四側(cè)無引腳扁平封裝(QFN),四側(cè)無引腳扁平封裝(QFN)是

四側(cè)無引腳扁平封裝(QFN),四側(cè)無引腳扁平封裝(QFN)是什么意思

四側(cè)無引腳扁平封裝（QFN），表面貼裝型封裝之一，是一種焊盤尺寸小、體積小、以塑料作為密封材料的新興表面貼裝芯片封裝技術(shù)?，F(xiàn)在多稱為L(zhǎng)CC。QFN是日本電子機(jī)械工業(yè)會(huì)規(guī)定的名稱。封裝四側(cè)配置有電極觸點(diǎn)，由于無引腳，貼裝占有面積比QFP小，高度比QFP低。但是，當(dāng)印刷基板與封裝之間產(chǎn)生應(yīng)力時(shí)，在電極接觸處就不能得到緩解。因此電極觸點(diǎn)難于作到QFP的引腳那樣多，一般從14到100左右。材料有陶瓷和塑料兩種。當(dāng)有LCC標(biāo)記時(shí)基本上都是陶瓷QFN。電極觸點(diǎn)中心距1.27mm。塑料QFN是以玻璃環(huán)氧樹脂印刷基板基材的一種低成本封裝。電極觸點(diǎn)中心距除1.27mm外，還有0.65mm和0.5mm兩種。這種封裝也稱為塑料LCC、PCLC、P－LCC等。

QFN封裝的特點(diǎn)

QFN是一種無引腳封裝，呈正方形或矩形，封裝底部中央位置有一個(gè)大面積裸露焊盤用來導(dǎo)熱，圍繞大焊盤的封裝外圍四周有實(shí)現(xiàn)電氣連結(jié)的導(dǎo)電焊盤。由于QFN封裝不像傳統(tǒng)的SOIC與TSOP封裝那樣具有鷗翼狀引線，內(nèi)部引腳與焊盤之間的導(dǎo)電路徑短，自感系數(shù)以及封裝體內(nèi)布線電阻很低，所以它能提供卓越的電性能。此外，它還通過外露的引線框架焊盤提供了出色的散熱性能，該焊盤具有直接散熱通道，用于釋放封裝內(nèi)的熱量。通常將散熱焊盤直接焊接在電路板上，并且PCB中的散熱過孔有助于將多余的功耗擴(kuò)散到銅接地板中，從而吸收多余的熱量。

圖1顯示了這種采用PCB焊接的外露散熱焊盤的QFN封裝。由于體積小、重量輕、加上杰出的電性能和熱性能，這種封裝特別適合任何一個(gè)對(duì)尺寸、重量和性能都有的要求的應(yīng)用。我們以32引腳QFN與傳統(tǒng)的28引腳PLCC封裝相比較為例，面積（5mm×5mm）縮小了84％，厚度（0.9mm）降低了80％，重量（0.06g）減輕了95％，電子封裝寄生效應(yīng)也提升了50％，所以非常適合應(yīng)用在手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、PDA以及其他便攜小型電子設(shè)備的高密度印刷電路板上。

標(biāo)準(zhǔn)或遵循工藝標(biāo)準(zhǔn)（如IPC－SM－782）來進(jìn)行的。由于QFN是一個(gè)全新的封裝類型，印制板焊盤設(shè)計(jì)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或指導(dǎo)書還沒有制定出來，況且，焊盤設(shè)計(jì)完成后，還需要通過一些試驗(yàn)來驗(yàn)證。當(dāng)然，在充分考慮元件底部的散熱焊盤以及引腳和封裝的公差等各種其他因素的情況下，仍然可以參考IPC的方法來制定設(shè)計(jì)原則。

QFN的焊盤設(shè)計(jì)主要有三個(gè)方面：①周邊引腳的焊盤設(shè)計(jì)；②中間熱焊盤及過孔的設(shè)計(jì)；③對(duì)PCB阻焊層結(jié)構(gòu)的考慮。

周邊引腳的焊盤設(shè)計(jì)

盡管在HECB設(shè)計(jì)中，引腳被拉回，對(duì)于這種封裝，PCB的焊盤可采用與全引腳封裝一樣的設(shè)計(jì)，周邊引腳的焊盤設(shè)計(jì)尺寸如圖3。在圖中，尺寸Zmax為焊盤引腳外側(cè)最大尺寸，Gmin是焊盤引腳內(nèi)側(cè)最小尺寸。D2t為散熱焊盤尺寸。X、Y是焊盤的寬度和長(zhǎng)度。

