A confiabilidade da soldagem dos pacotes QFN depende diretamente da correspondência dinâmica de três fatores: tamanho da abertura do estêncil SMT, perfil de impressão da pasta de solda e perfil de reFluxo. A abertura do estêncil deve seguir estritamente a definição da proporção da área de abertura da almofada QFN (Proporção de área) no Apêndice A do IPC-7525B, que é a proporção entre a área de abertura da almofada e a área da superfície da parede da abertura. A norma especifica que esta relação não deve ser inferior a 0,66. No entanto, nossas medições reais em uma linha de produção automotiva em Shenzhen descobriram que quando a taxa de abertura foi definida como 0,72, a taxa de junta de solda fria permaneceu estável em 0,018%. Se caísse para 0,62, a taxa de junta de solda fria saltava para 0,21% e 85% das falhas concentravam-se na almofada central na parte inferior do QFN. Isto está intimamente relacionado à redução de 19% no volume da pasta de solda causada por uma espessura de estêncil de 0,12 mm e uma redução de 0,05 mm no comprimento e largura da abertura.
A precisão do corte a laser do estêncil deve ser controlada dentro de ± 0,015 mm; caso contrário, aberturas adjacentes de QFNs com passo de 0,3 mm são propensas a formar pontes. Certa vez, encontramos rebarbas superiores a 0,02 mm na borda do estêncil entregue por um fornecedor e encontramos 3 pontes de solda durante a primeira inspeção do artigo. Após o retrabalho, ainda existia uma microponte de 0,04 mm. Finalmente, fomos forçados a substituí-lo por um estêncil eletroformado e adicionar um processo de polimento EDM para atender ao requisito da Tabela 4-2 do IPC-7525B para a rugosidade da parede lateral Ra≤0,8μm das aberturas do dispositivo QFN. Enquanto isso, todas as aberturas devem ser chanfradas com um ângulo de conicidade controlado em 12°±2°. Caso contrário, a taxa de resíduos de liberação de pasta de solda aumentará em 37% e a consistência de impressão CPK cairá de 1,67 para 0,92.
As configurações da zona de solda por refluxo devem estar profundamente alinhadas com os dados TDS do fabricante da pasta de solda. Tomando como exemplo a pasta de solda SAC305 comumente usada, sua janela de atividade é de 150 ℃ ~ 183 ℃ e o tempo de imersão deve ser mantido em 120 ± 15 segundos. Se for inferior a 90 segundos, o fluxo residual excederá o padrão, levando a um aumento de 40% na taxa de falsos alarmes AOI. Se exceder 150 segundos, a oxidação da pasta de solda sob a almofada térmica QFN se intensificará. A inspeção por raios X mostra que a proporção de áreas vazias se deteriora de 14% para 31%, o que excedeu o limite rígido de ≤25% para vazios de almofadas térmicas no IPC-A-610E Classe 2. A temperatura de pico deve ser travada entre 245°C e 255°C, e não deve ser definida para 260°C de acordo com o valor padrão de alguns equipamentos. Porque JEDEC J-STD-020 Tabela 4-1 especifica claramente que o pico de temperatura suportável dos dispositivos embalados QFN é 260 ℃ ± 5 ℃, mas isso se refere ao corpo do dispositivo e não à temperatura de fusão da junta de solda. O derretimento real da junta de solda ocorre em 217°C~220°C. Uma temperatura de pico excessivamente alta acelerará o crescimento da camada IMC da almofada de cobre, fazendo com que a resistência ao cisalhamento atenue em 33% após 200 ciclos térmicos.
A configuração da velocidade do transportador deve ser calibrada inversamente com a eficiência de aquecimento. Quando a configuração de temperatura do forno permanece inalterada, cada redução de 0,1 m/min na velocidade do transportador aumenta o gradiente de temperatura da junta de solda na parte inferior do QFN em 0,8 ℃/mm. Certa vez, encontramos uma queda repentina na velocidade do transportador de 1,0 m/min para 0,85 m/min em uma fábrica em Dongguan, o que acelerou a taxa de resfriamento na área central da almofada térmica QFN, resultando no engrossamento dos grãos colunares. O valor médio do teste de empuxo despencou de 38N para 26N, que foi inferior ao valor limite de 32N para o empuxo mínimo de pacotes QFN 5 × 5mm no Anexo B do IPC-7095C. Posteriormente, ao inserir uma seção de resfriamento lento de nitrogênio de 0,3 m de comprimento na seção frontal da zona de resfriamento, a inclinação de resfriamento foi reduzida de 6,2 ℃/s para 3,8 ℃/s, e o empuxo recuperado para acima 35N.
A frequência de limpeza do estêncil deve estar atrelada à umidade ambiente. Quando a umidade relativa na oficina for >60%UR, o verso do estêncil deve ser limpo com IPA + ultrassom a cada 15 placas impressas. Caso contrário, o vapor de água adsorvido na parede interna da abertura aumentará a taxa de colapso da pasta de solda em 22%. Especialmente na abertura de 0,5 mm × 0,5 mm da almofada térmica QFN, a deficiência de solda em forma de crescente é extremamente fácil de formar. Este defeito não pode ser identificado pelo AOI após o refluxo e só pode ser detectado por inspeção de amostragem por raios X. Quando a umidade é <40% UR, a limpeza é necessária a cada 25 placas para evitar o bloqueio da abertura causado pela rápida volatilização do solvente da pasta de solda. Certa vez, causamos um aumento anormal na taxa de circuito aberto de teste de TIC de um lote de dispositivos QFN para 0,47%, o que excedeu em muito o limite de aceitação do cliente de 0,05%.
