CN116321706A - 用于大尺寸qfn封装器件焊接的电路板及其高可靠组装方法 - Google Patents

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CN116321706A CN202310252148.3A CN202310252148A CN116321706A CN 116321706 A CN116321706 A CN 116321706A CN 202310252148 A CN202310252148 A CN 202310252148A CN 116321706 A CN116321706 A CN 116321706A
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王莹
赵燕如
魏庆晶
陈伟雄
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Abstract

本发明公开了一种用于大尺寸QFN封装器件的电路板及其高可靠组装方法，所述电路板上设有散热焊盘及四周焊盘，所述散热焊盘上设有多个贯穿所述电路板的散热导通孔，每个所述散热导通孔的侧面均设有阻焊环；所述散热焊盘上还设有多条第一阻焊线，所述第一阻焊线以所述阻焊环为基点向外延伸，将所述大尺寸散热焊盘分隔成多个阵列分布的小尺寸散热子焊盘，以降低散热焊盘与四周焊盘的尺寸差异。本申请通过多条第一阻焊线对散热焊盘进行阻焊阵列分隔设计，降低了由于四周焊盘与散热焊盘之间尺寸差异过大所导致的焊接不良概率，并从组装工艺方法上全流程保证了大尺寸QFN封装器件的高可靠组装。

Description

用于大尺寸QFN封装器件焊接的电路板及其高可靠组装方法
技术领域
本发明涉及电子装联技术领域，涉及一种用于大尺寸QFN封装器件焊接的电路板及大尺寸QFN封装器件的高可靠组装方法。
背景技术
QFN(Quad-flatno-leads，方形扁平无引脚)封装器件是一种基于引线框架的塑封封装，封装尺寸略大于裸芯片尺寸，因而被称为“芯片级”封装，外围四周焊端与印制板焊盘通过焊接实现电气连接，器件底部大尺寸的散热焊端通过焊接的方式与电路板实现连接，以保证器件的散热性能。由于其优异的电性能、散热性能以及较小的封装尺寸，越来越广泛地应用于装备电子产品中。
随着所应用的QFN封装器件封装尺寸的增加，从原有的3mm×3mm到现有的12mm×12mm，其组装的难度也随之增加，由于散热焊盘与四周焊端尺寸差异较大，存在一定的尺度效应，四周焊盘与散热焊盘在焊接过程中熔融焊锡表面张力存在较大的差异，容易由于焊锡表面张力不平衡导致焊接浮起等缺陷，四周焊端与散热焊端尺寸差异越大，越容易产生上述组装问题。需要在满足器件使用性能需求的前提下，对器件的散热焊盘布局及尺寸进行优化设计，解决由于散热焊盘与四周焊盘之间的尺寸差异过大导致的焊接质量一致性不良的问题。
另一方面，QFN封装器件属于底部端子类器件，其组装难度及检测难度要远大于传统的有引线的封装器件，焊膏印刷质量、贴片质量、回流焊接等因素都对焊点的最终质量有显著影响，且由于焊点位于器件底部，在侧面焊端不润湿的情况下，目前没有对焊点质量高效的检验手段，需要对QFN封装器件组装全过程质量进行实时在线检测，确保QFN封装器件高质量、高可靠组装。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于大尺寸QFN封装器件焊接的电路板及QFN封装器件高可靠的组装方法，具有可实施性强、通用性强、焊点可靠性高的优点。
为了达到上述目的，本发明提出了一种用于大尺寸QFN封装器件焊接的电路板，所述QFN封装器件焊接在所述电路板上，实现QFN封装器件与电路板的互联；，所述大尺寸QFN封装器件的器件本体设有底部焊端，所述底部焊端包括位于器件本体的底部中心的散热焊端，以及多个均匀分布在器件本体的底部周边的四周焊端，所述大尺寸QFN封装器件的本体尺寸大于6mm×6mm，散热焊端尺寸大于5mm×5mm，四周焊端数量大于48，相邻两个四周焊端的中心间距为0.4mm～0.6mm；
