Надежность пайки корпусов QFN напрямую зависит от динамического согласования трех факторов: размера апертуры SMT-трафарета, профиля печати паяльной пасты и профиля оплавления. Апертура трафарета должна строго соответствовать определению коэффициента площади апертуры площадки QFN (коэффициент площади) в Приложении A стандарта IPC-7525B, которое представляет собой отношение площади апертуры площадки к площади поверхности стенки апертуры. Стандартом установлено, что этот коэффициент не должен быть ниже 0,66. Однако наши фактические измерения на производственной линии автомобильного производства в Шэньчжэне показали, что, когда коэффициент апертуры был установлен на 0,72, степень холодной пайки оставалась стабильной на уровне 0,018%. Если оно падало до 0,62, процент холодной пайки подскакивал до 0,21%, а 85% отказов концентрировались на центральной площадке в нижней части QFN. Это тесно связано с уменьшением объема паяльной пасты на 19%, вызванным толщиной трафарета 0,12 мм и уменьшением длины и ширины апертуры на 0,05 мм.
Точность лазерной резки трафарета должна контролироваться в пределах ±0,015 мм; в противном случае соседние отверстия QFN с шагом 0,3 мм будут склонны к закупориванию. Однажды мы обнаружили заусенцы размером более 0,02 мм на кромке трафарета, поставленного поставщиком, и обнаружили 3 перемычки припоя во время первой проверки изделия. После переделки микромост 0,04 мм все еще существовал. Наконец, мы были вынуждены заменить его гальваническим трафаретом и добавить процесс электроэрозионной полировки, чтобы удовлетворить требованиям Таблицы 4-2 стандарта IPC-7525B к шероховатости боковой стенки Ra≤0,8 мкм апертур устройства QFN. При этом все отверстия должны быть скошены под углом 12°±2°. В противном случае процент остатков паяльной пасты увеличится на 37%, а консистенция печати CPK снизится с 1,67 до 0,92.
Настройки зоны пайки оплавлением должны точно соответствовать данным TDS производителя паяльной пасты. Если взять в качестве примера широко используемую паяльную пасту SAC305, ее окно активности составляет 150℃~183℃, а время выдержки должно поддерживаться на уровне 120±15 секунд. Если оно меньше 90 секунд, остаточный поток превысит стандарт, что приведет к увеличению частоты ложных тревог AOI на 40%. Если оно превысит 150 секунд, усилится окисление паяльной пасты под термопрокладкой QFN. Рентгеновский контроль показывает, что соотношение площади пустот ухудшается с 14% до 31%, что превышает жесткий предел ≤25% для пустот термопрокладки в IPC-A-610E класса 2. Пиковая температура должна быть зафиксирована в диапазоне от 245 ℃ до 255 ℃ и не должна устанавливаться на 260 ℃ в соответствии со значением по умолчанию для некоторого оборудования. Потому что в Таблице 4-1 JEDEC J-STD-020 четко указано, что пиковая выдерживаемая температура корпусных устройств QFN составляет 260 ℃ ± 5 ℃, но это относится к корпусу устройства, а не к температуре плавления паяного соединения. Фактическое плавление паяного соединения происходит при температуре 217℃~220℃. Чрезмерно высокая пиковая температура ускорит рост IMC-слоя медной площадки, в результате чего прочность на сдвиг снизится на 33% после 200 термических циклов.
Настройка скорости конвейера должна быть обратно калибрована с эффективностью нагрева. Когда настройка температуры печи остается неизменной, каждое снижение скорости конвейера на 0,1 м/мин увеличивает градиент температуры паяного соединения в нижней части QFN на 0,8 ℃/мм. Однажды мы столкнулись с внезапным падением скорости конвейера с 1,0 м/мин до 0,85 м/мин на заводе в Дунгуане, что привело к увеличению скорости охлаждения в центральной части термоподушки QFN, что привело к укрупнению столбчатых зерен. Среднее значение испытательной тяги упало с 38 Н до 26 Н, что было ниже порогового значения 32 Н для минимальной тяги пакетов QFN 5×5 мм в IPC-7095C, Приложение B. Впоследствии, вставив секцию медленного охлаждения азотом длиной 0,3 м в переднюю часть зоны охлаждения, крутизна охлаждения была уменьшена с 6,2 ℃/с до 3,8 ℃/с, а тяга восстановилась до вышеуказанного значения. 35N.
Частота очистки трафарета должна быть связана с влажностью окружающей среды. Когда относительная влажность в мастерской >60% относительной влажности, обратную сторону трафарета необходимо очищать ультразвуком IPA + каждые 15 печатных плат. В противном случае водяной пар, адсорбированный на внутренней стенке отверстия, увеличит скорость разрушения паяльной пасты на 22%. Особенно легко образоваться дефицит припоя в форме полумесяца, особенно при апертуре термопрокладки QFN размером 0,5×0,5 мм. Этот дефект не может быть идентифицирован методом AOI после оплавления и может быть обнаружен только путем рентгеновского контроля образцов. Когда относительная влажность <40%, очистка требуется каждые 25 плат, чтобы предотвратить закупорку отверстия, вызванную быстрым испарением растворителя паяльной пасты. Однажды мы вызвали аномальное увеличение частоты обрывов цепи при тестировании ICT в партии устройств QFN до 0,47 %, что намного превысило предел приемки заказчиком в 0,05 %.
