发 布 日 期 :2011-02-02 发 布 者 : 英 飞 凌 科 技 奥 地 利 AG 9500 维 拉 赫, 奥 地 利 英 飞 凌 科 技 奥 地 利 AG 2011 保 留 所 有 权 利 注 意! 本 应 用 说 明 中 给 出 的 信 息 仅 作 为 关 于 使 用 英 飞 凌 科

应 用 说 明 AN 2013-05 V1.1,5 月 2014 年 TO-Leadless: 的 新 封 装 IFAT PMM APS SE DC Ralf Walter

发 布 日 期 :2011-02-02 发 布 者 : 英 飞 凌 科 技 奥 地 利 AG 9500 维 拉 赫, 奥 地 利 英 飞 凌 科 技 奥 地 利 AG 2011 保 留 所 有 权 利 注 意! 本 应 用 说 明 中 给 出 的 信 息 仅 作 为 关 于 使 用 英 飞 凌 科 技 器 件 的 建 议, 不 得 被 视 为 就 英 飞 凌 科 技 器 件 的 任 何 特 定 功 能 条 件 或 质 量 作 出 的 任 何 说 明 或 保 证 本 应 用 说 明 的 使 用 者 必 须 在 实 际 应 用 中 验 证 本 文 档 描 述 的 任 何 功 能 英 飞 凌 科 技 在 此 声 明, 未 就 本 应 用 说 明 中 给 出 的 任 何 及 所 有 信 息 作 出 任 何 性 质 的 保 证, 也 不 承 担 任 何 性 质 的 责 任, 包 括 但 不 限 于 没 有 侵 犯 任 何 第 三 方 的 知 识 产 权 的 保 证 信 息 查 询 若 需 获 得 关 于 技 术 交 付 条 款 和 价 格 的 更 多 信 息, 敬 请 就 近 联 系 英 飞 凌 办 事 处 (www.infineon.com) 警 告 由 于 技 术 要 求, 器 件 可 能 包 含 有 害 物 质 若 需 了 解 相 关 物 质 的 类 型, 请 就 近 联 系 英 飞 凌 办 事 处 如 果 可 以 合 理 地 预 计 英 飞 凌 的 某 个 器 件 失 效 可 能 会 导 致 生 命 支 持 设 备 或 系 统 失 效, 或 者 影 响 该 等 设 备 或 系 统 的 安 全 性 或 有 效 性, 那 么 在 将 这 些 器 件 用 于 生 命 支 持 设 备 或 系 统 之 前, 必 须 获 得 英 飞 凌 的 明 确 书 面 同 意 生 命 支 持 设 备 或 系 统 意 指 用 于 植 入 人 体 内 部, 或 者 支 持 和 / 或 维 持 维 系 和 / 或 保 护 人 类 生 命 的 设 备 或 系 统 如 果 这 些 设 备 或 系 统 失 效, 可 以 合 理 推 定 其 用 户 或 其 他 人 的 健 康 将 受 到 威 胁 AN 2014-05 修 订 记 录 :13-05-10,V1.1 主 题 内 容 :TO-Leadless: 的 新 封 装 作 者 :Ralf Walter 欢 迎 提 出 意 见 和 建 议 您 是 否 认 为 本 文 档 中 的 任 何 信 息 存 在 错 误 含 糊 不 清 或 遗 漏? 您 的 反 馈 将 有 助 于 我 们 不 断 改 进 文 档 质 量 请 把 您 的 意 见 和 建 议 ( 注 明 本 文 档 的 索 引 号 ) 发 送 至 :Ralf.Walter@infineon.com 2

目 录 1 引 言... 5 2 机 械 信 息... 5 2.1 外 形... 5 2.2 空 间 缩 减... 5 2.3 高 连 续 电 流... 6 2.4 自 动 光 学 检 查 (AOI)... 7 3 封 装 处 理... 9 3.1 ESD 保 护 测 量... 9 3.1.1 工 作 场 所 中 的 ESD 保 护 措 施... 9 3.1.2 人 员 装 备... 9 3.1.3 生 产 设 备 和 处 理 工 具... 9 3.2 元 器 件 包 装... 10 3.3 湿 气 敏 感 性 等 级... 10 3.4 储 存 和 运 输 条 件... 11 3.5 搬 运 损 伤 和 污 染... 12 3.6 元 器 件 可 焊 性... 12 4 印 刷 电 路 板... 12 4.1 布 线... 12 4.2 PCB 焊 盘 设 计... 12 4.3 焊 盘 表 面... 14 5 PCB 装 配... 15 5.1 焊 料 丝 网... 15 5.2 焊 膏... 16 5.3 元 器 件 贴 放... 16 5.4 焊 接... 17 5.5 清 洁... 19 3

