成机理与解决措施
Ｆ ｏ ｒ ｍｉ ｎ ｇ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ ａ ｎ ｄ Ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ Ｖ ｏ ｉ ｄ ｏ ｎ Ｑ Ｆ Ｎ Ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ Ｐ ａ ｄ
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路板 ）表 面处理 、元件 焊端表 面处理 的 多元 化 ，出现 了兼容性 问题 ；第三 ，超大超薄Ｉ 汀Ｃ（ Ｂ ｔ ｔ Ｔ。 Ⅲ１ ｉ 。 １ ｌ
Ｃ ｏ ｎ １ ｐ ｏ ｔ ｒ ｅ ｎ ｔ ，底部焊端元 器件 ）类封装的动 态变形 对组装质量的影响越 来越 大 这 些都导致新的焊接 问题 、新
ｍ ｅａＳＵｒ ｅｓ．
Ｋｅ ｙ Ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ＱＦ Ｎ； ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ Ｉ ｐ ａ ｄ ； ｖ ｏ ｉ ｄ ； ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ａ ｓ ｓ ｅ ｍｂ ｌ ｙ
Ｄ ｏ ｃ ｕ ｍｅ ｎ ｔ Ｃ ｏ ｄ ｅ ： Ａ Ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ Ｉ Ｄ ： １ ０ ０ １ ． ３ ４ ７ ４ （ ２ ０ １ ７ ） ０ １ ． ０ ０ ６ ０ ． ０ ３
的焊接 不 良现 象 、新 的组装 失效模式 本－ ｌ ｆ ｊ 特邀 《 Ｓ ＭＴ 核心工 艺解析与案例 分析 》作 者、中兴通讯 首席 工艺专
家贾忠 中对电子组装技 术 中出现的 最新 焊接 工艺 问题进行深度解 析 ２ ｛ ） １ ７ 年拟推 出６ 个专题 ，分ｆ １ 期刊载 ，敬请
波峰焊焊接空洞问题的分析与解决对策
波峰焊焊接空洞问题的分析与解决对策摘要：本文主要通过对现阶段波峰焊焊接空洞问题进行分析，来探讨解决波峰焊焊接空洞问题的有效措施，以加强对波峰焊焊接工作的研究，统计实际生产过程中出现的焊接不良率，以针对性措施来提高波峰焊焊接质量，提高企业生产效率，为售后质量提供重要保障，从而规避产品安全隐患，降低生产成本，为企业带来更多的经济效益。
关键词：波峰焊；焊接空洞；有效措施；质量波峰焊可使插件板焊接面直接与高温液态多锡接触，以达到焊接目的，其中高温液态锡一直维持斜面，液态锡在特殊装置下会出现一道道类似波浪的现象。
波峰焊主要是先将元件插入于相应的元件孔中，然后再预涂助焊剂，进行预热，预热的温度应当达到90摄氏度至100摄氏度之间，长度控制在一米左右，波峰焊的温度在220摄氏度至240摄氏度之间，冷却之后切除多余插件脚，然后进行检查。
目前，波峰焊接在制程中质量不够稳定，控制器分厂反馈焊接不良率较高，补焊难度较大，严重影响了企业的生产效率和手和质量，需对其进行深入研究，发现其中出现的问题，并采取有效措施来加以解决。
1.现阶段波峰焊焊接空洞问题分析现阶段，波峰焊焊接空洞问题主要表现在两个方面：一方面是在印制板制程工艺上还有所不足。
主要指的是印制板的排气效果不佳，PCB孔内毛刺需要进行整改，PCB的孔径要予以优化，忽视了对印制板的管理；另一方面则是在无铅波峰焊施工方面有所欠缺，需要进一步优化和改进。
主要指的是应当优化波峰焊焊接工艺的各项参数，未重视对无铅波峰焊焊接设备的维护和保养，在原料的选择上还有一定的问题，没能实施有效的焊料取样分析工作[1]。
1.解决波峰焊焊接空洞问题的有效措施1.优化印制板制程工艺在处理元件紧贴印制板的时候，需要使波峰焊能够进行排气。
可加强和PCB 设计人员的交流与沟通，以不影响PCB电气性为前提，与该电解电容PCB的位号面积范围，增设两个透气孔，以便于气体排除。
与此同时，一方面要整改PCB孔内毛刺，基于PCB工艺制作流程，核实钻孔后未经过粗磨去除孔边波峰。
qfn返修工艺技术
qfn返修工艺技术QFN（Quad Flat No-Lead）是一种集成电路封装技术，它具有体积小、热阻低、兼容性强等优点，广泛应用于电子产品中。
然而，由于其封装结构的复杂性和焊接工艺的要求，QFN也容易出现焊接质量问题，导致产品的返修。
