Qfn封装焊点形态的预测方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电子封装领域，尤其涉及QFN封装焊点形态的预测方法和装置。
【背景技术】
[0002] 伴随着电子和通讯行业集约化和小型化的发展，电子封装和组装过程中对元器件 的要求也越来越高，最近几年有许多新的封装形式出现，这其中QFN(quadflatnon-lead package,方形扁平无引线封装）已经被广泛应用于电子行业中。QFN封装是结合QFP(quad flatpackage,方形扁平封装）和BGA(BallGridArray,球栅阵列封装）而发展起来的一 种封装形式，沿用了QFP和BGA制造工艺相结合的工艺。QFN是一种无引线封装，呈方形或 矩形。与CSP(ChipScalePackage,芯片尺寸封装）相似，采用切割机进行加工。封装底部 中央位置有一个大面积裸露焊盘，用来散热。围绕大焊盘的四周有实现电气连接的多个接 点，通过这多个接点与PCB板上印刷的焊膏通过回流焊完成相连。相对于QFP的外部引线 设计和BGA的球栅阵列而言，QFN的体积更小，而且由于底部暴露的焊盘被直接焊接到PCB 板上，这使QFN具有卓越的散热性能，因此QFN特别适合应用在空间有限，但又要求电和热 性能较高的场合。然而，封装对象的小型化使得QFN封装有着大量的工艺问题需要解决，这 其中，由再流焊所引发的工艺与质量问题，可靠性及使用寿命的预测问题都是QFN封装技 术中的关键问题。由于QFN焊点的形态复杂性，现有的对于QFN焊点进行三维形态建模主 要以最小能量原理和有限元数值分析的方法来研究QFN的三维形态模型。这些方法的局限 性是在对QFN封装分析时单元划分比较难、计算量大且不准确，甚至无法计算；另外，当与 芯片在一起计算考虑时，也存在跨尺寸分析的难题，无法得到合理解；并且，通过最小能量 原理或有限元数值分析的方法，也无法得到准确的QFN焊点的三维形态，造成无法得到焊 点的准确受力情况。
[0003] 上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技 术。
【发明内容】
[0004] 本发明的主要目的在于提高在规定体积下QFN焊点在每个截面内的焊点形态的 计算速度，解决在焊接过程中焊点形成的液桥的形态变化，以及QFN芯片自组装中的受力 分析的问题。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供的一种QFN封装焊点形态的预测方法，所述QFN封装 焊点形态的预测方法包括以下步骤：
[0006] 根据预设的QFN封装的结构参数和材料的物理参数，计算PCB板的焊盘设计尺寸 和焊料的涂覆体积；
[0007] 根据计算得到的所述PCB板的焊盘设计尺寸，确定所述焊盘上焊点四个侧面的二 维形态，并拟合四个侧面的三维形态和拐角位置处的椭圆拟合曲线的中心点坐标；
[0008] 以所述预设的QFN封装的结构参数和材料的物理参数为输入数据，建立以焊料液 体状态下的液桥高度为四个二维平面共同自变量的调和微分方程，求解所述调和微分方程 得到QFN封装焊点形态。
[0009] 优选地，所述QFN封装的结构参数包括焊盘的结构参数，焊盘的结构参数至少包 括：被封装电子器件的长度、宽度、节距、表面张力、阵列长度、钢网厚度，以及焊盘的个数和 侧焊盘的高度；
[0010] 所述材料的物理参数包括上固件材料的物理参数、下固件材料的物理参数、PCB材 料的物理参数和助焊剂材料的物理参数，其中，上固件材料的物理参数、下固件材料的物理 参数、PCB材料的物理参数和助焊剂材料的物理参数均至少包括厚度、密度、弹性模量。
[0011] 优选地，所述根据预设的QFN封装的结构参数和材料的物理参数，计算PCB板的焊 盘尺寸和焊料的涂覆体积的步骤包括：