5.6 检 查... 19 6 返 工... 20 6.1 加 工... 20 6.2 器 件 移 除... 21 6.3 位 置 清 理... 21 6.4 再 装 配 和 回 流 焊... 21 4

1 引 言 TO-Leadless (P/PG-HSOF-8-1) 是 一 种 针 对 高 功 率 高 可 靠 性 应 用 而 优 化 的 模 制 封 装 其 机 械 尺 寸 很 小, 支 持 极 其 紧 凑 的 设 计 并 提 供 大 电 流 能 力, 热 阻 (R thjc ) 很 低, 因 而 芯 片 温 度 也 较 低, 有 助 于 设 计 人 员 实 现 更 高 的 功 率 密 度 和 可 靠 性 以 下 章 节 所 示 的 全 部 机 械 细 节 以 及 关 于 如 何 处 理 英 飞 凌 SMD 器 件 的 一 般 建 议, 请 访 问 www.infineon.com/packages 关 于 TO-Leadless (P/PG-HSOF-8-1) 的 详 细 机 械 信 息, 请 访 问 TO-Leadless 关 于 规 格 书 产 品 简 介 等 一 般 信 息, 请 访 问 www.infineon.com/toll 2 机 械 信 息 2.1 外 形 2.2 空 间 缩 减 图 2.1:TO-Leadless 的 外 形 与 常 用 的 D²PAK 或 D²PAK 7Pin 相 比,TO-Leadless 的 占 板 面 积 更 小 它 的 尺 寸 只 有 11.7mm*9.9mm*2.3mm, 而 D²PAK (7Pin) 则 为 15.0mm*10.0mm*4.4mm 相 比 之 下, 其 占 板 面 积 缩 小 30%, 空 间 缩 小 60% 图 2.2:TO-Leadless 相 比 于 D²PAK 7Pin 的 空 间 缩 减 5

2.3 高 连 续 电 流 器 件 的 最 大 连 续 电 流 会 受 到 多 方 面 原 因 的 限 制 : 对 于 给 定 的 热 阻 R thjc, 芯 片 损 耗 过 高 电 流 密 度 过 高 引 起 的 焊 线 损 耗 焊 接 点 的 电 流 密 度 由 于 引 线 框 架 很 薄, 其 热 阻 R thjc 同 样 低 于 D²PAK 7Pin 结 果 是,30mm 2 芯 片 的 热 阻 R thjc 低 于 0.4K/W( 最 大 值 ), 而 D²PAK 的 最 大 热 阻 值 是 0.5K/W 150V 电 压 级 别 下 的 最 大 连 续 电 流 能 力 仅 受 芯 片 损 耗 的 限 制 ; 对 于 所 有 其 他 电 压 级 别, 限 制 因 素 是 焊 接 点 图 2.3 还 显 示 了 D²PAK 和 新 型 TO-Leadless 的 Z thjc 计 算 值 图 2.3:D²PAK 7Pin 和 TO-Leadless 的 Z thjc ( 计 算 值 ) 图 2.4 为 焊 线 的 图 片 总 共 使 用 5 条 焊 线, 每 条 焊 线 的 直 径 为 500µm 这 导 致 连 接 周 围 的 电 流 密 度 较 低, 温 度 应 力 得 以 降 低, 因 而 其 可 靠 性 高 于 标 准 功 率 封 装 图 2.4:5 条 焊 线 ( 直 径 各 为 500µm) 和 大 面 积 的 焊 接 点 6

