AN4388，四方扁平封装(QFP) - 应用说明

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1 飞 思 卡 尔 半 导 体 应 用 说 明 AN4388 Rev. 2.0, 2/2014 四 方 扁 平 封 装 (QFP) 1 简 介 本 文 档 提 供 印 刷 电 路 板 (PCB) 组 装 过 程 中 飞 思 卡 尔 QFP 封 装 的 处 理 和 组 装 指 南 随 附 PCB 设 计 和 返 工 指 南, 以 及 湿 度 灵 敏 度 等 级 (MSL) 额 定 值 电 路 板 级 可 靠 性 机 械 和 热 阻 抗 数 据 等 封 装 性 能 信 息, 以 供 参 考 2 范 围 本 文 档 提 供 内 部 组 装 或 外 部 分 包 商 组 装 的 各 种 飞 思 卡 尔 QFP 封 装 的 一 般 信 息 请 注 意, 本 文 档 并 未 提 供 有 关 各 器 件 的 具 体 信 息 本 文 档 仅 用 作 指 南, 帮 助 用 户 进 行 特 定 解 决 方 案 的 开 发 要 根 据 各 器 件 的 要 求 IPC 和 JEDEC 等 行 业 标 准 以 及 用 户 组 装 环 境 的 普 遍 做 法 对 组 装 流 程 和 应 用 设 计 进 行 优 化, 还 需 要 实 际 的 经 验 和 开 发 工 作 如 需 了 解 本 说 明 中 所 提 及 相 关 器 件 的 更 多 详 情 或 有 任 何 疑 问, 请 访 问 或 联 系 相 应 的 产 品 应 用 团 队 目 录 1 简 介 范 围 四 方 扁 平 封 装 (QFP) 印 刷 电 路 板 设 计 准 则 板 组 件 维 修 和 返 工 流 程 板 级 可 靠 性 散 热 特 性 外 形 轮 廓 图 MCDS 和 MSL 额 定 值 封 装 的 处 理 参 考 修 订 历 史 记 录 Freescale Semiconductor, Inc., 保 留 所 有 权 利

2 四 方 扁 平 封 装 (QFP) 3 四 方 扁 平 封 装 (QFP) 图 1 展 示 了 飞 思 卡 尔 的 标 准 QFP 产 品 本 节 还 将 介 绍 外 露 式 焊 盘 ( 标 注 为 EP) 的 版 本 7x7 mm LQFP 10x10 mm LQFP 14x14 mm LQFP 14x14 mm TQFP-EP 14x20 mm LQFP 20x20 mm LQFP 24x24 mm LQFP 图 1. 飞 思 卡 尔 的 标 准 QFP 产 品 3.1 封 装 说 明 QFP 是 表 面 安 装 式 集 成 电 路 封 装 标 准 形 式 是 矩 形 扁 平 封 装 主 体, 通 常 情 况 下 是 方 形 的, 引 脚 从 四 边 伸 出 引 脚 成 欧 翼 形 状, 在 组 装 到 PCB 的 过 程 中 形 成 稳 固 的 底 脚 引 脚 采 用 标 准 的 无 铅 亚 光 锡 镀 层 可 能 提 供 带 外 露 式 芯 片 焊 盘 的 散 热 增 强 型 QFP, 用 后 缀 -EP 表 示 外 露 式 焊 盘 位 于 QFP 底 部, 用 作 封 装 的 接 地 和 / 或 散 热 器 可 将 焊 盘 焊 接 在 PCB 上 进 行 散 热 3.2 封 装 尺 寸 QFP 采 用 行 业 标 准 尺 寸 和 厚 度, 提 供 不 同 的 引 脚 数 量 和 间 距 选 项 见 表 1 请 参 阅 飞 思 卡 尔 封 装 外 形 轮 廓 图, 获 取 详 细 的 尺 寸 和 公 差 信 息 (1) 表 1. 飞 思 卡 尔 的 标 准 QFP 产 品 以 毫 米 为 单 位 封 装 尺 寸 封 装 厚 度 4x4 5x5 7x7 10x10 12x12 14x14 14x20 20x20 24x24 28x28 32x32 LQFP 1.4 X X X X X X X X X X LQFP-EP 1.4 X X X X TQFP-EP 1.0 X X QFP >1.6 X X X X X PQFP 3.6 X 附 注 1. 该 表 列 出 了 本 应 用 说 明 中 适 用 的 所 有 飞 思 卡 尔 的 封 装 但 其 中 某 些 类 型 的 封 装 可 能 不 适 用 于 新 产 品 详 情 请 咨 询 FSL 销 售 团 队 2 飞 思 卡 尔 半 导 体

3 四 方 扁 平 封 装 (QFP) 3.3 封 装 横 截 面 图 2 中 的 横 截 面 图 显 示 了 QFP 和 EP 封 装 具 有 代 表 性 的 内 部 引 脚 框 架 设 计 之 间 的 差 异 标 准 QFP 封 装 采 用 塑 封 材 料 填 充 封 装 的 整 个 底 部, 而 EP 封 装 则 采 用 外 露 的 芯 片 焊 盘 设 计, 从 而 提 高 了 散 热 性 能 图 2. 标 准 焊 盘 和 外 露 焊 盘 QFP 封 装 之 间 的 差 异 飞 思 卡 尔 半 导 体 3

4 印 刷 电 路 板 设 计 准 则 4 印 刷 电 路 板 设 计 准 则 4.1 PCB 设 计 准 则 和 要 求 随 着 封 装 尺 寸 的 不 断 缩 小 和 引 脚 数 的 不 断 增 加, 尺 寸 公 差 和 位 置 精 确 性 会 影 响 到 后 续 工 艺 进 行 测 试 的 准 备 工 作 时 必 须 格 外 小 心, 尤 其 是 在 设 计 测 试 接 触 器 腔 体 和 接 触 器 定 位 针 当 PCB 的 生 产 部 件 由 两 个 不 同 的 供 应 商 提 供 时, 部 件 的 可 互 换 性 也 是 一 个 需 要 注 意 的 问 题 如 果 优 化 其 中 一 个 供 应 商 的 PCB 布 局, 可 能 会 对 另 一 个 供 应 商 的 部 件 产 生 问 题 ( 量 产 通 过 率 和 / 或 焊 点 寿 命 ) 如 果 预 计 供 应 来 源 超 过 一 个, 应 同 时 优 化 两 个 部 件 的 PCB 布 局 PCB 设 计 指 南 中 提 供 了 这 此 方 面 的 其 他 信 息 正 确 的 PCB 规 格 和 钢 网 设 计 对 表 面 安 装 组 件 的 产 量 以 及 已 安 装 封 装 后 续 的 电 气 和 机 械 性 能 至 关 重 要 进 行 设 计 前, 首 先 要 获 得 正 确 的 封 装 图 封 装 外 形 轮 廓 图 可 从 下 载 请 遵 循 外 形 轮 廓 图 MCDS 和 MSL 信 息 的 下 载 中 所 述 的 流 程 14 x 14 mm LQFP 封 装 外 形 轮 廓 图 如 图 3 所 示 目 标 是 焊 接 良 好 的 QFP 鸥 翼 引 脚, 如 图 4 所 示 A C BSC FREESCALE SEMICONDUCTOR, INC. 图 x 14 mm LQFP 外 形 轮 廓 图 的 示 例 4 飞 思 卡 尔 半 导 体

5 印 刷 电 路 板 设 计 准 则 图 4. 基 于 稳 固 焊 盘 设 计 的 焊 接 良 好 的 QFP 引 脚 放 大 50 倍 的 光 学 显 微 镜 图 像 4.2 PCB 焊 盘 设 计 通 用 焊 盘 设 计 准 则 飞 思 卡 尔 遵 循 Generic Requirements for Surface Mount Design and Land Pattern Standards from the Institute for Printed Circuits (IPC) (IPC-7351B) 标 准 本 文 档 以 及 随 附 的 连 接 盘 图 形 计 算 器 可 从 IPC 网 站 landpatterns.ipc.org 购 买, 并 根 据 假 设 的 封 装 尺 寸 提 供 适 用 于 大 多 数 QFP 的 准 则 QFP 封 装 的 一 些 基 本 准 则 如 下 : 引 脚 应 大 致 位 于 焊 盘 的 中 心 位 置, 焊 盘 从 焊 趾 和 焊 脚 伸 出 的 距 离 均 等 通 常 情 况 下, 焊 盘 伸 出 焊 点 根 部 和 焊 趾 处 的 QFP 引 脚 0.5 mm 需 注 意, PCB 焊 盘 不 要 伸 出 至 QFP 封 装 主 体 下 方, 否 则 会 导 致 组 装 时 出 现 问 题 焊 盘 宽 度 约 为 引 脚 间 距 的 60% 参 见 表 2 间 距 采 用 公 制 单 位, 确 切 的 尺 寸 为 0.40 mm 0.50 mm 0.65 mm 和 0.80 mm 注 : 某 些 较 早 产 品 的 间 距 或 会 有 所 不 同 表 2. 根 据 引 脚 间 距 建 议 的 焊 盘 宽 度 引 脚 间 距 (mm) 焊 盘 宽 度 (mm) 以 图 3 中 的 14 x 14 mm QFP 为 例, 此 封 装 的 引 脚 间 距 为 0.65 mm, 则 PCB 焊 盘 宽 度 应 设 计 为 0.38 mm 要 确 定 焊 盘 的 位 置 和 长 度, 需 要 从 封 装 图 ( 图 3) 中 获 取 焊 头 之 间 的 距 离 其 范 围 为 mm 至 mm, 标 称 尺 寸 为 mm 同 样 地, 引 脚 长 度 的 范 围 为 0.65 mm 至 0.95 mm, 标 称 长 度 为 0.80 mm 因 此, 焊 盘 的 长 度 应 为 1.80 mm, 标 称 引 脚 长 度 为 0.80 mm, 伸 出 焊 点 根 部 和 焊 趾 侧 0.50 mm 请 参 见 图 5 飞 思 卡 尔 半 导 体 5