所述电路板上设有散热焊盘及四周焊盘，所述散热焊盘、四周焊盘的布局及尺寸与所述散热焊端、四周焊端的布局及尺寸相匹配；
所述散热焊盘上设有多个贯穿所述电路板的散热导通孔，每个所述散热导通孔的侧面均设有阻焊环；
所述散热焊盘上还设有多条第一阻焊线，所述第一阻焊线以所述阻焊环为基点向外延伸，将所述散热焊盘分隔成多个小尺寸散热子焊盘，以降低散热焊盘与四周焊盘的尺寸差异。
进一步地，所述四周焊盘的宽度＝四周焊端的宽度W+(0.05～0.08)mm，四周焊盘的长度＝四周器件焊端的长度L+(0.35～0.55)mm。
进一步地，多个所述散热导通孔采用阵列形式布局，散热导通孔的直径范围为0.2mm～0.4mm，相邻两个散热导通孔的中心间距范围为0.8mm～2.0mm，且位于阵列边缘的散热导通孔的外径边缘与散热焊盘的外径边缘之间的距离应大于等于0.3mm。
进一步地，所述阻焊环的中心与散热导通孔的中心一致，且阻焊环的内径尺寸与所述散热导通孔的直径相一致。
进一步地，每条所述第一阻焊线均连接有至少两个所述阻焊环，每个所述阻焊环均连接有至少一条所述第一阻焊线，实现阻焊环、阻焊线之间的互联。
进一步地，所述阻焊环的环宽尺寸不小于0.125mm，所述第一阻焊线的宽度W1不小于0.125mm。
进一步地，相邻两个所述四周焊盘之间设有第二阻焊线，所述第二阻焊线的宽度W2不小于0.1mm。
进一步地，四周焊盘与散热焊盘之间设有第三阻焊线，所述第三阻焊线的宽度不小于0.3mm。
本发明还提出了一种大尺寸QFN封装器件的高可靠组装方法，包括以下步骤：
S1、将焊膏自动印刷于电路板上的焊盘上；
S2、在线检测焊膏的印刷质量；
S3、采用自动贴片的方式，将QFN封装器件贴片于电路板上；
S4、在线检测QFN封装器件的贴片质量；
S5、对贴片后的QFN封装器件进行再流焊接；
S6、在线检测QFN封装器件的焊接质量。
进一步地，所述焊膏通过网板印刷于所述电路板上，所述网板的开孔布局与电路板中散热焊盘及四周焊盘的布局一致；
所述网板中对应所述散热焊盘的第一开孔尺寸为所述散热焊盘尺寸的85％～95％；所述网板中对应所述四周盘的第二开孔尺寸为所述四周焊盘尺寸的90％～100％。
进一步地，所述网板的开孔直角部位进行倒角处理，倒角尺寸R范围为0.06mm～0.15mm。
进一步地，所述网板材料为不锈钢钢片，钢片厚度范围为0.10mm～0.15mm。
进一步地，所述焊膏为SnPb焊膏或者SnAgCu无铅焊膏，焊膏中的金属粉颗粒可为3号粉、4号粉或5号粉。
进一步地，再流焊接方法为红外再流焊接、热风再流焊接或真空汽相再流焊接方法。
进一步地，采用在线AOI检测仪对QFN封装器件的贴片质量及焊接质量进行实时在线检测。
本发明具有以下优势：
本申请在散热焊盘上设置多个散热导通孔，并采用阻焊环对所述散热导通孔进行阻焊分组，不仅保证了焊接过程不漏锡，且为焊接过程助焊剂挥发提供通道，降低焊接空洞率；同时，通过多条第一阻焊线对散热焊盘进行阻焊阵列分隔设计，降低了由于四周焊盘与散热焊盘之间尺寸差异过大所导致的焊接不良概率。
本申请还采用全流程自动组装及在线检测技术实现QFN封装器件的组装，对QFN封装器件组装过程质量实时检测，避免不合格品流入下道工序，该组装工艺方法及过程检测方法稳定可靠，能够保证大尺寸QFN封装器件的批量化高可靠组装。
附图说明
图1为QFN封装器件的焊端尺寸示意图；
图2为QFN封装器件贴片在电路板后的剖切示意图；
图3为电路板上散热焊盘及四周焊盘的布局、尺寸示意图；
图4为电路板上散热焊盘及四周焊盘进行阻焊分隔的示意图；
图5为电路板上可焊接区域的示意图；
图6为QFN封装器件组装方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
大尺寸QFN封装器件1包括器件本体103及设置在器件本体103上的底部焊端，所述底部焊端包括位于器件本体103底部中心的散热焊端101，以及多个均匀分布在QFN封装器件1底部周边的四周焊端102。所述底部焊端的焊接部位采用镀锡处理，所述底部焊端的侧面为裸铜面。QFN封装器件1的本体尺寸≥6mm×6mm，四周焊端102引脚数量为≥48，相邻两个四周焊端102的中心间距为0.4mm～0.6mm。