MLF焊盤公差分析要求包括：①元件公差；②印制板制造公差；③貼裝設(shè)備的精度。這類問題的分析，IPC已建立了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)程序，根據(jù)這個(gè)程序計(jì)算得出各種MLF元件推薦的焊盤尺寸，表1列出了一些常見QFN封裝的PCB焊盤設(shè)計(jì)尺寸。

散熱焊盤和散熱過孔設(shè)計(jì)

QFN封裝具有優(yōu)異的熱性能，主要是因?yàn)榉庋b底部有大面積散熱焊盤，為了能有效地將熱量從芯片傳導(dǎo)到PCB上，PCB底部必須設(shè)計(jì)與之相對(duì)應(yīng)的散熱焊盤以及散熱過孔，散熱焊盤提供了可靠的焊接面積，過孔提供了散熱途徑。

通常散熱焊盤的尺寸至少和元件暴露焊盤相匹配，然而還需考慮各種其他因素，例如避免和周邊焊盤的橋接等，所以熱焊盤尺寸需要修訂，具體尺寸見表1。

散熱過孔的數(shù)量及尺寸取決于封裝的應(yīng)用情況，芯片功率大小以及電性能的要求。建議散熱過孔的間距為1.0mm～1.2mm，過孔尺寸為0.3mm～0.33mm。散熱過孔有四種設(shè)計(jì)形式：如使用干膜阻焊膜從過孔頂部或底部阻焊；或者使用液態(tài)感光（LPI）阻焊膜從底部填充；或者采用"貫通孔"。這些方法在圖4中有描述，所有這些方法均有利有弊：從頂部阻焊對(duì)控制氣孔的產(chǎn)生比較好，但PCB頂面的阻焊層會(huì)阻礙焊膏印刷；而底部阻礙和底部填充由于氣體的外逸會(huì)產(chǎn)生大的氣孔，覆蓋2個(gè)熱過孔，對(duì)熱性能方面有不利的影響；貫通孔允許焊料流進(jìn)過孔，減小了氣孔的尺寸，但元件底部焊盤上的焊料會(huì)減少。散熱過孔設(shè)計(jì)要根據(jù)具體情況而定，建議最好采用阻焊形式。

再流焊曲線和峰值溫度對(duì)氣孔的形成也有很大的影響，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在底部填充的熱焊盤區(qū)域，當(dāng)峰值回流溫度從210℃增加到215℃～220℃時(shí)，氣孔減少；對(duì)于貫通孔，PCB底部的焊料流出隨回流溫度的降低而減少。

阻焊層的考慮

建議使用NSMD阻焊層，阻焊層開口應(yīng)比焊盤開口大120μm～150μm，即焊盤銅箔到阻焊層的間隙有60μm～75μm，這樣允許阻焊層有一個(gè)制造公差，通常這個(gè)公差在50μm～65μm之間，當(dāng)引腳間距小于0.5mm時(shí)，引腳之間的阻焊可以省略。

網(wǎng)板設(shè)計(jì)

能否得到完美、可靠的焊點(diǎn)，印刷網(wǎng)板設(shè)計(jì)是關(guān)鍵的第一步。四周焊盤網(wǎng)板開口尺寸和網(wǎng)板厚度的選取有直接的關(guān)系，一般較厚的網(wǎng)板可以采用開口尺寸略小于焊盤尺寸的設(shè)計(jì)，而較薄的網(wǎng)板開口尺寸可設(shè)計(jì)到1：1。推薦使用激光制作開口并經(jīng)過電拋光處理的網(wǎng)板。

（1）周邊焊盤的網(wǎng)板設(shè)計(jì)

網(wǎng)板的厚度決定了印刷在PCB上的焊膏量，太多的焊膏將會(huì)導(dǎo)致回流焊接時(shí)橋連。所以建議0.5mm間距的QFN封裝使用0.12mm厚度的網(wǎng)板，0.65mm間距的QFN封裝使用0.15mm厚度的網(wǎng)板，建議網(wǎng)板開口尺寸可適當(dāng)比焊盤小一些，以減少焊接橋連的發(fā)生，如圖5所示。

（2） 散熱焊盤的網(wǎng)板設(shè)計(jì)