6 印 刷 电 路 板 设 计 准 则 图 5. QFP 连 接 盘 图 形 尺 寸 散 热 / 电 气 焊 盘 准 则 外 露 式 焊 盘 QFP 封 装 采 用 散 热 / 电 气 增 强 型 引 脚 框 架 技 术, 封 装 底 部 提 供 主 要 的 散 热 路 径 以 及 PCB 的 良 好 电 气 接 地 在 EP 封 装 中, 芯 片 贴 装 焊 盘 是 向 下 放 置 的, 使 焊 盘 在 制 模 过 程 中 焊 盘 外 露, 如 图 6 所 示 这 里 的 白 色 箭 头 表 示 热 流 为 优 化 散 热 性 能, PCB 的 设 计 应 包 含 一 块 如 图 6 中 所 示 的 散 热 板 尽 管 PCB 上 EP 引 脚 焊 接 的 焊 盘 图 形 设 计 与 传 统 的 非 散 热 / 电 气 增 强 型 封 装 相 同, 但 PCB 设 计 和 组 装 阶 段 还 需 要 其 他 功 能, 才 能 有 效 地 安 装 散 热 / 电 气 增 强 型 封 装 此 外, 已 组 装 封 装 的 维 修 和 返 工 还 会 涉 及 一 些 额 外 的 步 骤, 具 体 取 决 于 公 司 内 当 前 的 返 工 做 法 图 6. 可 散 热 EP 封 装 的 横 截 面 示 意 图 6 飞 思 卡 尔 半 导 体

7 4.2.3 引 脚 PCB 焊 盘 和 外 露 式 焊 盘 的 间 距 印 刷 电 路 板 设 计 准 则 为 最 大 程 度 提 高 封 装 的 散 热 和 电 气 性 能, 封 装 覆 盖 区 域 内 的 PCB 上 必 须 具 有 与 外 露 式 金 属 焊 盘 或 封 装 上 的 外 露 式 散 热 块 相 对 应 的 连 接 盘 图 形, 如 图 7 所 示 连 接 盘 图 形 的 尺 寸 可 以 更 大, 也 可 以 更 小, 甚 至 还 可 以 采 用 与 封 装 上 的 外 露 式 焊 盘 不 同 的 形 状 但 由 阻 焊 层 确 定 的 焊 接 区 域 至 少 应 具 有 与 封 装 上 的 外 露 式 焊 盘 区 域 相 同 的 尺 寸 / 形 状, 才 能 最 大 程 度 地 提 高 散 热 / 电 气 性 能 在 PCB 上, 连 接 盘 图 形 的 外 部 边 缘 和 引 脚 焊 盘 图 形 的 内 部 边 缘 之 间 应 至 少 具 有 0.25 mm 的 间 距, 才 能 避 免 任 何 短 路 问 题 将 在 焊 钢 网 / 焊 膏 中 详 细 介 绍 与 之 相 关 的 信 息 图 7. 外 露 式 焊 盘 连 接 盘 图 形 示 例 PCB EP 焊 盘 上 的 过 孔 PCB 上 的 连 接 盘 图 形 提 供 了 这 样 一 种 方 法, 即 通 过 焊 点 实 现 从 封 装 到 电 路 板 的 热 传 递 / 电 气 接 地, 因 此 要 实 现 从 PCB 表 面 到 接 地 层 的 有 效 传 导, 散 热 过 孔 是 必 不 可 少 的 这 些 过 孔 充 当 了 散 热 管 的 角 色 过 孔 数 量 与 应 用 相 关, 并 取 决 于 封 装 功 耗 以 及 导 电 要 求 因 此, 建 议 进 行 散 热 及 电 气 分 析 和 / 或 测 试, 以 确 定 所 需 的 最 少 过 孔 数 量 如 图 8 所 示, 在 1.2 mm 的 栅 格 上, 连 接 盘 图 形 中 包 含 过 孔 阵 列 时, 可 以 达 到 最 高 散 热 和 电 气 性 能 同 时, 推 荐 采 用 1.0 盎 司 滚 镀 的 直 径 为 0.30 到 0.33 mm 通 孔 这 样 就 可 以 避 免 在 回 流 焊 时 焊 料 爬 越 进 入 通 孔, 从 而 导 致 散 热 引 脚 和 热 接 地 之 间 空 洞 的 产 生 如 果 通 孔 中 没 有 铜 电 镀, 那 么 这 些 通 孔 也 可 以 用 PCB 表 面 的 阻 焊 层 填 充, 以 避 免 焊 料 爬 越 进 入 通 孔, 而 产 生 空 洞 阻 焊 层 直 径 至 少 要 比 通 孔 直 径 大 0.1 mm (4.0 mils) 注 : 这 些 建 议 仅 用 作 指 南 图 8. PCB 外 露 式 焊 盘 过 孔 网 格 飞 思 卡 尔 半 导 体 7

8 印 刷 电 路 板 设 计 准 则 过 孔 焊 盘 抛 光 几 乎 所 有 的 PCB 抛 光 工 艺 均 适 用 于 QFP, 包 括 热 风 焊 锡 整 平 (HASL) 有 机 保 焊 剂 (OSP) 无 电 镀 镍 浸 金 (ENIG) 浸 锡 和 浸 银 阻 焊 层 通 常, 阻 焊 层 应 从 输 入 / 输 出 焊 盘 上 剥 离 PCB 焊 盘 周 围 的 阻 焊 层 开 口 可 以 和 焊 盘 间 距 一 样 大 如 果 焊 盘 之 间 的 区 域 对 于 阻 焊 层 而 言 过 薄, 会 导 致 阻 焊 层 从 PCB 脱 落 可 能 的 解 决 办 法 是 修 改 沿 焊 盘 间 距 的 阻 焊 层, 使 阻 焊 层 仅 覆 盖 焊 盘 的 焊 趾, 以 提 高 PCB 的 强 度 图 9. 具 有 薄 边 带 的 焊 盘 和 阻 焊 层 8 飞 思 卡 尔 半 导 体

9 板 组 件 5 板 组 件 5.1 组 装 工 艺 流 程 典 型 的 表 面 贴 装 技 术 (SMT) 工 艺 流 程 如 图 10 中 的 SMP 工 艺 流 程 所 示 5.2 焊 钢 网 / 焊 膏 图 10. SMT 工 艺 流 程 为 达 到 最 高 的 散 热 / 电 气 性 能, 需 要 将 封 装 上 的 外 露 式 焊 盘 焊 接 到 PCB 上 的 连 接 盘 图 形 方 法 是, 在 引 脚 附 着 的 图 形 以 及 外 露 式 焊 盘 的 连 接 盘 图 形 上 涂 抹 焊 膏 对 基 于 引 脚 框 架 的 标 准 ( 非 散 热 / 电 气 增 强 型 ) 封 装 而 言, 钢 网 厚 度 取 决 于 引 脚 间 距 和 封 装 共 面 性 ; 而 对 于 散 热 / 电 气 增 强 型 封 装 而 言, 要 确 定 钢 网 厚 度 则 必 须 考 虑 封 装 的 站 立 高 度 标 称 的 站 立 高 度 为 0.1 mm 时, 建 议 的 钢 网 厚 度 为 mm, 具 体 取 决 于 引 脚 间 距 EP 钢 网 孔 开 口 应 比 PCB 上 的 铜 焊 盘 小 0.25, 如 图 11 所 示 这 样, 才 能 正 确 地 将 钢 网 与 焊 盘 图 形 定 位 对 齐 如 果 钢 网 开 口 过 大, 会 导 致 出 现 焊 膏 脱 离 的 现 象 要 解 决 此 问 题, 网 孔 开 口 应 划 分 为 一 个 由 较 小 开 口 组 成 的 阵 列, 与 图 12 中 所 示 的 散 热 连 接 盘 图 形 类 似 只 要 遵 循 上 述 准 则, 焊 点 区 域 将 占 外 露 式 焊 盘 区 域 的 约 80% 至 90% 图 11. 缩 小 后 的 外 露 式 焊 盘 的 焊 钢 网 孔 飞 思 卡 尔 半 导 体 9

