CN110449683A - 一种高可靠应用印制电路板组件qfn装焊预处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高可靠应用印制电路板组件QFN装焊预处理方法，1）、制作载板；2）、制作网板，网板上开设有至少一个对应QFN芯片焊盘的通孔，若干个通孔形成通孔阵列；3）、将QFN芯片除湿处理；4）、清洁网板和载板；5）、将网板置于载板上，通过通孔阵列在载板上印刷含助焊剂的焊锡膏；6）、采用贴片机将QFN芯片贴放在刷有焊锡膏的载板上；7）、对贴放有QFN芯片的载板进行热风回流焊接处理；8）、将粘附QFN芯片的载板浸入清洗剂中溶解助焊剂残留物，QFN芯片与载板分离，完成预搪锡。本发明通过预搪锡处理，使QFN芯片焊盘的可焊性更好，可提高QFN芯片焊接合格率和可靠性，提高高可靠性要求印制电路板组件的稳定性和使用寿命，降低系统维护成本。

Description

一种高可靠应用印制电路板组件QFN装焊预处理方法

技术领域

本发明涉及一种印制电路板制造工艺，尤其涉及一种高可靠应用印制电路板组件QFN装焊预处理方法。

背景技术

随着电子产品多功能化、小型化发展，电子产品功能实现的核心——印制电路板组件的密度越来越高，这要求其应用的电子元器件尺寸更小、功能更全面；具有体积小、重量轻、成本低且电性能和热性能突出的QFN（Quad Flat No-lead Package，方形无引脚封装）芯片成为应用广泛的表面贴装型器件之一。

现有技术中，对于QFN芯片的焊接方法也有许多。如申请号为2017105705 19.7的发明申请中公开了一种QFN芯片，包括芯片本体，芯片本体上设有焊盘，焊盘上设有多条横向导锡凹槽和多条纵向导锡凹槽，横向导锡凹槽和纵向导锡凹槽均相互交叉设置并相互连通。首先在电路板上的焊盘上刷锡膏，之后将该芯片本体移动至电路板上，进而芯片本体上的焊盘与电路板上的焊盘通过锡膏便粘在了一起，之后进行加热，锡膏融化并实现焊接。

又如申请号为201310656297 .2的发明专利中公开了一种用于QFN芯片的PCB散热焊盘、QFN芯片与PCB焊接方法。该PCB散热焊盘上设有直径不大于0.3毫米的散热过孔和直径在0.8～1.2毫米之间的逸气孔。利用上述散热焊盘焊接的方法：在PCB不需要焊接的一面与散热焊盘对应的位置印刷用于封堵散热过孔的油墨；利用网板在散热焊盘上涂刷锡膏；网板在对应所述逸气孔的位置未设开孔；将QFN芯片贴于PCB上的相应位置，使得QFN芯片的暴露焊盘与PCB的散热焊盘对齐、QFN芯片的引脚区与PCB的引脚焊盘对齐；采用回流焊接将QFN芯片焊接于PCB上。

QFN主要采用回流焊接方式安装至印制电路板上，其焊盘呈L型，由于回流焊接时L型焊盘下部与焊膏直接接触、侧部焊盘不与焊膏直接接触，且受QFN芯片加工工艺影响，侧部焊盘可焊性较差，焊接后侧部焊盘不易形成润湿良好焊点，QFN芯片的焊接强度仅能依靠其L型下部焊盘保证，可靠性较低；在一般可靠性质量要求的产品中，如消费类电子产品，这类情况是可接收的，但不符合高可靠应用电子产品的要求，如医疗电子产品、军用电子产品等，这导致QFN芯片焊接成为高可靠应用电子产品生产工艺难点和质量保证重点。

为使QFN芯片L型侧部焊盘形成良好焊点，成本较低且有效的方法是在QFN芯片焊盘上搪锡，即在QFN芯片焊盘上镀可焊性良好的材料；目前主要使用的方法是手工搪锡，以及价格高达百万的专用设备搪锡，前者对作业人员技能要求极高、且效率极低，同时存在搪锡不均匀的问题；后者成本极高，也存在搪锡不均匀的问题，会影响搪锡后QFN芯片使用贴片机贴装。

因此，寻求一种可对QFN芯片焊盘进行均匀、高效搪锡的方法对高可靠应用电子产品QFN芯片安装极具价值。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高可靠应用印制电路板组件QFN装焊预处理方法，该方法可提高QFN焊盘搪锡的均匀性，尤其对于批量制造过程，能有效提升搪锡效率，提高焊点质量，降低不良返工率，从而降低生产成本，以解决现有技术中QFN焊点可靠性低，易出现虚焊等问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种高可靠应用印制电路板组件QFN装焊预处理方法，所述处理方法主要包括以下步骤：

