专利名称：一种提升高频qfn器件焊装可靠性的方法
技术领域：
本发明属于电子装联技术领域，特别是涉及一种实现高频QFN器件可靠焊装的工 艺方法。
背景技术：
无引脚扁平封装(Quad Flat No Lead,以下简称QFN)是一种较新的IC封装形式， QFN器件外观呈正方形或矩形，大小接近于CSP，很薄很轻。元件底部具有与底面水平的焊 端，在中央有一个大面积裸露焊端用来导热，围绕大焊端的外围四周有实现电气连接的I/ 0焊端，QFN采用周边引脚方式使PCB布线更灵活，中央裸露的铜焊端提供了良好的导热性 能和电性能。这些特点使QFN在某些对体积、重量、热性能、频率高的电子产品中得到了广 泛应用。但QFN器件特殊的封装形式也加大了工艺实施和质量保证的难度首先，贴装器件 时，器件焊端不可视，手工贴片时较难控制，且由于此类器件尺寸小、焊端间距小，贴片误差 易导致桥连；其次，由于QFN器件有腹部接地焊盘，且焊端间距小，焊接过程中，如果焊膏量 过多，会导致焊接应力增加并易造成桥连，如果焊膏量过少又易接地不良，进而影响产品性 能。尤其是一类特殊的QFN器件，其焊端不是嵌入器件管壳的金属实体，而是沉积在器件底 面陶瓷基板上的金属图形，焊端与器件内部的互联是通过金属化孔实现的，为非金属实体 焊端高频QFN器件。由于其焊端与器件本体间的结合力较小，焊接应力、热应力、装配应力 等控制不好时都可能造成焊端从器件本体脱离，从而形成开路，导致此类器件焊装的可靠 性保证难度高、产品合格率低，HITTITE公司的放大器Hmc260、Hmc44UHmc516即属于此类 器件。当微波产品频率较高时，为保证产品性能，要求微波印制电路板充分接地。传统的 组装方式(结构示意见图1)是将焊有元器件的印制板组合件再整体焊装在壳体内。这种 组装模式保证了良好的接地效果，但会导致焊点应力增加，主要原因是首先，需先将器件 用高温焊料焊接在印制板上，再随印制板焊装在壳体内，器件经历2次焊接过程，导致焊接 应力较大；其次，印制板焊接冷却时，焊料收缩应力经印制板传递到器件，导致装配应力增 大；最后，壳体材质多为铝合金，其热膨胀系数lppm/0C )与器件基材AL302的热膨胀 系数(6ppm/°C )差值较大，在高低温冲击试验及使用过程中冷热交变的情况下，会产生较 大的热应力。以上因素是导致采用传统组装方式的QFN器件失效的主要原因。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种提升高频QFN器件焊装可 靠性的方法，该方法在印制板与壳体之间加入了衬板，在保证印制板组合件充分接地的基 础上，避免器件二次受热，降低了焊接应力，并为印制板组合件提供良好的机械支撑，同时 还可大幅度降低元器件在冷热交变情况下产生的热应力。本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的一种提升高频QFN器件焊装可靠性的方法，包括如下步骤
(1)在衬板上均勻涂布高温焊料，并将印制板焊接在所述衬板上；(2)用漏板在印制板焊盘上涂布低温焊料，贴放QFN元器件并进行焊接，所述漏板 的开口尺寸小于所述印制板焊盘的尺寸，并且所述高温焊料的熔点比所述低温焊料的熔点 高 30 40°C ；(3)将衬板紧固在壳体内。在上述提升高频QFN器件焊装可靠性的方法中，步骤(1)中高温焊料的熔点为 214 220°C，高温焊料为 SnAg3. 5CuO. 5 或 SnAg3. 8CuO. 7。在上述提升高频QFN器件焊装可靠性的方法中，步骤O)中低温焊料的熔点为 180 188°C，低温焊料为 Sn63Pb37 或 Sn65Pb;35。