10 板 组 件 图 12. 建 议 的 钢 网 设 计 在 较 大 的 散 热 焊 盘 区 域 的 钢 网 开 口 中, 建 议 采 用 阵 列 设 计 图 形 丝 网 印 刷 期 间, 散 热 区 域 中 的 较 大 开 口 或 孔 隙 允 许 发 生 浮 刮 现 象 分 割 散 热 区 域 的 其 他 原 因 包 括, 最 大 程 度 减 少 焊 膏 的 站 立 高 度 与 连 接 盘 不 匹 配 的 情 况, 最 大 程 度 减 少 散 热 区 域 中 的 焊 接 空 洞, 以 及 最 大 程 度 减 少 与 连 接 盘 桥 接 的 可 能 性 本 节 会 推 荐 几 种 不 同 的 阵 列 图 形 对 于 尺 寸 较 小 的 QFP 封 装, 除 非 为 了 最 大 程 度 地 减 少 焊 接 空 洞, 否 则 PCB 和 钢 网 上 无 需 任 何 散 热 焊 盘 图 形 对 于 尺 寸 较 大 的 封 装, 应 在 较 小 区 域 中 对 钢 网 的 散 热 开 口 进 行 分 割 示 例 如 图 13 所 示 钢 网 或 PCB 上 的 分 割 间 距 应 为 0.15 mm 或 以 上 如 果 分 割 间 距 较 窄, 可 能 会 导 致 制 造 时 出 现 问 题 图 13. 分 割 的 钢 网 开 口 钢 网 开 口 应 为 PCB 散 热 焊 盘 总 面 积 的 约 50% 80% 钢 网 与 PCB 散 热 焊 盘 的 比 率 确 保 了 焊 接 空 洞 较 少 的 散 热 焊 盘 区 域 的 正 确 覆 盖 范 围, 并 最 大 程 度 减 少 了 由 于 溢 出 而 与 相 邻 引 脚 桥 接 的 可 能 性 焊 膏 是 SMT 组 装 过 程 中 最 重 要 的 材 料 之 一, 它 是 金 属 合 金 焊 剂 和 粘 度 调 节 剂 的 混 合 物 金 属 合 金 颗 粒 以 特 定 的 尺 寸 和 形 状 制 造 焊 剂 对 焊 接 和 清 洁 有 着 直 接 的 影 响, 它 通 过 去 除 表 面 的 轻 微 污 染 和 氧 化, 对 焊 接 表 面 进 行 预 处 理 通 常 有 两 种 不 同 的 焊 剂 系 统 第 一 种 需 要 对 标 准 树 脂 化 学 物 和 水 溶 性 化 学 物 等 进 行 清 洗 通 常 使 用 溶 剂 半 水 溶 性 溶 液 或 水 溶 性 / 皂 化 剂 溶 液 清 洗 标 准 树 脂 化 学 物, 用 纯 净 水 清 洗 水 溶 性 化 学 物 第 二 种 焊 剂 系 统 无 需 清 洗, 但 通 常 在 焊 接 后 PCB 上 会 有 少 许 残 留 一 般 来 说, 建 议 使 用 免 清 洗 焊 膏 但 最 终 用 户 应 对 其 整 个 工 艺 和 用 途 进 行 评 估, 确 保 取 得 所 需 的 效 果 回 流 焊 接 过 程 中 锡 膏 的 涂 抹 部 分 取 决 于 焊 膏 合 金 在 相 同 的 回 流 温 度 调 节 下, SnPb 焊 接 合 金 的 涂 抹 效 果 比 许 多 无 铅 焊 膏 ( 例 如, SnAgCu SnAgBiCu 等 ) 都 要 好 10 飞 思 卡 尔 半 导 体

11 5.3 组 件 贴 装 由 于 引 脚 互 连 和 插 入 密 度 较 高, 因 此 建 议 优 先 使 用 精 准 的 贴 装 机 为 满 足 这 一 严 格 的 要 求, 贴 装 机 应 配 备 光 学 识 别 系 统, 即 视 觉 系 统, 用 于 在 贴 装 期 间 将 PCB 和 组 件 置 于 中 心 建 议 进 行 位 置 精 度 研 究, 以 计 算 所 需 的 补 偿 飞 思 卡 尔 遵 循 EIA-783 盘 卷 包 装 方 向 标 准, 如 图 14 所 示 板 组 件 5.4 焊 接 图 14. 盘 卷 中 的 QFP 方 向 典 型 曲 线 如 图 15 所 示 实 际 的 曲 线 参 数 取 决 于 所 使 用 的 焊 膏, 并 且 应 遵 循 焊 膏 制 造 商 提 供 的 建 议 温 度 曲 线 是 回 流 焊 接 中 最 重 要 的 控 制 因 素, 必 须 精 细 调 节 才 能 建 立 起 稳 固 的 流 程 在 大 多 数 情 况 下, 应 将 热 电 偶 放 置 在 PCB 上 最 重 的 热 质 器 件 的 下 方, 以 监 控 回 流 曲 线 一 般 来 说, 最 重 的 热 质 器 件 达 到 回 流 温 度 时, PCB 上 的 所 有 其 他 组 件 也 将 达 到 回 流 温 度 建 议 采 用 氮 气 回 流 方 式, 以 提 高 可 焊 性 并 减 少 焊 球 等 缺 陷 图 15. 一 般 焊 接 回 流 阶 段 建 议 对 封 装 顶 面 的 温 度 曲 线 进 行 监 控, 以 确 定 封 装 峰 值 温 度 没 有 超 出 各 器 件 的 MSL 等 级 对 于 PCB 上 的 所 有 器 件, 回 流 曲 线 中 需 要 考 虑 到 焊 膏 因 素 每 种 焊 膏 都 含 焊 剂, 而 焊 剂 控 制 了 回 流 曲 线 中 的 浸 泡 时 间 浸 泡 温 度 和 升 温 速 率 等 步 骤 回 流 峰 值 温 度 是 焊 膏 中 金 属 的 融 化 温 度, 并 设 有 安 全 余 量, 确 保 PCB 上 的 所 有 焊 膏 都 能 回 流 外 露 式 焊 盘 的 回 流 曲 线 可 以 和 非 散 热 / 电 气 增 强 型 封 装 所 使 用 的 回 流 曲 线 相 同 回 流 曲 线 应 遵 循 焊 膏 供 应 商 建 议 的 曲 线 应 首 先 使 用 铜 (Cu) 取 样 片 试 验, 评 估 是 否 偏 离 建 议 的 曲 线 将 典 型 焊 膏 用 量 的 水 平 尺 寸 作 为 直 径 或 X 和 Y 长 度 进 行 测 量 然 后, 将 铜 取 样 片 回 流, 测 量 直 径 或 X 和 Y 的 焊 膏 用 量 目 标 是 达 到 水 平 方 向 的 回 流 曲 线 为 取 得 最 佳 结 果, 使 用 前 应 轻 轻 地 用 砂 纸 打 磨 铜 取 样 片, 以 去 除 铜 氧 化 物 飞 思 卡 尔 半 导 体 11

12 板 组 件 5.5 检 查 在 可 能 的 情 况 下, 建 议 执 行 非 破 坏 性 目 视 / 光 学 检 查 和 X 光 检 查, 确 认 回 流 焊 接 后 是 否 存 在 任 何 开 路 或 短 路 情 况 5.6 常 见 的 QFP 缺 陷 焊 料 短 路 ( 细 间 距 ) 阻 焊 层 出 现 气 泡, 从 而 导 致 引 线 断 开 图 种 常 见 的 QFP 缺 陷 QFP 条 件 下 的 异 物 导 致 角 部 引 线 断 开 12 飞 思 卡 尔 半 导 体