下面将介绍QFN返修工艺技术。
首先，QFN返修的关键是保护芯片不受损。
在返修过程中，需要使用吸热器和风吹枪等专用工具，将QFN封装的芯片从PCB板上分离下来。
吸热器可以帮助快速降低芯片温度，使其与PCB板分离更容易。
然后，使用风吹枪将芯片吹下，并同时用无铅焊锡重新焊接。
其次，在重新焊接QFN芯片时，要注意控制温度和焊接时间。
由于QFN封装结构的独特性，芯片的焊点位于封装底部，需要利用SMT热风炉或红外线炉等设备进行无铅焊接。
在焊接过程中，必须控制温度在合适的范围内，一般为240℃~260℃。
焊接时间一般为10秒~20秒，过长或过短都会对焊接质量造成影响。
另外，QFN返修还需要注意焊锡量的控制。
过少的焊锡会导致芯片与PCB板之间的连接不牢固，容易出现松动和接触不良等问题；过多的焊锡则会造成短路和焊接质量不稳定。
因此，在返修过程中，要精确控制焊锡的量，保证焊点均匀、牢固。
此外，QFN返修还需要注意防静电措施。
静电容易损坏敏感的电子元件，特别是半导体芯片。
因此，返修操作人员需要佩戴防静电手环，并确保工作环境的静电控制，以保护QFN芯片的安全。
最后，QFN返修后需要进行完整的测试和检验，以确保产品的质量。
可以使用普通的测试设备，如万用表和热敏电阻仪等，对焊接连接进行电气测试。
同时，还可使用显微镜对焊接质量进行检查，以确保焊点的完整性和牢固性。
总而言之，QFN返修工艺技术在保护芯片安全、控制温度和焊接时间、控制焊锡量和防静电等方面要求较高。
只有严格按照工艺要求进行操作，才能保证返修后的产品质量稳定。
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预成型焊片‐‐‐‐QFN元件空洞解决方案
瞿艳红
铟泰科技有限公司
随着电子行业小型化多功能化发展的趋势，越来越多的多功能，体积小的元件应用于在各种产品上，例如QFN, LGA类元件。
QFN是四侧无引脚偏平封装，呈正方形或矩形，电极焊盘布置在封装底面的四侧，实现电气连接，在封装底部中央有一个大面积裸露焊盘用来导热。
这种封装具有良好的电气性能和散热性能，这主要是因为封装底部的大面积焊盘起散热作用，为了有效地将热量从元件传送到PCB上，在PCB上安装QFN元件的位置，必须设计相应的散热焊盘和散热过孔。
焊盘的面积大，提供可靠的焊接，过孔提供散热途径。
但由于焊接时，散热过孔和大面积焊盘上的锡膏中的助焊剂产生的气体会向外逸出，形成较大的空洞率（如图一空洞率为30%‐40%）。
业界对QFN空洞从钢网，炉温，锡膏上进行了各种优化，效果均不理想。
如何降低QFN元件空洞以保证产品的可靠性，铟泰公司将它业界领先的预成型焊片（Preform）技术应用于QFN接地焊盘以降低空洞。
由于空洞主要与助焊剂出气有关，那么是否可采用低助焊剂含量的焊料？在下面实验中，我们采用相同合金成份的预成型焊片preform‐‐‐SAC305，1%助焊剂，焊片尺寸与散热焊盘的相近，其比例为0.89：1，对比锡膏中11.5%的助焊剂，在散热焊盘上采用预成型焊盘，也就是用preform替代锡膏，期待以通过降低助焊剂的含量来减少出气来得到较低的空洞率。
在钢网开孔上，对于四周焊盘并不需要进行任何的更改，我们只需对散热焊盘的开孔方式进行更改，如下图所示，散热焊盘只需要在四周各开小孔以固定焊盘即可（如图二）。
在回流曲线方面，我们依照实际生产线上的曲线，不做任何更改，过炉后通过x‐ray检测看QFN元件空洞，如下图三所示，空洞率为3～6%，单个最大空洞才0.7%左右。
图一图二图三
通过上述我们看到，使用预成型焊片可以有效地减少空洞，这主要是因为，与锡膏比较，预成型焊片的助焊剂含量降低了5倍。
锡膏中的助焊剂含有溶剂、松香、增稠剂，含有大量挥发物，在高温时容易形成较大的空洞，而预成型焊片中的助焊剂主要是松香，不含溶剂等物质，所以能有效地减少空洞。
预成型焊片在应用方面非常的简单，
z在焊片形状上，它可以制作成矩形、正方形、垫片形和圆盘形，以及不规则形状；
z无需手工涂敷助焊剂，焊片表面含助焊剂涂覆，炉后非常低的助焊剂残留物
z各种包装形式如料盘，瓶装，盒装等，同时它可以利用SMT（表面贴装）贴片设备快速精确贴装；
z在回流时，不需要对炉温进行任何的修改；
z极低的空洞率，无论是大焊盘或小焊盘
z在SMT仅通过印刷焊膏无法提供足够的焊料用量，贴装预成形焊料可以提供精确且可重复的焊料用量来从而达到增加焊料的作用。