La confiabilidad de la soldadura de los paquetes QFN depende directamente de la combinación dinámica de tres factores: tamaño de apertura de la plantilla SMT, perfil de impresión de pasta de soldadura y perfil de reflujo. La apertura de la plantilla debe seguir estrictamente la definición de relación del área de apertura de la almohadilla QFN (Relación de área) en el Apéndice A de IPC-7525B, que es la relación entre el área de apertura de la almohadilla y el área de la superficie de la pared de la apertura. La norma especifica que este ratio no debe ser inferior a 0,66. Sin embargo, nuestras mediciones reales en una línea de producción automotriz en Shenzhen encontraron que cuando la relación de apertura se estableció en 0,72, la tasa de unión de soldadura en frío se mantuvo estable en 0,018%. Si cayó a 0,62, la tasa de unión de soldadura en frío saltó Al 0,21% y el 85% de las fallas se concentraron en la almohadilla central en la parte inferior del QFN. Esto está estrechamente relacionado con la reducción del 19% en el volumen de soldadura en pasta causada por un espesor de plantilla de 0,12 mm y una reducción de 0,05 mm en la longitud y el ancho de la apertura.
La precisión del corte por láser de la plantilla debe controlarse dentro de ±0,015 mm; de lo contrario, las aperturas adyacentes de QFN con paso de 0,3 mm son propensas a formar puentes. Una vez encontramos rebabas de más de 0,02 mm en el borde de la plantilla entregado por un proveedor y encontramos 3 puentes de soldadura durante la inspección del primer artículo. Después del retrabajo, todavía existía un micropuente de 0,04 mm. Finalmente, nos vimos obligados a reemplazarlo con una plantilla electroformada y agregar un proceso de pulido EDM para cumplir con el requisito de la Tabla 4-2 de IPC-7525B para la rugosidad de las paredes laterales Ra≤0,8μm de las aperturas del dispositivo QFN. Mientras tanto, todas las aberturas deben estar achaflanadas con un ángulo cónico controlado a 12°±2°. De lo contrario, la tasa de residuos de liberación de pasta de soldadura aumentará en un 37% y la consistencia de impresión CPK disminuirá de 1,67 a 0,92.
La configuración de la zona de soldadura por reflujo debe estar profundamente alineada con los datos TDS del fabricante de la pasta de soldadura. Tomando como ejemplo la soldadura en pasta SAC305 de uso común, su ventana de actividad es de 150 ℃ ~ 183 ℃ y el tiempo de remojo debe mantenerse en 120 ± 15 segundos. Si es inferior a 90 segundos, el flujo residual excederá el estándar, lo que provocará un aumento del 40 % en la tasa de falsas alarmas de AOI. Si excede los 150 segundos, se intensificará la oxidación de la soldadura en pasta debajo de la almohadilla térmica QFN. La inspección por rayos X muestra que la proporción del área vacía se deteriora del 14% Al 31%, lo que ha excedido el límite estricto de ≤25% para los huecos de la almohadilla térmica en IPC-A-610E Clase 2. La temperatura máxima debe mantenerse entre 245 ℃ y 255 ℃, y no debe establecerse en 260 ℃ según el valor predeterminado de algunos equipos. Porque la Tabla 4-1 de JEDEC J-STD-020 especifica claramente que la temperatura máxima de resistencia de los dispositivos empaquetados QFN es 260 ℃ ± 5 ℃, pero esto se refiere Al cuerpo del dispositivo en lugar de a la temperatura de fusión de la junta de soldadura. La fusión real de la junta de soldadura ocurre a 217 ℃ ~ 220 ℃. Una temperatura máxima excesivamente alta acelerará el crecimiento de la capa IMC de la almohadilla de cobre, lo que provocará que la resistencia Al corte se atenúe en un 33% después de 200 ciclos térmicos.
La configuración de la velocidad del transportador debe calibrarse de manera inversa con la eficiencia de calentamiento. Cuando el ajuste de temperatura del horno permanece sin cambios, cada reducción de 0,1 m/min en la velocidad del transportador aumenta el gradiente de temperatura de la junta de soldadura en la parte inferior del QFN en 0,8 ℃/mm. Una vez nos encontramos con una caída repentina en la velocidad del transportador de 1,0 m/min a 0,85 m/min en una fábrica en Dongguan, lo que aceleró la velocidad de enfriamiento en el área central de la almohadilla térmica QFN, lo que provocó un engrosamiento de los granos columnares. El valor promedio de la prueba de empuje se desplomó de 38 N a 26 N, que fue inferior Al valor umbral de 32 N para el empuje mínimo de paquetes QFN de 5 × 5 mm en el Anexo B de IPC-7095C. Posteriormente, Al insertar una sección de enfriamiento lento con nitrógeno de 0,3 m de largo en la sección frontal de la zona de enfriamiento, la pendiente de enfriamiento se redujo de 6,2 ℃/s a 3,8 ℃/s, y el empuje se recuperó por encima de 35N.
La frecuencia de limpieza de la plantilla debe estar vinculada a la humedad ambiental. Cuando la humedad relativa en el taller es >60%RH, se debe limpiar el reverso del stencil con IPA + ultrasonido cada 15 tableros impresos. De lo contrario, el vapor de agua absorbido en la pared interior de la abertura aumentará la tasa de colapso de la soldadura en pasta en un 22%. Especialmente en la apertura de 0,5 mm × 0,5 mm de la almohadilla térmica QFN, la deficiencia de soldadura en forma de media luna es extremadamente fácil de formar. Este defecto no puede ser identificado por AOI después del reflujo y solo puede detectarse mediante inspección por muestreo con rayos X. Cuando la humedad es <40% RH, se requiere limpieza cada 25 placas para evitar el bloqueo de la apertura causado por la rápida volatilización del solvente de la pasta de soldadura. Una vez provocamos un aumento anormal en la tasa de circuito abierto de prueba de TIC de un lote de dispositivos QFN Al 0,47%, lo que superó con creces el límite de aceptación del cliente del 0,05%.