13 维 修 和 返 工 流 程 6 维 修 和 返 工 流 程 进 行 维 修 和 返 工 时, 必 须 注 意 下 列 事 项 必 须 将 热 量 对 相 邻 封 装 的 影 响 降 到 最 低 注 意 不 要 超 过 相 邻 封 装 的 温 度 额 定 值 由 于 PCB 的 热 容 量 ( 由 电 路 板 厚 度 层 数 决 定 ) 以 及 所 使 用 安 装 组 件 的 不 同, 加 热 条 件 也 会 有 所 不 同 ; 必 须 根 据 实 际 的 产 品 及 其 安 装 组 件 设 定 加 热 条 件 飞 思 卡 尔 遵 守 行 业 标 准 的 组 件 等 级 资 格 要 求, 提 供 三 个 焊 接 回 流 通 道 三 个 回 流 通 道 模 拟 双 面 电 路 板 贴 装 的 板 级, 并 包 含 一 个 返 工 通 道 应 正 确 处 置 拆 除 的 QFP 封 装, 避 免 与 新 组 件 混 在 一 起 6.1 维 修 通 常 情 况 下 可 能 需 要 对 焊 点 进 行 维 修, 但 需 要 具 备 适 当 的 工 具 可 使 用 焊 铁 对 引 脚 伸 出 封 装 周 边 的 封 装 ( 包 括 QFP 封 装 ) 的 焊 接 缺 陷 进 行 维 修 可 使 用 焊 铁 观 察 微 间 距 应 用 遇 到 的 困 难 必 须 对 焊 铁 的 温 度 和 使 用 条 件 进 行 设 定, 以 免 封 装 表 面 温 度 超 出 其 最 高 允 许 温 度 6.2 返 工 如 果 在 完 成 电 路 板 的 组 装 后 发 现 有 缺 陷 的 组 件, 则 需 要 拆 下 该 器 件, 并 使 用 新 的 器 件 予 以 更 换 可 使 用 上 文 所 述 的 加 热 方 法 进 行 返 工 典 型 的 QFP 返 工 流 程 如 下 : 1. 工 具 准 备 2. 移 除 封 装 3. 位 置 纠 正 4. 焊 膏 印 刷 5. 重 新 安 装 封 装 6. 回 流 焊 7. 目 视 检 查 注 : 飞 思 卡 尔 产 品 质 量 保 证 / 担 保 不 适 用 于 已 拆 除 的 产 品, 因 此 如 有 可 能, 应 避 免 重 复 使 用 组 件 无 论 进 行 任 何 返 工, 都 需 要 加 热 PCB 必 须 遵 循 PCB 和 组 件 的 热 限 制 值 ( 例 如 MSL 信 息 ) 加 热 期 间, 水 分 的 迅 速 膨 胀 材 料 不 匹 配 以 及 材 料 接 口 降 解 等 因 素 都 会 导 致 封 装 破 裂 和 / 或 组 件 和 PCB 内 重 要 接 口 的 分 层 为 防 止 潮 湿 引 发 故 障, 建 议 将 PCB 和 组 件 存 放 在 受 控 的 环 境 ( 例 如 干 燥 空 气 或 氮 气 ) 下 并 采 取 严 格 的 存 放 控 制 措 施 此 外, 如 果 组 装 电 路 板 后 超 出 干 燥 混 合 料 的 最 长 存 储 时 间, 则 建 议 在 拆 卸 QFP 前 进 行 预 先 烘 干 ( 例 如, 对 安 装 SMT 组 件 的 电 路 板 以 125 C 的 温 度 烘 烤 24 小 时, 或 对 安 装 温 度 敏 感 组 件 的 电 路 板 以 95 C 的 温 度 烘 烤 24 小 时 ), 去 除 组 件 和 PCB 的 水 分 返 工 QFP 封 装 的 各 个 流 程 步 骤 如 下 所 示 : 飞 思 卡 尔 半 导 体 13

14 维 修 和 返 工 流 程 工 具 准 备 市 场 上 出 售 各 种 返 工 系 统 一 般 来 说, 返 工 站 应 具 有 分 光 系 统, 用 于 校 准 的 XY 工 作 台, 以 及 顶 部 和 底 部 装 有 加 热 器 用 于 拆 卸 组 件 的 热 气 系 统 用 于 加 工 QFP 封 装 的 系 统 应 符 合 以 下 要 求 : 加 热 强 烈 建 议 在 控 制 温 度 和 气 流 的 情 况 下 将 热 空 气 传 递 至 QFP 封 装 及 其 安 装 的 PCB 应 根 据 正 确 的 封 装 尺 寸 和 热 质 量 设 定 加 热 条 件 建 议 从 下 面 进 行 PCB 预 加 热 可 采 用 红 外 线 加 热, 尤 其 适 用 于 从 下 侧 预 加 热 PCB, 但 只 能 从 上 侧 ( 组 件 侧 ) 增 加 热 气 流 可 使 用 氮 气 取 代 空 气 如 需 其 他 信 息, 请 参 见 拆 除 封 装 部 分 视 觉 系 统 应 该 可 以 观 察 封 装 的 底 侧 和 PCB 上 的 位 置 要 将 封 装 与 PCB 准 确 对 齐, 应 实 施 分 光 系 统 显 微 镜 放 大 和 分 辨 率 应 适 用 于 器 件 间 距 移 动 和 其 他 工 具 贴 装 机 应 具 有 良 好 的 精 确 度 此 外, 还 需 要 采 用 特 殊 的 真 空 工 具, 以 去 除 PCB 焊 盘 上 的 焊 接 残 留 物 图 17. 典 型 的 QFP 加 热 喷 嘴 示 例 拆 除 封 装 如 果 怀 疑 某 个 组 件 有 缺 陷 并 返 回 该 组 件, 则 从 PCB 上 拆 卸 该 组 件 时 不 得 产 生 更 多 缺 陷, 因 为 这 会 对 随 后 的 故 障 分 析 造 成 干 扰 下 列 建 议 旨 在 减 少 拆 卸 时 器 件 损 坏 的 可 能 性 : 除 去 水 分 : 对 安 装 SMT 组 件 的 电 路 板, 在 拆 卸 前 以 125 C 的 温 度 烘 烤 组 件 小 时, 或 者 对 安 装 温 度 敏 感 组 件 的 电 路 板 以 95 C 的 温 度 烘 烤 小 时 温 度 曲 线 : 脱 焊 时, 确 保 封 装 峰 值 温 度 和 升 温 速 率 均 低 于 标 准 的 组 件 回 流 焊 接 工 艺 力 学 : 拆 卸 时 请 勿 施 加 过 大 力 度 用 力 过 大 会 损 坏 组 件 和 / 或 PCB, 从 而 限 制 封 装 的 故 障 分 析 对 于 大 尺 寸 封 装, 可 使 用 吸 移 管 ( 在 大 多 数 返 工 系 统 上 使 用 ); 对 于 小 尺 寸 封 装, 镊 子 可 能 更 实 用 一 些 如 果 疑 似 故 障 组 件 较 为 脆 弱, 尤 其 有 必 要 确 定 脱 焊 后 这 些 组 件 是 否 可 以 直 接 接 受 电 气 测 试, 或 测 试 前 是 否 需 要 对 这 些 组 件 进 行 预 处 理 在 这 种 情 况 下, 或 如 果 无 法 安 全 地 拆 卸 疑 似 故 障 组 件 或 拆 卸 风 险 过 高, 则 应 返 回 整 个 PCB 或 包 含 缺 陷 组 件 的 PCB 部 分 要 从 电 路 板 上 拆 下 有 故 障 的 组 件, 应 从 顶 部 和 底 部 加 热 器 送 入 热 气 使 用 正 确 尺 寸 的 喷 气 嘴 将 热 传 导 至 QFP 组 件 引 脚, 以 便 真 空 贴 装 工 具 能 够 正 确 地 拆 卸 组 件 顶 部 和 底 部 加 热 器 的 温 度 设 置 取 决 于 组 件 额 定 值 许 多 组 装 厂 在 返 工 方 面 有 着 丰 富 的 知 识, 可 以 咨 询 其 专 家 获 取 进 一 步 指 导 如 果 PCB 尺 寸 较 大, 应 避 免 由 于 热 应 力 造 成 的 印 刷 电 路 材 料 弯 曲, 因 此 必 须 将 预 防 弯 曲 的 工 具 放 置 在 印 刷 电 路 板 的 底 部, 并 安 装 底 部 加 热 器 加 热 整 个 印 刷 电 路 板, 从 而 提 高 工 作 效 率 14 飞 思 卡 尔 半 导 体

15 6.2.3 位 置 纠 正 维 修 和 返 工 流 程 拆 卸 组 件 后, 必 须 对 PCB 焊 盘 进 行 清 洁, 以 去 除 焊 接 残 留 物, 为 新 组 件 的 安 装 做 准 备 工 作 涂 抹 助 焊 剂 后, 可 使 用 真 空 脱 焊 机 焊 剂 吸 收 器 脱 焊 芯 和 脱 焊 编 带 等 完 成 上 述 工 作 剩 余 焊 接 残 留 物 和 凸 焊 会 导 致 焊 膏 印 刷 期 间 焊 钢 网 无 法 紧 密 粘 附 基 底, 从 而 造 成 组 件 安 装 期 间 的 焊 膏 供 给 不 当 此 外, 焊 接 残 留 物 流 向 相 邻 的 通 孔 时, 焊 盘 上 印 刷 的 焊 膏 会 在 回 流 期 间 通 过 吸 入 方 式 转 移 至 通 孔, 从 而 导 致 连 接 不 正 确 可 使 用 溶 剂 清 洗 残 留 有 助 焊 剂 的 PCB 可 使 用 脱 焊 站 修 整 焊 缝 注 意, 使 用 温 度 不 得 超 过 245 C, 否 则 会 导 致 PCB 焊 盘 从 PCB 上 脱 落 通 常 采 取 手 动 操 作, 而 这 就 需 要 经 验 和 技 巧 应 使 用 耐 磨 或 软 毛 刷 作 为 研 磨 刷, 用 于 不 良 焊 点 ( 例 如 钢 刷 ) 贴 装 新 的 组 件 之 前, 应 通 过 印 刷 或 点 胶 方 式, 将 焊 膏 涂 抹 在 各 个 PCB 焊 盘 上 建 议 使 用 免 清 洗 焊 膏 焊 膏 印 刷 返 工 期 间, 使 用 专 用 的 模 板 和 工 具 供 给 焊 膏 在 组 件 位 置 贴 装 与 标 称 钢 网 的 厚 度 孔 隙 开 口 以 及 图 形 相 同 的 迷 你 钢 网 使 用 迷 你 金 属 刮 刀 将 焊 膏 沉 积 在 特 定 区 域 请 参 见 图 18 应 对 印 刷 焊 盘 进 行 检 查, 在 组 件 贴 装 前 确 保 均 匀 地 涂 抹 焊 膏 且 膏 量 充 足 在 相 邻 部 件 与 QFP 组 件 非 常 靠 近 且 不 使 用 迷 你 钢 网 的 情 况 下, 请 使 用 焊 膏 点 胶 系 统 小 心 地 将 焊 膏 涂 抹 在 各 个 焊 盘 上 必 须 控 制 焊 膏 用 量, 防 止 组 件 和 / 或 相 邻 组 件 出 现 短 路 图 18. 迷 你 钢 网 和 迷 你 刮 刀 重 新 安 装 封 装 在 安 装 位 置 准 备 完 毕 后, 可 以 将 新 封 装 安 装 在 PCB 上 重 新 安 装 封 装 时, 建 议 使 用 光 学 或 视 频 视 觉 功 能 良 好 的 返 工 设 备 分 光 系 统 通 过 叠 加 两 张 图 像, 同 时 显 示 封 装 引 脚 和 PCB 焊 盘 的 图 像 通 过 调 节 焊 接 正 确 的 XY, 将 引 脚 与 焊 盘 对 齐 请 参 见 图 19 普 通 引 脚 阵 列 QFP 具 有 进 行 任 意 方 向 ( 包 括 X 轴 Y 轴 和 旋 转 错 位 ) 自 对 准 的 功 能 外 露 式 焊 盘 可 能 不 具 备 强 大 的 自 对 准 功 能, 需 要 将 组 件 准 确 地 贴 装 在 PCB 上 PCB 图 片 PCB 上 的 叠 加 QFP 图 19. 分 光 贴 装 图 像 飞 思 卡 尔 半 导 体 15