根 据 封 装 的 情 况, 还 有 一 个 可 能 的 瓶 颈 会 限 制 最 大 允 许 连 续 电 流 尤 其 是 在 电 流 密 度 较 高 且 温 度 很 高 时, 一 种 称 为 电 迁 移 的 效 应 可 能 会 削 弱 焊 接 连 接 因 此, 整 个 器 件 的 可 靠 性 可 能 会 受 到 不 利 影 响 TO-Leadless 提 供 12mm 2 以 上 的 可 焊 接 面 积 (D²PAK 7Pin 小 于 8mm 2 ), 电 流 密 度 降 低 1/3 以 上, 温 度 应 力 和 电 迁 移 风 险 随 之 降 低 图 2.5 比 较 了 这 两 种 功 率 封 装 2.4 自 动 光 学 检 查 (AOI) 图 2.5: 增 加 可 焊 接 面 积 以 降 低 电 流 密 度 CanPAK 或 SuperSO8 等 无 引 脚 封 装 不 支 持 AOI, 因 为 焊 接 点 ( 部 分 地 ) 隐 藏 在 封 装 下 面 在 栅 极 和 源 极 触 点 的 下 侧, 梯 形 槽 使 焊 接 接 头 可 见, 因 而 无 需 进 行 昂 贵 的 X 射 线 检 查 这 些 槽 是 电 镀 和 切 割 之 前 的 调 整 成 形 过 程 的 结 果 图 2.6 左 边 是 正 视 图, 右 边 ( 翻 转 视 图 ) 所 示 即 是 梯 形 槽 图 2.6: 栅 极 和 源 极 顶 部 的 镀 锡 梯 形 槽 7

焊 接 之 后, 很 容 易 通 过 标 准 AOI 确 定 焊 接 点 是 否 良 好 图 2.7 突 出 显 示 了 焊 接 过 程 的 典 型 结 构 源 极 连 接 的 切 面 显 示 了 焊 接 情 况 ( 浅 黄 色 ) 槽 已 完 全 填 满, 在 该 部 分 外 侧 的 左 边 还 可 以 看 到 一 个 焊 接 弯 月 面, 由 此 可 以 评 估 焊 接 连 接 情 况 图 2.7: 通 过 可 见 的 焊 接 弯 月 面 可 进 行 简 单 经 济 的 AOI 可 见 焊 接 弯 月 面 的 形 状 和 数 量 可 通 过 AOI 检 查, 避 免 焊 接 接 头 不 良 引 起 可 靠 性 问 题 8

3 封 装 处 理 3.1 ESD 保 护 测 量 半 导 体 一 般 是 对 静 电 放 电 敏 感 (ESDS) 的 器 件, 其 操 作 和 处 理 要 求 采 取 特 别 预 防 措 施 人 为 接 触 或 处 理 工 具 可 能 会 引 起 带 静 电 物 体 对 集 成 电 路 (IC) 放 电, 产 生 大 电 流 和 / 或 高 电 压 脉 冲, 从 而 损 伤 甚 至 毁 坏 敏 感 的 半 导 体 结 构 另 一 方 面,IC 在 处 理 过 程 中 也 可 能 积 累 电 荷 放 电 速 度 如 果 过 快 ( 硬 放 电 ), 同 样 可 能 引 起 负 载 脉 冲 和 损 伤 因 此,ESD 保 护 措 施 必 须 防 止 IC 接 触 带 电 物 体 以 及 产 生 静 电 在 ESDS 器 件 的 操 作 处 理 和 包 装 期 间, 必 须 采 取 ESD 防 护 措 施 下 面 是 关 于 操 作 和 处 理 的 一 些 提 示 3.1.1 工 作 场 所 中 的 ESD 保 护 措 施 给 ESD 保 护 区 域 加 上 标 准 标 识 出 入 控 制, 配 备 防 静 电 手 环 和 鞋 测 试 仪 空 调 导 静 电 且 接 地 的 地 板 导 静 电 且 接 地 的 工 作 和 储 存 区 域 导 静 电 椅 用 于 防 静 电 手 环 的 接 地 连 接 点 手 推 车 的 表 面 和 轮 子 能 够 导 静 电 合 适 的 运 输 和 储 存 容 器 无 静 电 场 源 3.1.2 人 员 装 备 导 静 电 / 导 电 鞋 具 或 鞋 跟 带 合 适 的 工 作 服 带 安 全 电 阻 的 防 静 电 手 环 防 ESD 的 手 套 或 手 指 套 ( 具 有 规 定 的 体 积 电 阻 率 ) 建 议 定 期 培 训 员 工, 确 保 利 用 上 述 装 备 来 避 免 ESD 故 障 3.1.3 生 产 设 备 和 处 理 工 具 机 器 和 工 具 部 件 由 导 静 电 或 金 属 材 料 制 成 不 使 用 绝 缘 层 或 导 轨 很 薄 的 材 料 所 有 部 件 都 可 靠 地 连 接 到 接 地 电 位 各 机 器 和 工 具 部 件 之 间 不 得 有 电 位 差 无 静 电 场 源 关 于 ESD 保 护 措 施 的 详 细 信 息, 可 通 过 区 域 销 售 办 事 处 从 ESD 专 家 获 得 我 们 的 建 议 基 于 国 际 公 认 标 准 IEC 61340-5-1 和 ANSI/ESD S2020 9