當(dāng)芯片底部的暴露焊盤和PCB上的熱焊盤進(jìn)行焊接時(shí)，由于熱過孔和大尺寸焊盤中的氣體將會(huì)向外溢出，產(chǎn)生一定的氣體孔，如果焊膏面積太大，會(huì)產(chǎn)生各種缺陷（如濺射、焊球等），但是，消除這些氣孔幾乎是不可能的，只有將氣孔減小到最低量。因此，在熱焊盤區(qū)域網(wǎng)板設(shè)計(jì)時(shí)，要經(jīng)過仔細(xì)考慮，建議在該區(qū)域開多個(gè)小的開口，而不是一個(gè)大開口，典型值為50％～80％的焊膏覆蓋量，如圖5所示。實(shí)踐證明，50μm的焊點(diǎn)厚度對(duì)改善板級(jí)可靠性很有幫助，為了達(dá)到這一厚度，建議對(duì)于底部填充熱過孔設(shè)計(jì)焊膏厚度至少應(yīng)在50％以上；對(duì)于貫通孔，覆蓋率至少應(yīng)在75％以上。

QFN焊點(diǎn)的檢測(cè)與返修

（1）焊點(diǎn)的檢測(cè)

由于QFN的焊點(diǎn)是在封裝體的下方，并且厚度較薄，X－ray對(duì)QFN焊點(diǎn)少錫和開路無法檢測(cè)，只能依靠外部的焊點(diǎn)情況盡可能地加以判斷，但目前有關(guān)QFN焊點(diǎn)側(cè)面部分缺陷的斷定標(biāo)準(zhǔn)尚未在IPC標(biāo)準(zhǔn)中出現(xiàn)。在暫時(shí)沒有更多方法的情況下，將會(huì)更多倚賴生產(chǎn)后段的測(cè)試工位來判斷焊接的好壞。

從圖6中的X－ray圖像可見，側(cè)面部分的差別是明顯的，但真正影響到焊點(diǎn)性能的底面部分的圖像則是相同的，所以這就給X－ray檢測(cè)判斷帶來了問題。用電烙鐵加錫，增加的只是側(cè)面部分，對(duì)底面部分到底有多大影響，X－ray仍無法判斷。就焊點(diǎn)外觀局部放大的照片來看，側(cè)面部分仍有明顯的填充部分。

（2）返修

對(duì)QFN的返修，因焊接點(diǎn)完全處在元件封裝的底部，橋接、開路、錫球等任何的缺陷都需要將元件移開，因此與BGA的返修多少有些相似。QFN體積小、重量輕、且它們又是被使用在高密度的裝配板上，使得返修的難度又大于BGA。

當(dāng)前，QFN返修仍舊是整個(gè)表面貼裝工藝中急待發(fā)展和提高的一環(huán)，尤其須使用焊膏在QFN和印制板間形成可靠的電氣和機(jī)械連接，確實(shí)有一些難度。目前比較可行的涂敷焊膏方法有三種：一是傳統(tǒng)的在PCB上用維修小絲網(wǎng)印刷焊膏，二是在高密度裝配板的焊盤上點(diǎn)焊膏（如圖8）；三是將焊膏直接印刷在元件的焊盤上。上述方法都需要非常熟練的返修工人來完成這項(xiàng)任務(wù)。返修設(shè)備的選擇也是非常重要的，對(duì)QFN既要有非常好的焊接效果，又須防止因熱風(fēng)量太大將元件吹掉。

QFN的PCB焊盤設(shè)計(jì)應(yīng)遵循IPC的總原則，熱焊盤的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，它起著熱傳導(dǎo)的作用，不要用阻焊層覆蓋，但過孔的設(shè)計(jì)最好阻焊。對(duì)熱焊盤的網(wǎng)板設(shè)計(jì)時(shí)，一定考慮焊膏的釋放量在50％～80％范圍內(nèi)，究竟多少為宜，與過孔的阻焊層有關(guān)，焊接時(shí)的過孔不可避免，調(diào)整好溫度曲線，使氣孔減至最小。QFN封裝是一種新型封裝，無論是從PCB設(shè)計(jì)、工藝還是檢測(cè)返修等方面都需要我們做更深入的研究。

QFN封裝（方形扁平無引腳封裝）具有良好的電和熱性能、體積小、重量輕、其應(yīng)用正在快速增長(zhǎng)，采用微型引線框架的QFN封裝稱為MLF封裝（微引線框架）。QFN封裝和CSP（芯片尺寸封裝）有些相似，但元件底部沒有焊球，與PCB的電氣和機(jī)械連接是通過PCB焊盤上印刷焊膏、過回流焊形成的焊點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的。