16 维 修 和 返 工 流 程 回 流 焊 接 如 焊 接 章 节 中 所 述, 使 用 与 正 常 回 流 焊 接 流 程 相 同 的 温 度 曲 线, 将 新 的 组 件 焊 接 到 PCB 上 焊 接 期 间, 封 装 峰 值 温 度 和 升 温 速 率 不 得 超 过 标 准 组 件 回 流 焊 接 流 程 的 在 IR 或 对 流 焊 接 流 程 中, PC 板 上 的 温 度 差 异 很 大, 具 体 取 决 于 炉 型 尺 寸 组 件 的 质 量 以 及 组 装 电 路 板 时 组 件 的 位 置 必 须 仔 细 测 试 曲 线, 以 确 定 组 装 过 程 中 的 最 热 点 和 最 冷 点 回 流 曲 线 中 的 最 热 点 和 最 冷 点 应 在 建 议 的 温 度 范 围 内 要 监 控 该 流 程, 必 须 小 心 地 将 涂 有 极 少 量 导 热 油 或 环 氧 树 脂 的 热 电 偶 直 接 安 装 在 封 装 和 电 路 板 之 间 的 焊 点 接 口 处 与 标 准 材 料 相 比, 返 工 时 使 用 的 材 料 更 有 可 能 形 成 导 电 迹 线 / 腐 蚀 等, 如 果 没 有 在 正 常 焊 接 流 程 中 清 洗 PCB, 则 可 能 需 要 对 其 进 行 清 洗, 否 则 无 法 使 用 免 清 洗 材 料 完 成 返 工 16 飞 思 卡 尔 半 导 体

17 板 级 可 靠 性 7 板 级 可 靠 性 7.1 测 试 详 细 信 息 进 行 焊 点 可 靠 性 (SJR) 测 试, 以 确 定 暴 露 在 热 循 环 下 时 电 路 板 级 的 可 靠 性 这 里 提 供 的 信 息 根 据 在 使 用 菊 花 链 接 合 配 置 的 QFP 器 件 上 执 行 的 试 验 获 得 建 议 采 用 实 际 的 表 面 安 装 工 艺 和 设 计 优 化, 以 开 发 出 应 用 相 关 的 解 决 方 案 对 于 汽 车 级 产 品 应 用, 在 SJR 实 验 中 出 现 第 一 个 焊 点 故 障 前, 飞 思 卡 尔 通 常 都 会 达 到 最 低 2000 个 循 环 广 泛 接 受 的 测 试 温 度 范 围 为 -40 C 至 +125 C 消 费 类 SJR 温 度 循 环 条 件 的 差 别 很 大, 具 体 取 决 于 应 用 和 特 定 用 户 通 常 情 况 下, 飞 思 卡 尔 消 费 类 SJR 测 试 的 温 度 范 围 为 0 C 至 +100 C 表 3 显 示 了 用 于 执 行 电 路 板 级 焊 点 可 靠 性 测 试 的 飞 思 卡 尔 标 准 测 试 设 置 表 3. 板 级 可 靠 性 设 置 板 级 可 靠 性 测 试 : 材 料 和 测 试 设 置 PCB 板 测 试 电 路 板 的 组 装 循 环 条 件 封 装 测 试 载 体 1.58 mm 厚 度 四 个 铜 层 OSP 表 面 处 理 无 铅 焊 膏 SAC387 SAC 组 件 的 回 流 峰 值 温 度 约 为 240 C Pb 焊 膏 Sn63Pb37 SnPb 组 件 的 回 流 峰 值 温 度 约 为 220 C mm 厚 度 ( 取 决 于 器 件 间 距 ) 镀 镍 激 光 切 割 和 电 解 抛 光 不 锈 钢 网 根 据 IPC-9701A 现 场 持 续 执 行 菊 花 链 监 控 汽 车 的 气 温 循 环 (ATC) -40 C / +125 C 15 分 钟 升 温 / 保 持 15 分 钟 1.0 小 时 循 环 时 间 商 业 和 工 业 的 气 温 循 环 (ATC) 0 C / +100 C 10 分 钟 升 温 / 保 持 20 分 钟 1.0 小 时 循 环 时 间 包 括 芯 片 的 生 产 BOM 封 装 ( 以 机 械 方 式 提 供 芯 片, 无 需 焊 线 接 合 ) 引 脚 框 架 上 的 菊 花 链 接 合 方 式 可 实 现 持 续 监 控 7.2 焊 点 可 靠 性 结 果 飞 思 卡 尔 用 实 验 方 法 收 集 了 大 量 封 装 的 电 路 板 级 可 靠 性 数 据 客 户 可 以 联 系 飞 思 卡 尔 销 售 团 队 获 取 这 些 实 验 的 结 果 ( 包 括 韦 伯 绘 制 图 ) 飞 思 卡 尔 半 导 体 17

18 散 热 特 性 8 散 热 特 性 8.1 一 般 散 热 性 能 由 于 最 终 应 用 中 封 装 的 散 热 性 能 取 决 于 多 个 因 素 ( 即 电 路 板 的 设 计 相 同 电 路 板 上 其 他 组 件 的 功 耗 环 境 温 度 ), 因 此 飞 思 卡 尔 提 供 的 散 热 封 装 属 性 仅 用 作 散 热 应 用 设 计 的 指 南 在 散 热 性 能 被 视 为 关 键 因 素 的 应 用 中, 飞 思 卡 尔 建 议 在 设 计 阶 段 运 行 应 用 相 关 的 热 计 算, 以 确 认 板 载 散 热 性 能 外 露 式 焊 盘 封 装 可 能 要 求 将 外 露 式 焊 盘 连 接 到 PC 上, 以 进 行 热 和 / 或 电 气 测 量 要 达 到 最 佳 的 散 热 性 能, 建 议 将 外 露 式 焊 盘 连 接 到 PCB 的 顶 部 和 / 或 底 部 和 / 或 内 部 铜 层, 形 成 进 入 PCB 的 散 热 通 道 达 到 PCB 上 适 当 的 散 热 性 能 所 需 的 PCB 铜 箔 面 积 以 及 外 露 式 焊 盘 所 连 接 散 热 过 孔 的 数 量 与 应 用 相 关, 具 体 取 决 于 封 装 功 耗 以 及 电 路 板 的 属 性 ( 应 用 PCB 的 热 阻 抗 ) 8.2 封 装 的 散 热 特 性 结 温 是 裸 片 大 小 片 上 功 耗 封 装 热 阻 安 装 环 境 ( 板 ) 温 度 环 境 温 度 气 流 板 上 其 他 组 件 的 功 耗 和 板 热 阻 的 函 数 在 PCB 的 设 计 中 还 需 要 考 虑 其 他 因 素, 而 在 这 些 因 素 中, 最 终 应 用 的 热 额 定 值 如 下 : PCB 的 热 阻 抗 (PCB 迹 线 的 导 热 性 散 热 过 孔 的 数 量 及 其 导 热 性 ) PCB 焊 点 的 质 量 和 尺 寸 ( 有 效 的 PCB 焊 盘 尺 寸 散 热 路 径 焊 点 中 可 能 缩 小 有 效 焊 接 区 域 的 焊 接 空 洞 ) 没 有 相 邻 组 件 散 发 大 量 热 量 时, 封 装 的 散 热 特 性 提 供 了 封 装 的 散 热 性 能 表 示 的 值 用 于 定 义 标 准 化 环 境 下 封 装 的 散 热 性 能 通 常 情 况 下, 飞 思 卡 尔 产 品 数 据 手 册 中 提 供 各 个 产 品 的 散 热 属 性 产 品 数 据 手 册 可 从 下 载 客 户 可 能 会 要 求 获 取 更 详 细 的 散 热 属 性 8.3 封 装 的 散 热 属 性 定 义 通 常 情 况 下, 安 装 或 未 安 装 外 露 式 焊 盘 的 QFP 封 装 的 散 热 性 能 由 R θja R θjma R θjb R θjc 和 Ψ JT ( 单 位 : C/W) 等 散 热 属 性 的 定 义 指 定 在 下 列 条 件 下, 热 散 特 性 测 试 通 过 物 理 测 量 和 运 行 复 杂 的 模 拟 模 型 执 行 : 两 种 散 热 板 : 符 合 JEDEC JESD51-3 和 JESD51-5 ( 仅 适 用 于 外 露 式 焊 盘 封 装 ) 的 单 层 板 (1s), 符 合 JEDEC JESD51-7 和 JESD51-5 ( 仅 适 用 于 外 露 式 焊 盘 封 装 ) 的 四 层 板 (2s2p) 四 种 边 界 条 件 : 符 合 JEDEC JESD51-2 的 自 然 对 流 ( 静 止 空 气 ), 符 合 JEDEC JESD51-6 的 强 制 对 流, 符 合 JEDEC JESD51-8 的 环 式 冷 板 法 上 的 热 测 试 板, 以 及 符 合 MIL SPEC-883 方 法 的 冷 板 法 R θja :Theta 结 点 到 环 境 自 然 对 流 热 阻 抗 结 点 到 环 境 热 阻 抗 ( 符 合 JEDEC JESD51-2 的 Theta-JA 或 RθJA) 是 一 维 值, 用 于 测 量 静 止 空 气 环 境 下 从 结 点 ( 芯 片 上 的 最 热 温 度 ) 传 导 至 封 装 附 近 环 境 ( 环 境 温 度 ) 的 热 量 芯 片 表 面 产 生 的 热 量 沿 以 下 两 种 路 径 到 达 直 接 环 境 :(1) 封 装 的 外 露 表 面 散 发 的 对 流 和 辐 射, 以 及 (2) 外 露 板 表 面 散 发 对 流 和 辐 射 后 通 过 测 试 板 进 行 传 导 R θjma :Theta 结 点 到 流 动 空 气 强 制 对 流 热 阻 抗 结 点 到 流 动 空 气 ( 符 合 JEDEC JESD51-6 的 Theta-JMA 或 RθJMA) 与 R θjma 类 似, 但 它 用 于 测 量 暴 露 在 流 动 空 气 (200 英 尺 / 分 钟 ) 环 境 下 的 指 定 热 测 试 板 上 所 安 装 封 装 的 散 热 性 能 18 飞 思 卡 尔 半 导 体