[0012] 根据被封装电子器件上焊盘尺寸及钢网厚度，计算PCB板的焊盘设计尺寸；
[0013] 根据计算得到的PCB板的焊盘设计尺寸以及所述钢网厚度，计算涂覆的焊料的涂 敷体积。
[0014] 优选地，所述确定所述焊盘上焊点四个侧面的二维形态，并拟合四个侧面的三维 形态和拐角位置处的椭圆拟合曲线的中心点坐标的步骤包括：
[0015] 根据计算得到的所述PCB板的焊盘的尺寸，以及所述焊盘上焊点四个侧面上的轮 廓曲线的曲率，拟合出四个侧面的三维形态，并构建四个侧面的焊点的轮廓拐角位置处与 高度垂直的平面的拟合曲线；
[0016] 确定所述焊点的四个侧面的轮廓拐角位置处与高度垂直的平面的拟合曲线的中 心点的坐标范围。
[0017] 此外，为实现上述目的，本发明还提供一种QFN封装焊点形态的预测装置，所述 QFN封装焊点形态的预测装置包括：
[0018] 尺寸计算模块，用于根据预设的QFN封装的结构参数和材料的物理参数，计算PCB 板的焊盘设计尺寸和焊料的涂覆体积；
[0019]坐标确定模块，用于根据计算得到的所述PCB板的焊盘设计尺寸，确定所述焊盘 上焊点四个侧面的二维形态，并拟合四个侧面的三维形态和拐角位置处的椭圆拟合曲线的 中心点坐标；
[0020]方程建立模块，用于以所述预设的QFN封装的结构参数和材料的物理参数为输入 数据，建立以焊料液体状态下的液桥高度为四个二维平面共同自变量的调和微分方程，求 解所述调和微分方程得到QFN封装焊点形态。
[0021] 优选地，所述QFN封装的结构参数包括焊盘的结构参数，焊盘的结构参数至少包 括：被封装电子器件的长度、宽度、节距、表面张力、阵列长度、钢网厚度，以及焊盘的个数和 侧焊盘的高度；
[0022] 所述材料的物理参数包括上固件材料的物理参数、下固件材料的物理参数、PCB材 料的物理参数和助焊剂材料的物理参数，其中，上固件材料的物理参数、下固件材料的物理 参数、PCB材料的物理参数和助焊剂材料的物理参数均至少包括厚度、密度、弹性模量。
[0023] 优选地，所述尺寸计算模块用于：
[0024] 根据被封装电子器件上焊盘尺寸及钢网厚度，计算PCB板的焊盘设计尺寸；
[0025] 根据计算得到的PCB板的焊盘设计尺寸以及所述钢网厚度，计算涂覆的焊料的涂 敷体积。
[0026] 优选地，所述坐标确定模块用于：
[0027] 根据计算得到的所述PCB板的焊盘的尺寸，以及所述焊盘上焊点四个侧面上的轮 廓曲线的曲率，拟合出四个侧面的三维形态，并构建四个侧面的焊点的轮廓拐角位置处与 高度垂直的平面的拟合曲线；
[0028] 确定所述焊点的四个侧面的轮廓拐角位置处与高度垂直的平面的拟合曲线的中 心点的坐标范围。
[0029] 本发明通过解微分方程的办法，算得在规定体积下QFN焊点液态下液桥受力情况 和焊点在每个截面内的焊点的二维形态，再通过二维拟合三维的形式得到焊点的轮廓曲 面。无需对焊点进行单元划分，提高了在规定体积下QFN焊点在每个截面内的焊点形态的 计算速度，得到QFN焊点的可焊接高度范围；并且了解决在焊接过程中焊点形成的液桥的 形态变化，以及QFN芯片自组装中的受力分析的问题。
【附图说明】
[0030] 图1为本发明QFN封装焊点形态的预测方法第一实施例的流程示意图；
[0031] 图2为图1中计算PCB板的焊盘尺寸和焊料的涂覆体积的步骤的细化流程示意 图；
[0032] 图3为图1中确定PCB板的焊盘四个侧面的拟合三维形态上拐角位置处的拟合曲 线的中心点的坐标的步骤的细化流程示意图；
[0033] 图4为本发明QFN封装焊点形态的预测装置第一实施例的功能模块示意图。
[0034] 本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
【具体实施方式】
[0035] 应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本