如图1所示为QFN封装器件1焊端布局及尺寸示意图，本实施例中，所述QFN封装器件1的外形为正方形，边长D为9mm，器件本体103厚度H为0.85mm；所述散热焊端101的外形为正方形，散热焊端101边长E的尺寸为7.5mm；所述四周焊盘102的数量为64个，每个四周焊端102的外形为长方形，宽度尺寸W为0.23mm，长度尺寸L为0.4mm，且相邻两个四周焊端102的中心间距P为0.5mm。
本发明提出了一种用于大尺寸QFN封装器件的电路板，所述QFN封装器件1通过焊膏3贴片焊接在所述电路板2上。如图2所示为QFN封装器件1贴片在电路板2后的剖切示意图。所述电路板2上设有散热导通孔201、散热焊盘202及四周焊盘203，所述散热焊盘202及四周焊盘203的布局与所述散热焊端101及四周焊端102的布局相一致，如图3所示。
所述散热焊盘202外形及尺寸应与所述散热焊端101的外形及尺寸保持匹配，以保证器件的散热性能。本实施例中，所述散热焊盘202的外形为正方形，所述散热焊盘202边长尺寸E1为7.5mm。所述四周焊盘203的外形及尺寸应与所述四周焊端102外形及尺寸保持匹配，且相邻两个四周焊盘203的中心间距应与相邻两个四周焊端102的中心间距保持一致。本实施中，所述四周焊盘203的外形为长方形，宽度尺寸X为0.23mm，长度尺寸Y为0.4mm，相邻两个四周焊盘203的中心间距间距尺寸P为0.5mm。进一步，为满足焊料润湿及爬升需求，保证QFN封装器件1的高质量焊接，四周焊盘203的尺寸在长度、宽度方向相比四周焊端102的尺寸应有一定的外延。优选地，所述四周焊盘203的宽度X＝四周焊端102的宽度W+(0.05～0.08)mm，四周焊盘7的长度Y＝四周器件焊端的长度L+(0.35～0.55)mm。本实施例中，外延后的四周焊盘203的宽度尺寸X为0.30mm；外延后的四周焊盘203的长度尺寸Y为0.85mm。
所述散热焊盘202中设有多个贯穿所述电路板2的散热导通孔201，相邻两个散热导通孔201的中心间距范围为0.8mm～2.0mm，且位于阵列边缘的散热导通孔201的外径边缘与散热焊盘202的外径边缘之间的距离应大于等于0.3mm。所述散热导通孔201作镀铜处理，多个所述散热导通孔201采用阵列形式布局，以满足QFN封装器件1应用的电、热性能需求。本实施例中，所述散热导通孔201的个数为25个，采用5×5的阵列布局，每个散热导通孔201直径尺寸Ddia为0.3mm，相邻两个散热导通孔201的中心间距尺寸Pdia为1.2mm。
所述散热导通孔201的侧面设置有阻焊环241，如图4所示。所述阻焊环241的中心与散热导通孔201的中心一致，且阻焊环241的布局及内径尺寸与所述散热导通孔4的布局及直径相一致，防止阻焊环241填充过散热导通孔201，保持散热导通孔201贯通。这样的设计不仅可以保证散热焊盘202在焊接过程中不漏锡，同时可以保证焊接过程助焊剂通过散热导通孔201排出，减少散热焊盘202的焊接气泡。本实例中，所述阻焊环241的环宽为0.15mm，阻焊环241采用5×5的阵列布局，中心间距为1.2mm。
所述散热焊盘202上设置有多条第一阻焊线242，所述第一阻焊线242以所述阻焊环241为基点向外延伸，将所述散热焊盘202分隔成多个小尺寸散热子焊盘205，进而降低了散热焊盘202与四周焊盘203的尺寸差异，从而提高焊接的一致性。分隔后的小尺寸散热子焊盘205呈阵列布局。优选地，每个阻焊环241均连接有至少一条第一阻焊线242，每条第一阻焊线242均连接有至少两个阻焊环241，多个阻焊环241实现互联，避免出现孤立的阻焊环241，进而避免阻焊环241与电路板2之间的连接强度低。所述第一阻焊线242的宽度W1大于等于0.125mm，以保证阻焊材料与覆铜焊盘之间的结合力。本实施例中，所述第一阻焊线242的宽度尺寸W1为0.15mm。
所述各个四周焊盘203之间、四周焊盘203与散热焊盘202之间同样进行阻焊分隔，以降低散热焊盘202及四周焊盘203的焊接难度，提高焊接的一致性。