19 散 热 特 性 R θjb :Theta 结 点 到 电 路 板 热 阻 抗 结 点 到 电 路 板 热 阻 抗 ( 符 合 JEDEC JESD51-8 的 Theta-JB 或 R θjb ) 用 于 测 量 结 点 和 电 路 板 之 间 热 量 的 水 平 传 播 板 温 度 在 封 装 附 近 的 板 的 上 表 面 上 测 量 在 环 式 冷 板 上 使 用 符 合 JEDEC JESD51-7 和 JESD51-5 ( 仅 适 用 于 外 露 式 焊 盘 封 装 ) 具 有 高 效 热 传 导 性 的 四 层 测 试 板 进 行 测 量 客 户 最 常 使 用 R θjb 创 建 热 模 型, 将 封 装 和 应 用 板 的 热 属 性 因 素 考 虑 其 中 R θj C:Theta 结 点 到 外 形 热 阻 抗 结 点 到 外 形 热 阻 抗 ( 符 合 MIL SPEC-883 方 法 的 Theta-JC 或 θjc) 表 示 使 用 符 合 MIL SPEC-883 方 法 的 冷 板 法 所 测 量 的 芯 片 和 外 形 上 表 面 之 间 的 平 均 热 阻 抗, 冷 板 温 度 用 于 外 形 温 度 外 形 被 定 义 为 封 装 顶 部 的 温 度 ( 适 用 于 非 外 露 式 焊 盘 封 装 ), 或 外 露 式 焊 盘 表 面 底 部 的 温 度 ( 适 用 于 外 露 式 焊 盘 封 装 ) 对 于 外 露 式 焊 盘 封 装 而 言, 由 于 会 对 焊 盘 进 行 焊 接, 因 此 结 点 到 外 形 热 阻 抗 是 从 结 点 到 无 接 触 阻 抗 的 外 露 式 焊 盘 模 拟 的 值 将 电 路 板 贴 装 至 金 属 外 形 或 散 热 器 时, 或 完 成 完 整 的 散 热 分 析 时, 可 使 用 R θjc 评 估 封 装 的 散 热 性 能 Ψ JT (Psi JT): 结 点 到 封 装 顶 部 热 阻 抗 结 点 到 封 装 顶 部 (Psi JT 或 Ψ JT ) 表 示 封 装 顶 部 温 度 和 结 点 温 度 之 间 的 温 差, 可 选 择 在 静 止 空 气 条 件 ( 符 合 JEDEC JESD51-2) 下 进 行 测 量, 或 选 择 在 强 制 对 流 环 境 ( 符 合 JEDEC JESD51-6) 下 进 行 测 量 不 要 混 淆 Ψ JT 和 参 数 R θjc : R θjc 是 从 器 件 结 点 到 封 装 外 表 面 的 热 阻 抗, 封 装 表 面 的 温 度 保 持 恒 定 ; 而 Ψ JT 是 封 装 表 面 温 度 和 结 点 温 度 之 间 的 温 差, 通 常 在 自 然 对 流 环 境 下 测 量 8.4 封 装 的 散 热 属 性 示 例 散 热 特 性 的 示 例 通 常 如 表 4 中 的 飞 思 卡 尔 数 据 手 册 所 示 示 例 适 用 于 下 列 条 件 : 封 装 尺 寸 为 20 mm x 20 mm x 1.4 mm, 间 距 为 0.5 mm, 芯 片 尺 寸 约 为 6.0 mm x 6.3 mm 表 4. 热 阻 抗 示 例 分 类 板 类 型 类 型 值 单 位 附 注 结 到 外 部 环 境 ( 自 然 对 流 ) 单 层 板 (1s) R θja 44 C/W (2) (3) 结 到 外 部 环 境 ( 自 然 对 流 ) 四 层 板 (2s2p) R θja 36 C/W (2) (4) 结 到 外 部 环 境 (@200 ft.min) 单 层 板 (1s) R θjma 35 C/W (2) (4) 结 到 外 部 环 境 (@200 ft.min) 四 层 板 (2s2p) R θjma 30 C/W 结 到 板 --- R θjb 24 C/W (5) 结 到 管 壳 --- R θjb 8 C/W (6) 结 到 封 装 顶 部 自 然 对 流 Ψ JT 2 C/W (7) 附 注 2. 结 温 是 裸 片 大 小 片 上 功 耗 封 装 热 阻 安 装 环 境 ( 板 ) 温 度 环 境 温 度 气 流 板 上 其 他 组 件 的 功 耗 和 热 阻 的 函 数 3. 每 个 带 水 平 单 层 板 (JESD51-3) 的 JEDEC JESD 每 个 带 水 平 板 (JESD51-7) 的 JEDEC JESD 每 个 JEDEC JESD51-8 裸 片 和 印 刷 电 路 板 之 间 的 热 阻 在 靠 近 封 装 的 板 的 上 表 面 测 量 板 温 度 6. 通 过 冷 板 方 法 测 量 裸 片 和 管 壳 顶 面 之 间 的 热 阻 (MIL Spec-883 Method ) 7. 热 特 性 参 数 表 示 每 JEDEC JESD51-2 封 装 顶 部 和 结 温 度 之 间 的 温 差 未 提 供 希 腊 字 母 时, 散 热 特 性 参 数 写 为 Psi-JT (2) (4) 飞 思 卡 尔 半 导 体 19

20 外 形 轮 廓 图 MCDS 和 MSL 额 定 值 9 外 形 轮 廓 图 MCDS 和 MSL 额 定 值 9.1 外 形 轮 廓 图 MCDS 和 MSL 信 息 的 下 载 可 从 飞 思 卡 尔 网 站 下 载 符 合 IPC-1752 报 告 格 式 的 完 整 外 形 轮 廓 图 以 及 材 料 成 分 声 明 表 (MCDS) 的 PDF 文 件 您 还 可 以 从 该 网 站 上 下 载 有 关 产 品 特 定 湿 度 灵 敏 度 等 级 (MSL) 的 信 息 要 下 载 这 些 文 档, 请 遵 循 以 下 指 示 : 1. 访 问 2. 点 击 屏 幕 右 上 角 的 橙 色 方 框 中 的 可 订 购 部 件 3. 在 右 上 角 输 入 框 输 入 部 件 号 中 输 入 飞 思 卡 尔 产 品 部 件 号 在 此 处 输 入 部 件 号 4. 下 一 个 屏 幕 将 返 回 搜 索 结 果 ( 如 有 ), 并 列 出 与 搜 索 词 条 相 关 的 所 有 正 式 和 现 有 部 件 号 在 搜 索 结 果 屏 幕 上, 找 到 包 含 所 需 部 件 号 的 那 一 行 在 包 含 您 感 兴 趣 的 部 件 号 的 那 一 行 中, 点 击 封 装 描 述 和 示 意 图 列 中 的 封 装 描 述 链 接 点 击 链 接 20 飞 思 卡 尔 半 导 体