3.2 元 器 件 包 装 根 据 元 器 件 和 客 户 需 求, 有 不 同 的 包 装 可 供 选 用, 以 防 元 器 件 在 运 输 或 储 存 过 程 中 受 损, 例 如 自 动 取 放 机 中 送 入 元 器 件 所 用 的 卡 具 ( 卷 盘 卷 带 料 盘...) 和 外 围 的 包 装 袋 包 装 盒 等 欲 了 解 某 一 产 品 有 何 种 包 装 可 用, 请 参 阅 产 品 和 封 装 规 范 ( 在 IFX 主 页 上 ) 并 联 系 我 们 的 销 售 部 门 一 般 而 言, 对 于 给 定 器 件 和 包 装, 应 当 考 虑 下 列 关 于 包 装 的 相 关 标 准 : IFX 包 装 遵 循 IEC 60286-* 系 列 标 准 IEC 60286-3 用 于 自 动 处 理 的 元 器 件 的 包 装 第 3 部 分 : 连 续 卷 带 上 表 面 贴 装 元 器 件 的 包 装 IEC 60286-4 用 于 自 动 处 理 的 元 器 件 的 包 装 第 4 部 分 : 双 列 直 插 式 封 装 用 料 条 ) IEC 60286-5 用 于 自 动 处 理 的 元 器 件 的 包 装 第 5 部 分 : 矩 阵 式 料 盘 对 湿 气 敏 感 的 表 面 贴 装 器 件 (SMD) 根 据 IPC/JEDEC J-STD-033* 进 行 包 装 : 对 湿 气 / 回 流 焊 敏 感 的 表 面 贴 装 器 件 的 处 理 包 装 装 运 和 使 用 详 细 包 装 图 纸 :www.infineon.com/packages 其 他 参 考 资 料 : ANSI/EIA-481- 标 准 建 议 书 第 5048 号,ANSI/EIA-481-B 建 议 修 订 版 : 用 于 自 动 处 理 的 表 面 贴 装 器 件 的 8mm 至 200mm 压 纹 载 带 和 8mm/12mm 冲 压 载 带 ( 如 获 批 准, 将 以 ANSI/EIA-481-C 公 布 ) EIA-783 - 多 连 接 包 装 的 方 向 标 准 指 南 ( 卷 带 和 卷 盘 方 向 的 设 计 规 则 ) 3.3 湿 气 敏 感 性 等 级 对 湿 气 敏 感 的 封 装, 需 要 控 制 元 器 件 的 水 分 含 量 湿 气 渗 透 到 封 装 塑 封 料 中 一 般 是 由 于 接 触 环 境 空 气 引 起 的 许 多 情 况 下, 水 分 吸 收 导 致 元 器 件 中 的 水 分 浓 度 过 高, 使 得 封 装 在 回 流 焊 期 间 受 损 因 此, 需 要 烘 干 对 湿 气 敏 感 的 元 器 件, 将 其 密 封 在 防 潮 袋 中, 并 且 仅 在 将 其 装 配 到 印 刷 电 路 板 (PCB) 之 前 才 取 出 允 许 元 器 件 留 在 防 潮 袋 外 面 的 时 间 ( 从 打 开 防 潮 袋 到 最 终 焊 接 ), 用 于 衡 量 元 器 件 对 环 境 湿 度 的 敏 感 性 ( 湿 气 敏 感 性 等 级 MSL) 最 常 用 的 标 准 IPC/JEDEC J-STD-033* 定 义 了 8 个 不 同 的 MSL( 参 见 表 3.1) 请 查 看 包 装 材 料 上 的 湿 气 敏 感 性 警 告 标 签, 其 中 包 含 关 于 产 品 湿 气 敏 感 性 等 级 的 信 息 IPC/JEDEC-J-STD-20 规 定 了 最 高 回 流 焊 温 度, 客 户 工 厂 在 板 装 配 期 间 不 应 超 过 该 温 度 10