具体地，相邻两个四周焊盘203之间设有第二阻焊线243，所述第二阻焊线243的宽度W2大于等于0.1mm，以保证第二阻焊线243与电路板2之间的结合力。本实施例中，第二阻焊线243的宽度W2为0.1mm。所述第二阻焊线243与所述四周焊盘203之间设有一定空隙。
四周焊盘203与散热焊盘202之间设有第三阻焊线244，所述第三阻焊线244掩盖部分散热焊盘202。四周焊盘203可焊接区域边缘距离散热焊盘202可焊接区域边缘最小间隙尺寸Sdis≥0.3mm。本实施例中，经第三阻焊线244掩盖后的散热焊盘202的可焊接区域的外形尺寸E2为7.3mm；四周焊盘203与散热焊盘202之间的阻焊宽度尺寸W3为0.3mm。
所述阻焊环241与第一阻焊线242、第二阻焊线243及第三阻焊线244共同构成电路板2的阻焊区域204，多个所述小尺寸散热子焊盘205与多个所述四周焊盘206共同构成电路板2的可焊接区域，如图5所示。所述阻焊环241与第一阻焊线242、第二阻焊线243以及第三阻焊线244均采用阻焊材料。
本发明还提出了一种大尺寸QFN封装器件的高可靠组装方法，采用全自动组装及实时在线检测的方式将QFN封装器件1焊接于电路板2上，对QFN封装器件1组装过程、质量实时检测，避免不合格品流入下道工序，该组装方法及过程检测方法稳定可靠，能够保证大尺寸QFN封装器件1的批量化高可靠组装。
如图6所示，所述QFN封装器件1的组装方法，包括以下步骤：
S1、将焊膏3自动印刷于电路板2上的焊盘上；
S2、在线检测焊膏3的印刷质量；具体地，采用在线检测仪进行焊膏3印刷质量的检测；
S3、采用自动贴片的方式，将QFN封装器件1贴片于电路板2上；
S4、在线检测QFN封装器件1的贴片质量；具体地，采用在线AOI检测仪进行QFN封装器件1贴片质量的检测；
S5、对贴片后的QFN封装器件1进行再流焊接；
S6、在线检测QFN封装器件1的焊接质量；具体地，采用在线AOI检测仪进行QFN封装器件1焊接质量的检测。
进一步地，所述焊膏3通过网板印刷于所述电路板2上，所述网板的开孔布局与电路板2的可焊接区域的布局保持一致，保证焊点的高度及质量。本实施例中，所述网板中对应所述散热焊盘205的第一开孔尺寸为所述散热焊盘205尺寸的85％～95％；所述网板中对应所述四周盘的第二开孔尺寸为所述四周焊盘206尺寸的90％～100％。所述网板的开孔直角部位进行倒角处理，倒角尺寸R范围为0.06mm～0.15mm。优选地，所述网板材料为不锈钢钢片，钢片厚度范围为0.10mm～0.15mm。
所述焊膏3为SnPb焊膏或者SnAgCu无铅焊膏，焊膏3中的金属粉颗粒可为3号粉、4号粉或5号粉。本实施例中，所述焊膏3采用Sn96.5Ag3.0Cu焊膏，焊粉的质量百分数为89.5wt％，焊膏3中金属焊颗粒为4号粉。
所述步骤S2中，焊膏3印刷质量检测，包括漏印、错印、桥连缺陷检测。优选地，焊膏3的印刷体积应满足工艺技术指标要求。
所述步骤S4中，贴片质量检测器件为QFN封装焊前AOI检测，检测QFN封装器件1贴片位置及极性是否正确，避免由于贴片错误导致焊接后返工。
所述步骤S5中，再流焊接方法为红外再流焊接、热风再流焊接或真空汽相再流焊接方法。本实施例中，所述再流焊接方法采用热风再流焊接方式，焊接峰值温度为230℃，焊接峰值温度保持时间为30s。
所述步骤S6中，QFN封装器件1焊接质量检测通过自动检测的方式对器件四周焊端102的焊点侧面润湿爬升情况进行检测。
需要说明的是，QFN封装器件1在预烘后、组装前，进行了焊端去氧化预处理，通过物理抛光方式去除侧面焊端裸铜表面氧化物，促进器件侧面焊端的焊锡爬升。
本申请对用于大尺寸QFN封装器件1电路板2的焊盘开展优化设计，在保证器件应用性能的前提性，提高了器件的组装工艺性能。所述散热焊盘202上设置多个散热导通孔201，并采用阻焊环241对所述散热导通孔201进行阻焊，不仅保证了焊接过程不漏锡，且为焊接过程助焊剂挥发提供通道，降低焊接空洞率，同时对散热焊盘202进行阻焊阵列分隔设计，减少四周焊盘203与散热焊盘202之间尺寸差异过大所导致的焊接不良缺陷。
