QFN 패키지의 솔더링 신뢰성은 SMT 스텐실 애퍼처 크기, 솔더 페이스트 인쇄 프로필 및 리플로우 프로필이라는 세 가지 요소의 동적 매칭에 직접적으로 좌우됩니다. 스텐실 애퍼처는 IPC-7525B의 부록 A에 있는 QFN 패드 애퍼처 면적비(면적비)의 정의를 엄격히 따라야 합니다. 이는 패드 애퍼처 면적과 애퍼처 벽 표면적의 비율입니다. 표준에서는 이 비율이 0.66보다 낮아서는 안 된다고 명시하고 있습니다. 그러나 심천의 자동차 등급 생산 라인에서 실제 측정한 결과 개구율이 0.72로 설정되었을 때 냉간 납땜 접합률이 0.018%로 안정적으로 유지되는 것으로 나타났습니다. 0.62로 떨어지면 콜드 솔더 조인트 비율이 0.21%로 뛰고, 불량의 85%가 QFN 하단 중앙 패드에 집중됐다. 이는 0.12mm의 스텐실 두께와 애퍼처 길이 및 폭의 0.05mm 감소로 인한 솔더 페이스트 볼륨의 19% 감소와 밀접한 관련이 있습니다.
스텐실의 레이저 절단 정확도는 ±0.015mm 이내로 제어되어야 합니다. 그렇지 않으면 0.3mm 피치 QFN의 인접한 조리개가 브리징되기 쉽습니다. 우리는 공급업체가 배송한 스텐실 가장자리에서 0.02mm를 초과하는 버를 발견한 적이 있으며 첫 번째 제품 검사 중에 3개의 솔더 브리지를 발견했습니다. 재작업 후에도 0.04mm 마이크로 브리지가 여전히 존재했습니다. 마지막으로 우리는 이를 전기주조 스텐실로 교체하고 EDM 연마 공정을 추가하여 QFN 장치 조리개의 측벽 거칠기 Ra≤0.8μm에 대한 IPC-7525B의 표 4-2 요구 사항을 충족해야 했습니다. 한편, 모든 조리개는 12°±2°로 제어되는 테이퍼 각도로 모따기되어야 합니다. 그렇지 않으면 솔더 페이스트 방출 잔여물 비율이 37% 증가하고 인쇄 일관성 CPK가 1.67에서 0.92로 떨어집니다.
리플로우 솔더링 영역 설정은 솔더 페이스트 제조업체의 TDS 데이터와 긴밀하게 일치해야 합니다. 일반적으로 사용되는 SAC305 솔더 페이스트를 예로 들면 활성 창은 150℃~183℃이고 담금 시간은 120±15초로 유지되어야 합니다. 90초 미만이면 잔류 플럭스가 기준을 초과하여 AOI 잘못된 경보 비율이 40% 증가합니다. 150초를 초과하면 QFN 열 패드 아래 솔더 페이스트의 산화가 강화됩니다. X-Ray 검사 결과 보이드 면적 비율이 14%에서 31%로 악화되는 것으로 나타났습니다. 이는 IPC-A-610E 클래스 2의 열 패드 보이드에 대한 하드 한계인 25% 이하를 초과한 것입니다. 피크 온도는 245℃~255℃ 사이로 고정되어야 하며 일부 장비의 기본값에 따라 260℃로 설정되어서는 안 됩니다. JEDEC J-STD-020 표 4-1에는 QFN 패키지 장치의 최고 내열 온도가 260℃±5℃라고 명시되어 있지만 이는 솔더 조인트 용융 온도가 아닌 장치 본체를 의미합니다. 실제 솔더 조인트 용융은 217℃~220℃에서 발생합니다. 최고 온도가 지나치게 높으면 구리 패드 IMC 층의 성장이 가속화되어 200회의 열 주기 후 전단 강도가 33% 감소하게 됩니다.
컨베이어 속도 설정은 가열 효율과 반대로 보정되어야 합니다. 퍼니스 온도 설정이 변경되지 않은 경우 컨베이어 속도가 0.1m/분 감소할 때마다 QFN 하단에 있는 솔더 조인트의 온도 구배가 0.8℃/mm 증가합니다. 한때 동관의 한 공장에서 컨베이어 속도가 1.0m/min에서 0.85m/min으로 급격하게 떨어지는 것을 경험했는데, 이로 인해 QFN 열 패드 중앙 영역의 냉각 속도가 가속화되어 기둥형 입자가 거칠어졌습니다. 평균 추력 시험값이 38N에서 26N으로 급락했는데, 이는 IPC-7095C Annex B의 QFN 5×5mm 패키지의 최소 추력 임계값인 32N보다 낮아졌다. 이어 냉각존 전면부에 0.3m 길이의 질소 서냉 구간을 삽입해 냉각 기울기를 6.2℃/s에서 3.8℃/s로 줄이고 추력은 35N 이상으로 회복했다.
스텐실 청소 빈도는 주변 습도와 연결되어야 합니다. 작업장의 상대 습도가 >60%RH인 경우 스텐실 뒷면은 인쇄 기판 15개마다 IPA + 초음파를 사용하여 청소해야 합니다. 그렇지 않으면 조리개 내벽에 흡착된 수증기가 솔더 페이스트 붕괴율을 22% 증가시킵니다. 특히 QFN 열 패드의 0.5mm×0.5mm 조리개에서는 초승달 모양의 납땜 결함이 매우 쉽게 형성됩니다. 이 결함은 리플로우 후 AOI로 식별할 수 없으며 X-Ray 샘플링 검사를 통해서만 감지할 수 있습니다. 습도가 40%RH 미만인 경우 솔더 페이스트 용매의 급속한 휘발로 인한 조리개 막힘을 방지하기 위해 25개 보드마다 청소가 필요합니다. 우리는 한때 QFN 장치 배치의 ICT 테스트 개방 회로 비율을 0.47%로 비정상적으로 증가시켰는데, 이는 고객 승인 한계인 0.05%를 훨씬 초과했습니다.