步骤1）、制作用于QFN芯片焊盘预搪锡的载板；

步骤2）、制作用于QFN芯片焊盘预搪锡的网板，所述网板上开设有至少一个对应QFN芯片焊盘的通孔，若干个所述通孔形成与QFN芯片焊盘分布相同的通孔阵列；

步骤3）、将QFN芯片放入真空干燥箱中进行除湿处理，在125±5℃下，烘12h～24h；

步骤4）、清洁所述步骤1）和步骤2）制作的网板和载板；

步骤5）、将上述步骤4）中得到的网板置于载板上，通过网板上的通孔阵列，在载板上印刷含有助焊剂的焊锡膏，使载板上形成与所述通孔阵列分布一致的焊锡膏，焊锡膏印刷完成后，将载板与网板分离；

步骤6）、采用贴片机将上述步骤3）处理后的QFN芯片贴放在上述步骤5）刷有焊锡膏的载板上，QFN芯片焊盘与载板上的焊锡膏对中并接触；

步骤7）、对上述步骤6）中贴放有QFN芯片的载板进行热风回流焊接处理，加热过程中，载板上印刷的焊锡膏中的助焊剂可分解去除QFN芯片焊盘表面的 氧化物，焊锡膏熔融后均匀润湿、铺展至QFN芯片焊盘表面，同时QFN芯片被助焊剂残留物粘附到载板上；

步骤8）、将上述步骤7）中粘附有QFN芯片的载板浸入清洗剂中，浸泡3min～5min后，清洗剂溶解助焊剂残留物，QFN芯片与载板分离；完成QFN芯片焊盘的预搪锡。

进一步地，在上述步骤1）中，所述载板为复合层结构，所述载板由上至下依次为阻焊层、FR-4环氧板、铜箔层和FR-4环氧板；其中，所述阻焊层为印刷焊锡膏的层面。

进一步地，在上述步骤2）中，所述网板厚度约为0.05mm～0.08mm。

进一步地，在上述步骤2）中，所述通孔的宽度与所述QFN芯片焊盘相同，所述通孔的长度比所述QFN芯片底面部分的焊盘长0.3～0.5mm。

进一步地，在上述步骤4）中，使用工业用无水乙醇及擦拭纸，将所述载板和网板擦拭2～5次，清除助焊剂残留物。

进一步地，在上述步骤6）中，采用贴片机将QFN芯片贴放在刷有焊锡膏的载板上，通过所述贴片机参数设置使得所述QFN芯片焊盘与所述焊锡膏接触，接触深度为所述载板上焊锡膏厚度的1/3～2/3。

进一步地，在上述步骤7）中，在所述回流焊接处理中，包括预热区、保温区、回流区和冷却区，所述预热区的升温速率为1.5～3℃/秒；所述保温区的温度维持在150±10℃，维持时间为60～90秒；所述回流区的升温速率为2.5～3℃/秒，所述回流区在25～30秒内达到峰值温度215～225℃，该峰值温度下维持时间约为5～10秒；所述冷却区采用风冷，。

进一步地，在上述步骤8）中，所述清洗剂溶解助焊剂残留物后，所述载板与所述QFN芯片分离，将分离后的QFN芯片放入去离子水中清洗2～3次后，再放入125±5℃的真空干燥箱中烘0.5～1h。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明对QFN芯片焊盘进行预搪锡处理，有利于增强QFN芯片贴装回流焊后的焊点可靠性及降低产品不良返工率，可提高QFN芯片焊接合格率和可靠性，提高高可靠性要求印制电路板组件的稳定性和使用寿命，降低系统维护成本。设计制作QFN芯片焊盘预搪锡载板和网板，使用贴片机进行QFN芯片贴放，一方面使得焊盘搪锡均匀，保证了产品质量的稳定性，另一方面可以实现批量预搪锡，缩短生产周期，降低生产成本。

附图说明

图1是本发明实施例中QFN芯片焊盘预搪锡网板的结构示意图。

图2是本发明实施例中贴放有QFN芯片的载板的正面结构示意图。

图3是本发明实施例中贴放有QFN芯片的载板的结构示意图。

图4为图3中区域A的局部放大图。

图5是本发明实施例中载板的复合层结构示意图。

其中，1-网板；2-通孔；3- QFN芯片；4-载板；5-焊锡膏；6-QFN芯片焊盘；7-FR-4环氧板；8-铜箔层；9-阻焊层。

具体实施方式

下面通过具体实施例来进一步说明本发明。但这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

结合说明书附图1～5，一种QFN焊盘预搪锡的方法，包括以下步骤：

步骤1）、制作用于QFN芯片焊盘6预搪锡的载板4，所述载板4为复合层结构，所述载板4由上至下依次为阻焊层9、FR-4环氧板7、铜箔层8和FR-4环氧板7；其中，所述阻焊层9为印刷焊锡膏5的层面；此设计是为满足本方法需要，要求载板平整，载板表面不与焊锡结合，且载板在高达245℃的加热过程中不变形，同时考虑加工便利、低成本和重复使用性。