表 3.1: 湿 气 敏 感 性 等 级 ( 根 据 IPC/JEDEC J-STD-033,RH= 相 对 湿 度 ) 如 果 对 湿 气 敏 感 的 元 器 件 接 触 环 境 空 气 的 时 间 超 过 其 MSL 规 定 的 时 间, 或 者 湿 度 指 示 卡 显 示 打 开 防 潮 袋 (MBB) 后 湿 气 过 多, 则 在 装 配 之 前 必 须 烘 干 元 器 件 详 细 信 息 请 参 阅 IPC/JEDEC J-STD-033* 由 于 氧 化 和 金 属 间 生 长, 频 繁 烘 烤 封 装 会 引 起 焊 接 问 题 此 外, 包 装 材 料 ( 如 料 盘 料 管 卷 盘 卷 带 等 ) 可 能 无 法 承 受 很 高 的 烘 烤 温 度 请 查 看 相 应 包 装 上 的 印 记 / 标 签, 确 定 允 许 的 最 高 温 度 对 于 无 铅 元 器 件, 可 能 会 提 供 两 个 MSL: 一 个 针 对 较 低 的 回 流 焊 峰 值 温 度 ( 含 铅 工 艺 ), 一 个 针 对 较 高 的 回 流 焊 峰 值 温 度 ( 无 铅 工 艺 ) 每 个 等 级 对 相 应 的 应 用 有 效 3.4 储 存 和 运 输 条 件 元 器 件 运 输 和 储 存 不 当 可 能 引 发 随 后 处 理 中 的 多 种 问 题, 如 可 焊 性 差 分 层 封 装 开 裂 等 应 当 考 虑 下 列 标 准 : IEC 60721-3-0 - 环 境 条 件 分 类 第 3 部 分 : 环 境 参 数 组 及 其 严 酷 程 度 的 分 类 分 级 ; 引 言 IEC 60721-3-1 - 环 境 条 件 分 类 第 3 部 分 : 环 境 参 数 组 及 其 严 酷 程 度 的 分 类 分 级 ; 第 1 节 : 储 存 IEC 60721-3-2 - 环 境 条 件 分 类 第 3 部 分 : 环 境 参 数 组 及 其 严 酷 程 度 的 分 类 分 级 ; 第 2 节 : 运 输 IEC 61760-2 - 表 面 贴 装 技 术 第 2 部 分 : 表 面 贴 装 器 件 (SMD) 的 运 输 和 储 存 条 件 应 用 指 南 IEC 62258-3 - 半 导 体 芯 片 产 品 第 3 部 分 : 搬 运 包 装 和 储 存 的 推 荐 规 程 ISO 14644-1 - 洁 净 室 及 相 关 受 控 环 境 第 1 部 分 : 空 气 悬 浮 粒 子 的 分 级 最 长 储 存 时 间 表 3.2: 一 般 储 存 条 件 概 览 (MBB= 防 潮 袋 ) 为 确 保 顺 利 处 理 有 源 和 无 源 元 器 件, 必 须 遵 循 IEC 61760-2 标 准 所 述 的 条 件 11

3.5 搬 运 损 伤 和 污 染 将 元 器 件 自 动 或 手 动 搬 入 搬 出 包 装 时, 可 能 会 导 致 封 装 引 脚 和 / 或 主 体 发 生 机 械 损 伤 包 装 中 的 TO-Leadless 器 件 无 需 处 理 即 可 使 用 器 件 或 包 装 受 到 污 染 时, 可 能 导 致 需 要 进 行 其 他 处 理, 这 些 处 理 ( 结 合 其 他 因 素 ) 可 能 会 引 起 器 件 受 损 最 重 要 的 事 项 是 : 可 焊 性 问 题 腐 蚀 电 气 短 路 ( 导 电 粒 子 引 起 ) 3.6 元 器 件 可 焊 性 大 部 分 半 导 体 封 装 都 具 有 足 够 厚 且 浸 润 性 的 金 属 表 面 ( 最 终 电 镀 ) 或 焊 料 仓 / 球, 即 使 储 存 时 间 较 长, 它 也 具 有 很 好 的 可 焊 性 评 估 可 焊 性 的 适 当 方 法 可 从 JESD22B 102 或 IEC60068-2-58 获 得 TO-Leadless 器 件 兼 容 含 铅 和 无 铅 焊 接 4 印 刷 电 路 板 4.1 布 线 PCB 设 计 和 结 构 是 实 现 高 可 靠 性 焊 接 接 头 的 关 键 因 素 例 如,TO-Leadless 封 装 不 应 放 在 PCB 两 侧 ( 使 用 双 面 安 装 时 ) 上 的 同 一 位 置, 因 为 这 会 导 致 装 配 处 变 硬, 与 器 件 位 置 错 开 的 设 计 相 比, 焊 接 接 头 会 过 早 疲 劳 此 外, 我 们 知 道, 如 果 系 统 用 于 临 界 温 度 循 环 情 况, 板 硬 度 本 身 对 焊 接 接 头 互 连 的 可 靠 性 ( 温 度 循 环 ) 也 会 有 很 大 影 响 4.2 PCB 焊 盘 设 计 焊 盘 设 计 必 须 确 保 可 制 造 性 和 可 靠 性 最 佳 通 常 使 用 两 种 基 本 类 型 的 焊 盘 : 阻 焊 层 限 定 (SMD) 焊 盘 : 覆 铜 焊 盘 大 于 其 上 的 阻 焊 层 开 口 因 此, 浸 润 面 积 由 阻 焊 层 开 口 限 定 图 4.1: 阻 焊 层 限 定 (SMD) 焊 盘 非 阻 焊 层 限 定 (NSMD) 焊 盘 : 每 个 覆 铜 焊 盘 周 围 都 有 阻 焊 层 空 隙 需 要 规 定 阻 焊 层 间 隙 的 尺 寸 和 公 差, 使 得 焊 盘 与 阻 焊 层 不 会 重 叠 ( 取 决 于 PCB 制 造 商 的 公 差, 广 泛 使 用 的 值 是 75 μm) 12