本申请还采用全流程自动组装及在线检测技术实现QFN封装器件1的组装，对QFN封装器件1组装过程质量实时检测，避免不合格品流入下道工序，该组装工艺方法及过程检测方法稳定可靠，能够保证大尺寸QFN封装器件1的批量化高可靠组装。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种用于大尺寸QFN封装器件焊接的电路板，所述大尺寸QFN封装器件的器件本体设有底部焊端，所述底部焊端包括位于器件本体的底部中心的散热焊端，以及多个均匀分布在器件本体的底部周边的四周焊端，所述大尺寸QFN封装器件的尺寸大于6mm×6mm，所述散热焊端的尺寸大于5mm×5mm，所述器件四周焊端的数量大于48，且相邻两个四周焊端的中心间距为0.4mm～0.6mm；其特征在于，
所述电路板上设有散热焊盘及四周焊盘，所述散热焊盘、四周焊盘的布局及尺寸与所述大尺寸QFN封装器件的散热焊端、四周焊端的布局及尺寸相匹配；
所述散热焊盘上设有多个贯穿所述电路板的散热导通孔，每个所述散热导通孔的侧面均设有阻焊环，且所述阻焊环不覆盖所述散热导通孔，以保证焊接过程助焊剂的挥发；
所述散热焊盘上还设有多条第一阻焊线，所述第一阻焊线以所述阻焊环为基点向外延伸，将所述散热焊盘分隔成多个小尺寸散热子焊盘，以降低散热焊盘与四周焊盘的尺寸差异。
2.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述多个散热导通孔采用阵列形式布局，散热导通孔的直径范围为0.2mm～0.4mm，相邻两个散热导通孔的中心间距范围为0.8mm～2.0mm，且位于阵列边缘的散热导通孔的外径边缘与散热焊盘的外径边缘之间的距离不小于0.3mm。
3.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，每条所述第一阻焊线均连接有至少两个所述阻焊环，每个所述阻焊环均连接有至少一条所述第一阻焊线，实现所述阻焊环、第一阻焊线之间的互联。
4.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述阻焊环的环宽尺寸不小于0.125mm，第一阻焊线的宽度W1不小于0.125mm。
5.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，相邻两个所述四周焊盘之间设有第二阻焊线，所述第二阻焊线的宽度W2不小于0.1mm。
6.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述四周焊盘与所述散热焊盘之间设有第三阻焊线，所述第三阻焊线的宽度W3不小于0.3mm。
7.一种基于如权利要求1～6任意一项所述的电路板进行大尺寸QFN封装器件高可靠组装的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将焊膏自动印刷于电路板上的焊盘上；
S2、在线检测焊膏的印刷质量；
S3、采用自动贴片的方式，将QFN封装器件贴片于电路板上；
S4、在线检测QFN封装器件的贴片质量；
S5、对贴片后的QFN封装器件进行再流焊接；
S6、在线检测QFN封装器件的焊接质量。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述焊膏通过网板自动印刷于所述电路板上；
所述网板的开孔布局与电路板中散热焊盘及四周焊盘的布局一致；所述网板中对应所述散热焊盘的第一开孔尺寸为所述散热焊盘尺寸的85％～95％；所述网板中对应所述四周盘的第二开孔尺寸为所述四周焊盘尺寸的90％～100％；
所述网板的开孔直角部位进行倒角处理，倒角尺寸R范围为0.06mm～0.15mm。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述焊膏为SnPb焊膏或者SnAgCu无铅焊膏，焊膏中的金属粉颗粒可为3号粉、4号粉或5号粉。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，再流焊接方法为红外再流焊接、热风再流焊接或真空汽相再流焊接方法；采用在线AOI检测仪对QFN封装器件的贴片质量及焊接质量进行实时在线检测。
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