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QFP再流焊接接合部工艺可靠性设计

2019-05-20 09:16
可靠性杂坛
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一、接合部工艺可靠性设计

滨田正和认为:当对QFP接合部施加外力作用时,接合部发生的应力分布如图1所示。

图1 QFP接合部发生的应力分布

其应力分布具有下述两个特征:① 靠近封装主体的引线部分在受到外力作用后,此部分发生的应力最大。因此,由于外力作用产生钎料接合部裂纹时,一般都集中在此处。② 应力沿引线长度方向的分布,在引线厚度约3倍长处为零。由上可知,在考虑QFP引线接合部的可靠性时,只需考虑在靠近QFP封装主体部分钎料量的可靠性即可,而沿引线长度方向的钎料量对可靠性判断所起的作用不大。靠近QFP封装主体部引线钎料量与最大应力的分布关系大致如图2所示。

图2 钎料弯月面与最大应力的关系

由接合部的可靠性可以决定钎料弯月面的形状,而确定钎料量的主要因素如图3所示。

图3 确定钎料量的主要因素

由图3可知,如果设定的钎料量少,会降低接合部的可靠性。如果钎料量过多,再流焊时熔融钎料又会流向邻近的引线处而形成桥连,而且还易引起引线浮动。因此,QFP钎料量的管理必须要考虑桥连、引线浮动、可靠性等影响因素,具体确定方法可参考图4进行。

图4 钎料量的确定

由图4可知,在生产现场管理中必须注意下述两点:① QFP引线形状的稳定性对接合部可靠性、桥连的发生率等将产生很大的影响。因此,先要确保引线尺寸的稳定性(共面性),这是质量控制的关键。因此,对进入生产现场的QFP引线一定要进行检查。② QFP引线间距越来越细,使得钎料量的最佳化管理范围越来越窄。因此,作为供给焊膏的印刷机必须选择高性能、高精度型的装罝,以保证钎料量供给的稳定性。

二、焊盘设计焊盘尺寸设计

可根据所选用的QFP的具体尺寸(由产品制造商或供应商提供 )来进行,如图5所示。

图5 QFP焊盘尺寸的确定

1)焊盘宽度b焊盘宽度b可利用下式求出,即由QFP引线间距e和PCB焊盘导体间最小间隙d求出,如图6所示。b=e-d (1)式中 e——引线间距;d——PCB最小导体间距。

图6 焊盘宽度b的确定

如果最小导体间距d变小,则焊盘宽度b可以增大。对贴装QFP来说,接合部变宽,接合的余量就大。但是,最小导体间距缩小,就增加了PCB制造工艺的难度。因此,最小导体间距通常可按表1所列数据选择确定。

表1 QFP引线间距和PCB最小导体间距

2)MDL、MDS、MEL、MES的计算MDL、MDS和MEL、MES的计算基本相同,这里仅以MDL、MDS的计算为例。焊盘尺寸MDL、MDS可由QFP接合部的可靠性来决定。为了确保QFP接合部的可靠性,QFP引线内侧的最小长度常取0.4mm(形成弯月面所必需的),外侧接合部形成的弯月面也必须符合要求。因此,焊盘尺寸的确定可参照图7依次将MDL、MDS求出。

图7 MDL、MDS的计算

MDL=HD+S1×2+QFP位置精度(2)式中 HD——引线外形长度;S1——趾部边长,S1=0.3mm(经验数据)。MDS=HD-L×2-S2×2-QFP位置精度 (3)式中 HD——引线外形长度;L——引线长度;S2——跟部边长,S2=0.4mm(接合部可靠性条件)。QFP的位置精度与片式元器件焊盘设计时相同,可按贴片机贴装精度和QFP尺寸精度来求得,QFP尺寸精度由QFP外形尺寸精度和引线长度精度组合而成。具体可按下式确定:

式中 δ5——贴片精度;ΔHD——QFP外形尺寸精度;ΔL——QFP引线长度精度。

三、印刷钢网开口部设计

设计思路与片式元器件相同,即从接合部可靠性要求来确定必要的钎料量,在确保质量的基础上进行焊盘设计,然后按焊盘宽度和综合精度来确定印刷网板开口部尺寸。四、QFP工艺可靠性设计中的注意点与片式元器件设计时所考虑的因素相同,QFP焊接工艺可靠性设计时需注意下述3点:① 设计中要注意QFP本身的尺寸偏差,并防止由此而产生的不良现象。② 要注意到贴片机贴装精度的稳定性,以避免在生产中由于贴装精度原因造成QFP位置超差。同时在生产中也应关注此点。③ QFP工艺可靠性设计中,要注意防止再流焊接中的桥连现象。该现象产生的因素大多是一个焊盘对钎料的吸收性差,再流焊接中钎料流向邻近的另一焊盘造成焊盘间的桥连。作为预防措施,对QFP焊盘钎料量的设定一定要适度,钎料过多就易发生桥连。确定钎料供给的最佳量时,既要符合引线接合部的可靠性要求,又要能防止桥连的发生。前面介绍的钎料吸收面积效果,焊区设计中特设置了多余的吸收钎料的吸收面积,其作用就是通过对钎料剩余量的吸收,促进完好接合来防止桥连的发生。

根据樊融融编著的现代电子装联工艺可靠性改编

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