21 外 形 轮 廓 图 MCDS 和 MSL 额 定 值 5. 下 一 个 屏 幕 显 示 产 品 汇 总 页 面 a) 点 击 封 装 信 息 表 中 的 封 装 描 述 链 接 ( 在 以 下 示 例 中, 为 FCPBGA SQ*3.7P1.0), 以 打 开 外 壳 轮 廓 PDF 文 件, 或 者 b) 点 击 环 境 与 合 规 信 息 中 的 下 载 IPC-1752 报 告 链 接, 打 开 材 料 成 分 声 明 表 PDF 文 件, 或 者 c) 查 看 相 关 列 显 示 中 的 湿 度 灵 敏 度 等 级 (MSL) 以 及 允 许 的 最 高 封 装 体 峰 值 温 度 (PPT): 点 击 链 接 打 开 外 形 轮 廓 图 点 击 链 接 打 开 材 料 成 分 声 明 表 检 查 MSL 级 别 检 查 PPT 9.2 湿 度 灵 敏 度 等 级 湿 度 灵 敏 度 等 级 (MSL) 表 示 组 件 的 车 间 寿 命 要 求 及 其 存 放 条 件, 以 及 打 开 原 有 容 器 后 的 处 理 注 意 事 项 允 许 将 组 件 放 在 防 潮 袋 以 外 的 时 间 ( 从 打 开 防 潮 袋 起, 直 至 最 终 焊 接 流 程 完 成 ) 是 一 种 测 量 组 件 对 环 境 湿 度 的 灵 敏 度 的 方 法 在 许 多 情 况 下, 吸 湿 性 会 导 致 组 件 中 含 有 水 分, 如 果 水 分 过 高, 会 在 回 流 期 间 损 坏 封 装 吸 收 的 水 分 膨 胀 后, 会 导 致 塑 封 材 料 与 芯 片 或 引 脚 框 架 的 分 离 ( 称 为 分 层 ), 从 而 损 坏 焊 线 和 芯 片, 并 造 成 内 部 裂 纹 在 大 多 数 严 重 的 情 况 下, 组 件 会 膨 胀 并 爆 开, 被 称 为 爆 米 花 效 应 因 此, 有 必 要 对 潮 湿 敏 感 组 件 进 行 干 燥, 并 根 据 IPC/JEDEC J-STD-033 的 要 求 将 它 们 放 入 带 有 干 燥 剂 和 湿 度 指 示 卡 的 防 潮 袋 中 进 行 真 空 密 封, 只 有 在 组 装 到 PCB 之 前 才 取 出 表 5 列 出 了 符 合 IPC/JEDEC J-STD-20 的 MSL 定 义 请 参 阅 包 装 材 料 上 的 湿 度 灵 敏 度 警 告 标 签, 了 解 飞 思 卡 尔 产 品 的 湿 度 灵 敏 度 等 级 的 相 关 信 息 必 须 在 允 许 的 时 间 段 ( 从 防 潮 袋 中 取 出 后 的 车 间 寿 命 ) 内 对 组 件 进 行 安 装 和 回 流 焊 接, 并 且 在 客 户 车 间 组 装 电 路 板 时, 不 得 超 过 回 流 焊 接 的 最 高 温 度 如 果 将 潮 湿 敏 感 组 件 暴 露 在 环 境 空 气 下 的 时 间 长 于 其 MSL 额 定 值 规 定 的 时 间, 或 湿 度 指 示 卡 显 示 打 开 防 潮 袋 (MBB) 后 的 湿 度 过 高, 则 组 装 前 需 要 对 组 件 进 行 烘 烤 请 参 阅 相 应 包 装 上 的 印 记 / 标 签, 确 定 允 许 的 最 高 温 度 MSL 值 越 高, 则 存 放 组 件 时 越 要 小 心 QFP 封 装 的 MSL 可 靠 性 取 决 于 不 同 的 供 应 商 材 料 集 和 封 装 尺 寸 表 6 列 出 了 发 布 本 文 档 时 各 个 封 装 尺 寸 的 最 佳 MSL 状 况 飞 思 卡 尔 封 装 使 用 JEDEC 标 准 IPC/JEDEC J-STD-020 对 封 装 进 行 分 类 飞 思 卡 尔 半 导 体 21

22 外 形 轮 廓 图 MCDS 和 MSL 额 定 值 表 5.MSL 说 明 车 间 寿 命 等 级 时 间 条 件 1 无 限 制 30 C/85% RH 2 1 年 30 C/60% RH 2a 4 周 30 C/60% RH 小 时 30 C/60% RH 4 72 小 时 30 C/60% RH 5 48 小 时 30 C/60% RH 5a 24 小 时 30 C/60% RH 6 TOL (8) 30 C/60% RH 附 注 8.TOL = 标 签 时 间 (8) 表 6.QFP 封 装 的 MSL 等 级 封 装 类 型 主 体 尺 寸 (L x W) 引 脚 数 MSL PPT TQFP-EP 1.0 mm 主 体 厚 度 LQFP 1.4 mm 主 体 厚 度 LQFP-EP 1.4 mm 主 体 厚 度 QFP >1.6 mm 主 体 厚 度 12x x14 100/ x x x7 32/ x10 44/52/ x x14 64/80/100/ x x20 112/ x24 160/ x x x x x14 64/80/ /250 14x20 100/ x28 144/160/ x PQFP 29x mm 主 体 厚 度 附 注 9. 此 表 和 应 用 说 明 列 出 了 本 应 用 说 明 适 用 的 所 有 FSL 封 装, 但 其 中 某 些 类 型 的 封 装 可 能 不 适 用 于 新 产 品 详 情 请 咨 询 FSL 销 售 团 队 22 飞 思 卡 尔 半 导 体

23 封 装 的 处 理 10 封 装 的 处 理 10.1 静 电 放 电 敏 感 器 件 的 处 理 半 导 体 集 成 电 路 (IC) 和 组 件 均 为 静 电 放 电 敏 感 器 件 (ESDS), 需 要 采 取 适 当 的 措 施 来 对 其 进 行 处 理 和 加 工 静 电 放 电 (ESD) 是 造 成 半 导 体 IC 和 组 件 损 坏 并 出 现 故 障 的 重 要 因 素 之 一, 因 此 需 要 考 虑 采 取 全 面 的 ESD 控 制 措 施, 在 处 理 和 加 工 期 间 保 护 ESDS 以 下 行 业 标 准 说 明 了 正 确 的 ESD 控 制 措 施 的 详 细 要 求, 飞 思 卡 尔 建 议 用 户 在 达 到 这 些 标 准 后, 再 对 ESDS 进 行 处 理 和 加 工 JESD615-A 处 理 静 电 放 电 敏 感 (ESDS) 器 件 的 要 求 IEC-101/ 针 对 避 免 电 子 器 件 出 现 静 电 现 象 的 规 范 10.2 潮 湿 敏 感 性 表 面 安 装 器 件 的 处 理 QFP 是 潮 湿 / 回 流 敏 感 性 表 面 安 装 器 件 (SMD), 处 理 包 装 运 输 和 使 用 期 间 需 要 采 取 适 当 的 措 施 大 气 湿 度 中 的 水 分 会 通 过 扩 散 方 式 进 入 可 渗 透 的 包 装 材 料 用 于 将 SMD 封 装 焊 接 到 PCB 的 组 装 工 艺 会 将 整 个 封 装 主 体 暴 露 在 温 度 高 于 200 C 的 环 境 下 如 湿 度 灵 敏 度 等 级 中 所 述, 加 热 期 间, 水 分 的 迅 速 膨 胀 材 料 不 匹 配 以 及 材 料 接 口 降 解 等 因 素 都 会 导 致 封 装 破 裂 和 / 或 组 件 和 PCB 内 重 要 接 口 的 分 层 裂 纹 和 / 或 分 层 会 导 致 出 现 故 障 和 可 靠 性 问 题, 需 要 正 确 地 处 理 SMD 将 干 燥 后 的 潮 湿 敏 感 性 SMD 放 入 托 盘 或 盘 卷 中, 并 采 用 符 合 相 应 的 运 输 和 存 放 条 件 的 干 燥 包 装 使 用 干 燥 材 料 和 MBB 防 潮 袋 中 的 湿 度 指 示 卡 密 封 SMD 干 燥 包 装 的 SMD 的 保 存 期 限 为 干 燥 包 装 密 封 之 日 起 12 个 月, 并 且 需 存 放 在 低 于 40 C/90%RH 的 环 境 下 打 开 MBB 防 潮 袋 后, 需 要 正 确 地 使 用 和 存 放 潮 湿 敏 感 性 SMD 若 使 用 和 存 放 不 当, 会 增 加 各 种 质 量 和 可 靠 性 风 险 对 于 符 合 回 流 焊 接 或 其 他 高 温 工 艺 的 SMD, 必 须 在 MSL 指 定 的 车 间 寿 命 内 和 环 境 条 件 下 进 行 安 装, 或 根 据 J-STD-033B 标 准 存 放 如 果 发 生 下 列 任 一 情 况, 则 安 装 前 必 须 烘 烤 SMD SMD 暴 露 在 指 定 的 车 间 环 境 下 的 时 间 长 于 指 定 时 间 在 23 ±5.0 C 的 环 境 下, 对 于 2a 5a 等 级 的 器 件, 湿 度 指 示 卡 读 数 大 于 10%, 或 对 于 2 等 级 的 器 件, 湿 度 指 示 卡 读 数 大 于 60% 未 根 据 J-STD-033B 标 准 存 放 可 在 以 下 行 业 标 准 中 找 到 烘 烤 流 程, 以 及 有 关 处 理 潮 湿 敏 感 性 SMD 更 详 细 的 要 求 和 流 程 IPC/JEDEC J-STD-033B 潮 湿 / 回 流 敏 感 性 表 面 安 装 器 件 的 处 理 包 装 运 输 和 使 用 飞 思 卡 尔 半 导 体 23