在上述提升高频QFN器件焊装可靠性的方法中，衬板为金属材质，且金属材质的 热膨胀系数与待焊接的QFN元器件基材的热膨胀系数相同或相近。在上述提升高频QFN器件焊装可靠性的方法中，衬板的厚度为2mm 3mm。在上述提升高频QFN器件焊装可靠性的方法中，步骤⑴中将印制板焊接在衬板 上的方法如下(1)将印制板置于衬板上，调整位置使印制板与衬板对齐，施加压力将印制板压 平，确保焊膏不被挤出。(2)使用数显温控热板加热，温度设定为220 230°C，观察焊料熔化后持续加热 5 10秒，从数显温控热板上取下印制板与衬板焊接件自然冷却。在上述提升高频QFN器件焊装可靠性的方法中，步骤O)中印制板对应QFN器件 处的焊盘分为四周引脚焊盘和腹部接地焊盘，与四周引脚焊盘对应的漏板的开口尺寸为四 周引脚焊盘尺寸的65% 75%，优选70%，与腹部接地焊盘对应得漏板的开口尺寸为腹部 接地焊盘尺寸的60% 70%，优选65%，且漏板的厚度为0. 15mm，其中开口尺寸指开口面 积，焊盘尺寸指焊盘面积。在上述提升高频QFN器件焊装可靠性的方法中，步骤O)中在印制板焊盘上贴放 QFN元器件后，采用回流焊对元器件进行焊接，焊接峰值温度为210°C 230°C。在上述提升高频QFN器件焊装可靠性的方法中，步骤(3)中将衬板通过螺钉或螺 栓紧固在壳体内。本发明与现有技术相比具有如下优点(1)本发明焊装方法采用组装方式在印制板与壳体之间加入了衬板，在保证印制 板组合件充分接地的基础上，可以有效避免和降低焊点应力，主要是因为这种组装方式是 先使用高温焊料将印制板焊接在衬板上，再将器件焊接在印制板上，避免器件二次受热，大 大降低了焊接应力，提高了 QFN器件的可靠性和焊装合格率；(2)本发明焊装方法中衬板为厚度2mm 3mm的的金属板，为印制板组合件提供良 好的机械支撑，衬板用螺钉或螺栓紧固在壳体内，可有效避免装配应力的产生，实验证明衬 板厚度小于2mm则强度不够，厚度过大导致重量增加过多。(3)本发明焊装方法中衬板选择与器件基材热膨胀系数相同或相近的金属材质， 可大幅度降低器件焊点在高低温冲击试验及使用过程中冷热交变的情况下产生的热应力， 提高了 QFN器件的可靠性；(4)本发明焊装方法通过调整漏板开口尺寸对焊膏涂布量进行合理控制的方法，有效解决了 QFN器件焊装过程中焊膏量过多易导致焊接应力增加并造成桥连，焊膏量过少 又易降低接地效果的问题，本发明在大量实验基础上得出当与印制板焊盘中QFN器件四周 引脚焊盘对应的漏板的开口尺寸为四周引脚焊盘尺寸的65% 75%，与QFN器件腹部接地 焊盘对应得漏板的开口尺寸为腹部接地焊盘尺寸的60% 70%，且漏板的厚度为0. 15mm 时具有最佳的焊接效果；(5)大量实验表明采用本发明方法焊装的试验件QFN器件焊点可靠，未发生焊盘 从器件本体脱落及焊点桥连等问题，且性能指标优于传统工艺焊装的试验件。
图1为传统QFN器件组装结构示意图；图2为采用本发明焊装方法的QFN器件组装结构示意图；图3为本发明焊装方法的工艺流程图。图4为本发明印制板图结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明内容作进一步的详细说明实施例1 采用本发明设计的组装方式，即在印制板与壳体间加入衬板，衬板材料为黄铜 H62 (热膨胀系数16ppm/°C )，厚度2mm。试验件数量为4件，编号BOl B04。一、基础条件(1)印制板为了有效验证QFN器件的焊装质量，本实施例中的印制板力求简化，以避免引入 其他因素，如图4所示为本发明印制板图结构示意图，图中可以清楚看出印制板对应QFN器 件处的四周引脚焊盘和腹部接地焊盘，印制板材质为ROgers4350B，厚度为0. 254mm。(2)元器件根据印制板设计，单台试验件配套元器件情况见表1。表 权利要求