步骤2）、制作用于QFN芯片焊盘6预搪锡的网板1，所述网板1上开设有至少一个对应QFN芯片焊盘6的通孔2，若干个所述通孔2形成与QFN芯片焊盘6分布相同的通孔阵列；所述网板1厚度约为0.06mm；所述通孔2的宽度与所述QFN芯片焊盘6相同，所述通孔2的长度比所述QFN芯片3底面部分的焊盘长0.4mm；由于QFN芯片焊盘6是呈L型分布在QFN芯片3的底部和侧边的，通孔2长度长于QFN芯片焊盘6长度的话，在回流焊接过程中，有利于载板4上的焊锡膏5上印刷到侧边的焊盘上；

步骤3）、将QFN芯片3放入真空干燥箱中进行除湿处理，在125℃下，烘12h；

步骤4）、使用工业用无水乙醇及擦拭纸，将上述步骤1）和步骤2）制作的载板4和网板1擦拭3次，清除助焊剂残留物；

步骤5）、将上述步骤4）中得到的网板1置于载板4上，让焊锡膏5通过网板1上的通孔阵列，在载板4上印刷含有助焊剂的焊锡膏5，使载板4上形成与所述通孔阵列分布一致的焊锡膏5，焊锡膏5印刷完成后，将载板4与网板1分离；

步骤6）、采用贴片机将上述步骤3）处理后的QFN芯片3贴放在上述步骤5）刷有焊锡膏5的载板4上，QFN芯片焊盘6与载板4上的焊锡膏5对中并接触；通过所述贴片机参数设置使得所述QFN芯片3上的QFN芯片焊盘6与所述焊锡膏5接触，接触深度为所述载板4上焊锡膏5厚度的1/2；

步骤7）、对上述步骤6）中贴放有QFN芯片3的载板4进行热风回流焊接处理，加热过程中，载板4上印刷的焊锡膏5中的助焊剂可分解去除QFN芯片焊盘6表面的氧化物，焊锡膏5熔融后均匀润湿、铺展至QFN芯片焊盘6表面，同时QFN芯片3被助焊剂残留物粘附到载板4上；在所述回流焊接处理中，包括预热区、保温区、回流区和冷却区，所述预热区的升温速率为1.5～3℃/秒；若升温太快，由于热应力的作用，导致芯片损坏，同时锡膏中溶剂挥发太快，导致飞珠的发生；通常根据芯片大小差异程度调整时间以调控升温速率在2℃/秒以下为佳。保温区又称活性区，所述保温区的温度维持在150±10℃，维持时间为60～120秒；若时间过长也会导致锡膏氧化问题，以致焊接后飞珠增多。所述回流区的升温速率为2.5～3℃/秒，所述回流区在25～30秒内达到峰值温度215～225℃；维持时间约为5～10秒。在回流区焊膏迅速熔化并润湿焊盘，随着温度的提高，焊料表面张力降低，焊料爬芯片焊盘的定高度，形成个"弯月面"。载板4运行到冷却区后，焊点迅速降温，焊料凝固；焊点迅速冷却可使焊料晶格细化，结合强度提高，焊点光亮，表面连续呈弯月面状；冷却区采用水冷或风冷，冷却曲线同回流区升温曲线呈镜面对称分布。整个回流时间为3～5分钟。

步骤8）、将上述步骤7）中粘连有QFN芯片3的载板4浸入无水乙醇中，浸泡5min后，无水乙醇溶解焊锡膏5，QFN芯片3与载板4分离；将分离后的QFN芯片3放入去离子水中清洗2～3次后，再放入125℃的真空干燥箱中烘0.5h；完成QFN芯片焊盘6的预搪锡。

本实施例中，由于载板4的表面为阻焊层9，阻焊层9上完全无焊盘存在，这样通过网板1漏到载板4上的焊锡膏5与QFN芯片焊盘6接触，通过回流焊接后不会在载板4上形成可靠性连接的焊点，QFN芯片3不是被焊接在载板4上，而只是受助焊剂的影响粘在载板4上，从而可以用清洗剂分离芯片与载板4。而现有技术中，通常采用的是带焊盘的印制板，涂焊锡膏5后与QFN芯片焊盘6接触，通过回流焊接后，QFN芯片焊盘6处会形成焊点，芯片与印制板可靠性连接，清洗剂无法分离二者，只能通过解焊分离，无法起到预搪锡的效果。