24 封 装 的 处 理 10.3 器 件 的 包 装 QFP 器 件 采 用 托 盘 或 盘 卷 包 装, 并 且 托 盘 和 盘 卷 均 为 适 合 运 输 和 存 放 的 干 燥 包 装 包 装 材 料 用 于 保 护 器 件 免 受 电 气 器 械 和 化 学 损 坏 以 及 水 分 吸 收, 但 建 议 正 确 地 处 理 和 存 放 干 燥 包 装 若 处 理 和 存 放 不 当 ( 干 燥 包 装 掉 落, 在 超 过 40 C/90%RH 的 环 境 中 存 放, 干 燥 包 装 堆 叠 过 多 等 ), 会 增 加 各 种 质 量 和 可 靠 性 风 险 托 盘 飞 思 卡 尔 遵 守 标 准 的 JEDEC 托 盘 设 计 配 置 参 见 图 20 在 1 号 引 脚 面 朝 托 盘 的 倒 角 的 情 况 下, 确 定 器 件 1 号 插 针 的 方 向 托 盘 用 于 潮 湿 敏 感 性 SMD 的 烘 烤, 但 烘 烤 器 件 时 不 得 超 出 托 盘 的 温 度 额 定 值 温 度 额 定 值 可 在 托 盘 的 底 部 标 签 中 找 到 建 议 的 托 盘 烘 烤 温 度 为 125 C 托 盘 通 常 5+1 ( 五 个 装 满 的 托 盘 和 一 个 封 盖 托 盘 ) 堆 叠, 在 防 潮 袋 中 干 燥 包 装 也 可 以 部 分 堆 叠 ( 等 ), 视 乎 具 体 要 求 而 定 图 20. JEDEC 托 盘 示 例 盘 卷 飞 思 卡 尔 遵 守 EIA-481B 和 EIA-481C 对 于 载 体 盘 卷 配 置 的 要 求 参 见 图 21 飞 思 卡 尔 遵 守 EIA-481 的 要 求, 确 定 器 件 1 号 插 针 的 方 向 盘 卷 不 适 合 进 行 高 温 烘 烤 盘 卷 通 常 在 防 潮 袋 中 进 行 干 燥 包 装 24 飞 思 卡 尔 半 导 体

25 封 装 的 处 理 图 21. 盘 卷 示 例 干 燥 包 装 使 用 防 潮 袋 密 封 装 有 器 件 的 托 盘 和 盘 卷, 贴 上 标 签 并 将 其 放 入 带 衬 垫 的 专 用 盒 进 行 最 终 运 输 每 个 干 燥 包 装 袋 中 包 含 一 包 干 燥 剂 以 及 一 张 湿 度 指 示 卡 飞 思 卡 尔 鼓 励 在 可 能 的 情 况 下 回 收 和 再 利 用 包 装 材 料 飞 思 卡 尔 不 使 用 含 1 类 消 耗 臭 氧 层 物 质 或 用 该 物 质 加 工 而 成 的 包 装 填 充 材 料 在 可 能 的 情 况 下, 飞 思 卡 尔 会 设 计 其 包 装 配 置, 以 优 化 容 积 效 率 和 包 装 密 度, 从 而 最 大 程 度 减 少 进 入 工 业 废 水 流 的 包 装 材 料 量 飞 思 卡 尔 遵 循 以 下 环 境 标 准 合 规 指 南 / 指 令 : ISPM 15: 管 理 国 际 贸 易 中 木 质 包 装 材 料 的 指 南 欧 洲 议 会 和 理 事 会 关 于 包 装 和 包 装 废 弃 物 的 指 令 94/62/EC (1994 年 12 月 20 日 ) 飞 思 卡 尔 半 导 体 25

26 参 考 11 参 考 参 考 名 称 标 题 日 期 [1] IPC/JEDEC J-STD-20C 非 密 封 固 态 表 面 安 装 器 件 的 潮 湿 / 回 流 敏 感 度 分 级 2004 年 1 月 [2] IPC/JEDEC J-STD-033B 针 对 潮 湿 / 回 流 敏 感 性 表 面 安 装 器 件 的 处 理 包 装 运 输 和 使 用 的 联 合 电 子 设 备 工 程 委 员 会 IPC/JEDEC 标 准 2007 年 1 月 [3] EIA-783 多 连 接 封 装 的 定 向 标 准 指 南 ( 盘 卷 方 向 的 设 计 准 则 ) 1998 年 11 月 [4] EIA/JESD51-2 集 成 电 路 热 测 试 方 法 环 境 条 件 自 然 对 流 ( 静 止 空 气 ) 1995 年 12 月 [5] EIA/JESD51-3 适 用 于 带 引 脚 的 表 面 安 装 封 装 的 低 效 导 热 测 试 电 路 板 1996 年 8 月 [6] EIA/JESD51-5 适 用 于 具 有 直 接 热 连 接 机 制 的 封 装 的 热 测 试 电 路 板 标 准 的 扩 展 1999 年 2 月 [7] EIA/JESD51-7 适 用 于 带 引 脚 的 表 面 安 装 封 装 的 高 效 导 热 测 试 电 路 板 1999 年 2 月 [8] EIA/JESD51-8 集 成 电 路 热 测 试 方 法 的 环 境 条 件 结 点 到 电 路 板 1999 年 10 月 [9] EIA/JESD 51-6 集 成 电 路 热 测 试 方 法 的 环 境 条 件 强 制 对 流 ( 流 动 空 气 ) 1999 年 3 月 [10] MIL SPEC-883 Method 散 热 特 性 2006 年 2 月 [11] IPC-7351 适 用 于 表 面 安 装 设 计 的 一 般 热 特 性 要 求 以 及 连 接 盘 图 形 标 准 2010 年 6 月 [12] EIA-783 组 件 方 向 [13] EIA-481 用 于 确 定 是 否 完 全 对 齐 的 标 准 摘 录 [14] JESD615-A 处 理 静 电 放 电 敏 感 (ESDS) 器 件 的 要 求 [15] IEC-101/ 针 对 避 免 电 子 器 件 出 现 静 电 现 象 的 规 范 [16] Åström, Anders 在 无 铅 工 艺 中 氮 气 回 流 焊 接 的 效 果 2003 年 9 月 26 飞 思 卡 尔 半 导 体

27 修 订 历 史 记 录 12 修 订 历 史 记 录 修 订 版 日 期 变 动 说 明 /2011 首 次 发 行 2.0 2/2014 更 新 图 16 飞 思 卡 尔 半 导 体 27

28 How to Reach Us: Home Page: freescale.com Web Support: freescale.com/support 本 文 档 中 的 信 息 仅 供 系 统 和 软 件 实 施 方 使 用 飞 思 卡 尔 产 品 未 包 含 基 于 本 文 档 信 息 设 计 或 加 工 任 何 集 成 电 路 的 任 何 明 示 或 暗 示 的 版 权 许 可 授 权 飞 思 卡 尔 保 留 对 此 处 任 何 产 品 进 行 更 改 的 权 利, 恕 不 另 行 通 知 飞 思 卡 尔 对 其 产 品 在 任 何 特 定 用 途 方 面 的 适 用 性 不 做 任 何 担 保 表 示 或 保 证, 也 不 承 担 因 为 应 用 程 序 或 者 使 用 产 品 或 电 路 所 产 生 的 任 何 责 任, 明 确 拒 绝 承 担 包 括 但 不 局 限 于 后 果 性 的 或 附 带 性 的 损 害 在 内 的 所 有 责 任 飞 思 卡 尔 数 据 表 和 / 或 技 术 规 格 中 所 提 供 的 典 型 参 数 在 不 同 应 用 中 可 能, 并 且 确 实 不 同, 实 际 性 能 会 随 时 间 而 有 所 变 化 所 有 操 作 参 数, 包 括 典 型 值 在 内, 在 每 个 客 户 应 用 中 必 须 经 由 客 户 的 技 术 专 家 进 行 验 证 飞 思 卡 尔 未 转 让 与 其 专 利 权 及 其 他 权 利 相 关 的 许 可 飞 思 卡 尔 销 售 产 品 时 遵 循 以 下 网 址 中 包 含 的 标 准 销 售 条 款 和 条 件 :freescale.com/salestermsandconditions Freescale and the Freescale logo are trademarks of Freescale Semiconductor, Inc., Reg. U.S. Pat. & Tm. Off. All other product or service names are the property of their respective owners Freescale Semiconductor, Inc. 文 档 编 号 : AN4388 Rev /2014