由于小尺寸封装携带高功率芯片的能力越来越强，像QFN这样的底部终端元件封装就越来越重要。随着对可靠性性能的要求不断提高，对于像QFN这种封装中的电源管理元件，优化热性能和电气性能至关重要。此外，要最大限度地提高速度和射频性能，降低空洞对减少电路的电流路径十分重要。随着封装尺寸的缩小和功率需求的提高，市场要求减少QFN元件热焊盘下面的空洞，因此必须评估产生空洞的关键工艺因素，设计出最佳的解决方案。
在使用低空洞锡膏焊接底部终端元件封装时，增加涂敷微量助焊剂的锡膏预制件，同时结合工艺技术，就可以得到空洞尽可能少的理想焊锡体积。正如IPC7093规范所认定的，像QFN这种底部终端元件（BTC）的关键问题之一是焊点的焊锡体积要达到高可靠性焊点所需要的体积。本项研究对众多工艺因素，诸如回流温度曲线、回流氛围、焊盘的表面处理和模板设计等进行评估，针对QFN封装提出实现低空洞的高可靠性焊点的方案。接下来，佩特科技小编将接着《微量助焊剂涂层的焊膏预制件减少空洞的实验结果》一文中的内容继续讲解分析。
一、QFN封装的空洞结果
QFN是一种底部终端元件，在这种元件中，热焊盘和信号引线终端都在元件的下面。按照PF+锡膏配置和SPO配置以及电路板上的通孔类型，汇总了这些元件的空洞结果。没有通孔或没使用阻焊塞孔的PF+锡膏配置的空洞结果非常好，不到5%。使用阻焊塞孔的空洞结果稍微高一点，但仍比SPO配置的低。在氮气环境中回流的PF+锡膏配置所得到的空洞结果最突出，在所有这三种封装尺寸下空洞结果都是5-10%。
在X光分析中观察到用PF+锡膏配置制作的组件在从一个元件到另一个元件的空洞和焊盘覆盖方面的一致性更好。PF+锡膏配置的空洞分布比SPO配置的更紧凑。
在SPO的例子中，空洞的分布范围更大，在相同的电路板上在类似电路板位置上元件的空洞百分比在11%到37%之间。可以在图10中看到，使用微量助焊剂预成型焊锡，在同等条件下，一致空洞百分比更好。这种一致性将降低缺陷率，从而消除组件的返工。
分析的另一个重点是评估通孔设计对空洞百分率的影响。在pcba中，电路板通孔的复杂性和功能体现在重要的元件上。
在本研究中评估了两类通孔：贯穿导孔和阻焊塞孔。所有通孔的直径都是0.3毫米。阻焊塞孔的直径是0.3毫米，贯穿导孔在顶部和底部有直径0.5毫米的阻焊膜。阻焊膜看起来有一些弯曲（凹曲），这可能会因滞留空气而增加空洞。
在为QFN或任何其他BTC建立工艺时，选择焊接材料是一个重要因素。空洞对于底部终端元件来说是个问题，特别是对QFN来说，它有热焊盘需要导出集成电路（IC）的热量。过多的空洞会增加热界面的热阻。常见的做法把焊盘和通孔设计成让挥发物可以在回流过程中更容易逸出，尽可能地减少BTC下面的空洞。此外，在检查PF+锡膏配置时，会观察到空洞和配置间的一致性。对于阻焊塞孔，可以在孔的周围看到空洞。正如前面提到的，阻焊剂中的弯曲可能是导致在通孔区域中出现空洞水平比较高的原因。使用PF+锡膏的配置时观察到空洞水平比较低，尺寸也比较小。
在所有smt贴片加工生产的例子中，在评估通孔或没有阻塞的通孔时，焊锡会从孔中溢出，造成电路板底部凸起。这种不受控制的焊锡爬越会导致pcba和散热片之间的热连接不充分。减小通孔的直径可以限制焊锡爬越的量。对于比较小的通孔，通孔内的液态焊锡的表面张力可以抵消重力的作用，能够尽可能地减少焊锡爬越。但是，缩小孔的直径会导致整个热阻变大，这可能是这种方法的一个缺点。
在使用5.4毫米x5.4毫米、48个引脚的元件的例子中，电路板采用每个焊盘四个通孔的设计。结果与单孔设计电路板观察到的结果相似。在填充了焊锡的通孔焊盘上的大部分空洞都在通孔的顶部。在没有填满焊锡通孔的焊盘中的空洞百分率比较低，但是，根据X光和光学分析，在所有情况下都观察到焊锡爬越到电路板底面的现象。焊锡填满通孔的焊点会出现更大、更多的空洞。
有部分组件按照金相学的方法为微观结构评估做准备。检查元件热焊盘和焊锡之间的界面反应，还有焊锡和电路板焊盘之间的界面反应。在所有的界面上形成均匀和连续的金属间化合物（IMC）层，可接受的焊点使用两种配置（SPO和PF+锡膏）制作。
二、要点与结论
本文介绍了之前的和当前的工作，展示了使用低空洞的微量助焊剂锡膏预成型的QFN组件和其他BTC组件方面和优化像模板设计、焊盘设计和回流参数等工艺参数优化方面的进展。
预制成型的焊锡设计、选择特定的助焊剂数量并且优化焊接条件，可以显著地减少焊点空洞。在元件尺寸不一样的情况下实现空洞百分比低于10%。在空气回流环境和氮气回流环境中结合使用预制成形焊锡技术和微量助焊剂涂敷技术，可以确保形成低空洞焊点。减少锡膏体积和控制涂敷微量助焊剂的预成形焊锡中的助焊剂总量可以把助焊剂残渣降到最低并且保证良好的BTC的电化学可靠性。低空洞微量助焊剂技术和电子行业中常用的浸锡和浸银技术兼容。通孔设计是BTC组装中的一个重要因素。通孔的类型和直径可能是实现低空洞和可靠的焊接组装的关键因素。
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