使用自动印刷机固定网板1，通过网板1上的通孔阵列在载板4上印刷焊锡膏5，焊锡膏5印刷结束前不能移动网板1，以免印刷焊膏的过程中偏移，影响上锡质量。上述QFN芯片焊盘6预搪锡方法通过印刷焊锡膏5对QFN芯片焊盘6进行预搪锡处理，提高了QFN芯片焊盘6搪锡的均匀性，提升了批量生产中对QFN芯片焊盘6预搪锡的效率，有利于提高QFN焊点质量，在很大程度上降低现有焊接方法中易出现虚焊的几率，降低了不良返工率，从而降低生产成本。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种高可靠应用印制电路板组件QFN装焊预处理方法，其特征在于：所述处理方法主要包括以下步骤：

步骤1）、制作用于QFN芯片焊盘预搪锡的载板；

步骤2）、制作用于QFN芯片焊盘预搪锡的网板，所述网板上开设有至少一个对应QFN芯片焊盘的通孔，若干个所述通孔形成与QFN芯片焊盘分布相同的通孔阵列；

步骤3）、将QFN芯片放入真空干燥箱中进行除湿处理，在125±5℃下，烘12h～24h；

步骤4）、清洁所述步骤1）和步骤2）制作的网板和载板；

步骤5）、将上述步骤4）中得到的网板置于载板上，通过网板上的通孔阵列，在载板上印刷含有助焊剂的焊锡膏，使载板上形成与所述通孔阵列分布一致的焊锡膏，焊锡膏印刷完成后，将载板与网板分离；

步骤6）、采用贴片机将上述步骤3）处理后的QFN芯片贴放在上述步骤5）刷有焊锡膏的载板上，QFN芯片焊盘与载板上的焊锡膏对中并接触；

步骤7）、对上述步骤6）中贴放有QFN芯片的载板进行热风回流焊接处理，加热过程中，载板上印刷的焊锡膏中的助焊剂可分解去除QFN芯片焊盘表面的 氧化物，焊锡膏熔融后均匀润湿、铺展至QFN芯片焊盘表面，同时QFN芯片被助焊剂残留物粘附到载板上；

步骤8）、将上述步骤7）中粘附有QFN芯片的载板浸入清洗剂中，浸泡3min～5min后，清洗剂溶解助焊剂残留物，QFN芯片与载板分离；完成QFN芯片焊盘的预搪锡。

2.如权利要求1所述的一种高可靠应用印制电路板组件QFN装焊预处理方法，其特征在于：在上述步骤1）中，所述载板为复合层结构，所述载板由上至下依次为阻焊层、FR-4环氧板、铜箔层和FR-4环氧板；其中，所述阻焊层为印刷焊锡膏的层面。

3.如权利要求1所述的一种高可靠应用印制电路板组件QFN装焊预处理方法，其特征在于：在上述步骤2）中，所述网板厚度约为0.05mm～0.08mm。

4.如权利要求1所述的一种高可靠应用印制电路板组件QFN装焊预处理方法，其特征在于：在上述步骤2）中，所述通孔的宽度与所述QFN芯片焊盘相同，所述通孔的长度比所述QFN芯片底面部分的焊盘长0.3～0.5mm。

5.如权利要求1所述的一种高可靠应用印制电路板组件QFN装焊预处理方法，其特征在于：在上述步骤4）中，使用工业用无水乙醇及擦拭纸，将所述载板和网板擦拭2～5次，清除助焊剂残留物。

6.如权利要求1所述的一种高可靠应用印制电路板组件QFN装焊预处理方法，其特征在于：在上述步骤6）中，采用贴片机将QFN芯片贴放在刷有焊锡膏的载板上，通过所述贴片机参数设置使得所述QFN芯片焊盘与所述焊锡膏接触，接触深度为所述载板上焊锡膏厚度的1/3～2/3。

7.如权利要求1所述的一种高可靠应用印制电路板组件QFN装焊预处理方法，其特征在于：在上述步骤7）中，在所述回流焊接处理中，包括预热区、保温区、回流区和冷却区，所述预热区的升温速率为1.5～3℃/秒；所述保温区的温度维持在150±10℃，维持时间为60～90秒；所述回流区的升温速率为2.5～3℃/秒，所述回流区在25～30秒内达到峰值温度215～225℃，该峰值温度下维持时间约为5～10秒；所述冷却区采用风冷，。

8.如权利要求1所述的一种高可靠应用印制电路板组件QFN装焊预处理方法，其特征在于：在上述步骤8）中，所述清洗剂溶解助焊剂残留物后，所述载板与所述QFN芯片分离，将分离后的QFN芯片放入去离子水中清洗2～3次后，再放入125±5℃的真空干燥箱中烘0.5～1h。