1.一种提升高频QFN器件焊装可靠性的方法，其特征在于包括如下步骤(1)在衬板上均勻涂布高温焊料，并将印制板焊接在所述衬板上；(2)用漏板在印制板焊盘上涂布低温焊料，贴放QFN元器件并进行焊接，所述漏板的 开口尺寸小于所述印制板焊盘的尺寸，并且所述高温焊料的熔点比所述低温焊料的熔点高 30 40°C ；(3)将衬板紧固在壳体内。
2.根据权利要求1所述的一种提升高频QFN器件焊装可靠性的方法，其特征在于所 述步骤(1)中高温焊料的熔点为214 220°C，高温焊料为SnAg3. 5CuO. 5或SnAg3. 8CuO. 7。
3.根据权利要求1所述的一种提升高频QFN器件焊装可靠性的方法，其特征在于所 述步骤O)中低温焊料的熔点为180 188°C，低温焊料为311631^37或3η65Ι^35。
4.根据权利要求1所述的一种提升高频QFN器件焊装可靠性的方法，其特征在于所 述衬板为金属材质，且金属材质的热膨胀系数与待焊接的QFN元器件基材的热膨胀系数相 同或相近。
5.根据权利要求1所述的一种提升高频QFN器件焊装可靠性的方法，其特征在于所 述衬板的厚度为2mm 3mm。
6.根据权利要求1所述的一种提升高频QFN器件焊装可靠性的方法，其特征在于所 述步骤(1)中将印制板焊接在衬板上的方法如下(1)将印制板置于衬板上，调整位置使印制板与衬板对齐，施加压力将印制板压平，确 保焊膏不被挤出。(2)使用数显温控热板加热，温度设定为220 230°C，观察焊料熔化后持续加热5 10秒，从数显温控热板上取下印制板与衬板焊接件自然冷却。
7.根据权利要求1所述的一种提升高频QFN器件焊装可靠性的方法，其特征在于所 述步骤⑵中印制板对应QFN器件处的焊盘分为四周引脚焊盘和腹部接地焊盘，与四周引 脚焊盘对应的漏板的开口尺寸为四周引脚焊盘尺寸的65% 75%，与腹部接地焊盘对应 得漏板的开口尺寸为腹部接地焊盘尺寸的60% 70%，且漏板的厚度为0. 15mm。
8.根据权利要求7所述的一种提升高频QFN器件焊装可靠性的方法，其特征在于与 四周引脚焊盘对应的漏板的开口尺寸为四周引脚焊盘尺寸的70%，与腹部接地焊盘对应得 漏板的开口尺寸为腹部接地焊盘尺寸的65%。
9.根据权利要求1所述的一种提升高频QFN器件焊装可靠性的方法，其特征在于所 述步骤( 中在印制板焊盘上贴放QFN元器件后，采用回流焊对元器件进行焊接，焊接峰值 温度为210°C 230°C。
10.根据权利要求1所述的一种提升高频QFN器件焊装可靠性的方法，其特征在于所 述步骤(3)中将衬板通过螺钉或螺栓紧固在壳体内。
全文摘要
本发明涉及一种提升高频QFN器件焊装可靠性的方法，该方法包括如下步骤(1)在衬板上均匀涂布熔点为214℃～220℃的高温焊料，并将印制板焊接在所述衬板上；(2)用漏板在印制板焊盘上涂布熔点为180～188℃的低温焊料，贴放QFN元器件并进行焊接，其中漏板的开口尺寸小于所述印制板焊盘的尺寸；(3)将衬板紧固在壳体内。本发明焊装方法在保证印制板组合件充分接地的基础上，避免器件二次受热，降低了焊接应力，并为印制板组合件提供良好的机械支撑，同时还可大幅度降低元器件在冷热交变情况下产生的热应力，提高了QFN器件的可靠性。
文档编号H05K3/34GK102083281SQ20101052797
公开日2011年6月1日 申请日期2010年10月27日 优先权日2010年10月27日
发明者何伟, 孙奕庭, 齐凤海 申请人:北京遥测技术研究所