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

四側(cè)無(wú)引腳扁平封裝（QFN），表面貼裝型封裝之一，是一種焊盤(pán)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)。現(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(wú)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(shù)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(wú)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(pán)用來(lái)導(dǎo)熱，圍繞大焊盤(pán)的封裝外圍四周有實(shí)現(xiàn)電氣連結(jié)的導(dǎo)電焊盤(pán)。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(pán)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(guò)外露的引線框架焊盤(pán)提供了出色的散熱性能，該焊盤(pán)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(pán)直接焊接在電路板上，并且PCB中的散熱過(guò)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(pán)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(lái)進(jìn)行的。由于QFN是一個(gè)全新的封裝類型，印制板焊盤(pán)設(shè)計(jì)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或指導(dǎo)書(shū)還沒(méi)有制定出來(lái)，況且，焊盤(pán)設(shè)計(jì)完成后，還需要通過(guò)一些試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。當(dāng)然，在充分考慮元件底部的散熱焊盤(pán)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(lái)制定設(shè)計(jì)原則。

QFN的焊盤(pán)設(shè)計(jì)主要有三個(gè)方面：①周邊引腳的焊盤(pán)設(shè)計(jì)；②中間熱焊盤(pán)及過(guò)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(pán)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(pán)可采用與全引腳封裝一樣的設(shè)計(jì)，周邊引腳的焊盤(pán)設(shè)計(jì)尺寸如圖3。在圖中，尺寸Zmax為焊盤(pán)引腳外側(cè)最大尺寸，Gmin是焊盤(pán)引腳內(nèi)側(cè)最小尺寸。D2t為散熱焊盤(pán)尺寸。X、Y是焊盤(pán)的寬度和長(zhǎng)度。

MLF焊盤(pán)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(wèn)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(pán)尺寸，表1列出了一些常見(jiàn)QFN封裝的PCB焊盤(pán)設(shè)計(jì)尺寸。

散熱焊盤(pán)和散熱過(guò)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(pán)，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(pán)以及散熱過(guò)孔，散熱焊盤(pán)提供了可靠的焊接面積，過(guò)孔提供了散熱途徑。

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

散熱過(guò)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(guò)孔的間距為1.0mm～1.2mm，過(guò)孔尺寸為0.3mm～0.33mm。散熱過(guò)孔有四種設(shè)計(jì)形式：如使用干膜阻焊膜從過(guò)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(guò)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(guò)孔，減小了氣孔的尺寸，但元件底部焊盤(pán)上的焊料會(huì)減少。散熱過(guò)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(guò)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在底部填充的熱焊盤(pán)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(kāi)口應(yīng)比焊盤(pán)開(kāi)口大120μm～150μm，即焊盤(pán)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(pán)網(wǎng)板開(kāi)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(kāi)口尺寸略小于焊盤(pán)尺寸的設(shè)計(jì)，而較薄的網(wǎng)板開(kāi)口尺寸可設(shè)計(jì)到1：1。推薦使用激光制作開(kāi)口并經(jīng)過(guò)電拋光處理的網(wǎng)板。

（1）周邊焊盤(pán)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(kāi)口尺寸可適當(dāng)比焊盤(pán)小一些，以減少焊接橋連的發(fā)生，如圖5所示。

（2） 散熱焊盤(pán)的網(wǎng)板設(shè)計(jì)

當(dāng)芯片底部的暴露焊盤(pán)和PCB上的熱焊盤(pán)進(jìn)行焊接時(shí)，由于熱過(guò)孔和大尺寸焊盤(pán)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(pán)區(qū)域網(wǎng)板設(shè)計(jì)時(shí)，要經(jīng)過(guò)仔細(xì)考慮，建議在該區(qū)域開(kāi)多個(gè)小的開(kāi)口，而不是一個(gè)大開(kāi)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(guò)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(kāi)路無(wú)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(méi)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(lái)判斷焊接的好壞。

從圖6中的X－ray圖像可見(jiàn)，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(lái)了問(wèn)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(wú)法判斷。就焊點(diǎn)外觀局部放大的照片來(lái)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(kāi)路、錫球等任何的缺陷都需要將元件移開(kāi)，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(pán)上點(diǎn)焊膏（如圖8）；三是將焊膏直接印刷在元件的焊盤(pán)上。上述方法都需要非常熟練的返修工人來(lái)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(pán)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循IPC的總原則，熱焊盤(pán)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(guò)孔的設(shè)計(jì)最好阻焊。對(duì)熱焊盤(pán)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(guò)孔的阻焊層有關(guān)，焊接時(shí)的過(guò)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(wú)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(wú)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(méi)有焊球，與PCB的電氣和機(jī)械連接是通過(guò)PCB焊盤(pán)上印刷焊膏、過(guò)回流焊形成的焊點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。