图 4.2: 非 阻 焊 层 限 定 (NSMD) 焊 盘 在 大 电 流 应 用 或 具 有 高 散 热 量 的 应 用 中, 源 极 焊 盘 与 PCB 的 接 触 面 积 需 要 尽 可 能 大 为 使 漏 极 和 源 极 获 得 尽 可 能 大 的 接 触 面 积, 阻 焊 层 限 定 焊 盘 是 首 选 方 案 为 提 高 导 电 性, 覆 铜 面 积 应 最 大 ( 取 决 于 应 用 PCB 制 造 商 能 力 等 ) 13

下 面 的 图 4.3 显 示 了 推 荐 的 PCB 焊 盘 设 计, 包 括 TO-Leadless 的 适 当 尺 寸 请 注 意, 推 荐 设 计 只 能 给 出 阻 焊 层 开 口 的 尺 寸 一 般 而 言, 覆 铜 尺 寸 取 决 于 板 制 造 商 的 能 力 对 于 大 电 流 应 用, 漏 极 和 源 极 焊 盘 的 覆 铜 尺 寸 应 尽 可 能 大, 以 便 扩 大 导 体 截 面 图 4.3: 推 荐 尺 寸 ( 从 阻 焊 层 导 出 ) 为 在 漏 极 和 源 极 焊 盘 与 板 的 内 部 和 / 或 底 部 覆 铜 层 之 间 形 成 直 接 热 / 电 连 接, 应 使 用 电 镀 通 孔 这 有 助 于 芯 片 热 量 直 接 通 过 源 极 触 点 或 金 属 壳 ( 对 于 漏 极 ) 扩 散 到 板 区 域 通 孔 过 近 或 位 于 敞 开 的 阻 焊 层 区 域 中 会 引 发 焊 料 灯 芯 效 应, 最 终 导 致 焊 接 问 题 和 / 或 可 靠 性 降 低 建 议 利 用 热 和 电 分 析 和 / 或 测 试 来 确 定 具 体 应 用 所 需 的 通 孔 数 4.3 焊 盘 表 面 焊 盘 必 须 易 于 被 焊 膏 浸 润 一 般 而 言, 已 经 证 实 所 有 精 整 方 法 都 适 合 表 面 贴 装 技 术 封 装 (SMTA) 使 用 热 空 气 焊 料 均 涂 (HASL) 精 整 ( 无 铅 或 含 铅 HASL) 时, 必 须 考 虑 一 定 的 不 均 匀 性 其 他 电 镀 都 是 完 全 平 坦 的 ( 例 如 铜 有 机 可 焊 性 保 护 剂 无 电 解 镀 锡 或 镍 浸 金 ), 当 PCB 上 使 用 密 间 距 器 件 时, 最 好 使 用 这 些 方 法 ( 请 参 见 图 4.4) 从 封 装 角 度 看, 难 以 推 荐 一 种 能 够 满 足 所 有 要 求 的 PCB 焊 盘 精 整 方 法 精 整 方 法 的 选 择 还 与 板 设 计 焊 盘 几 何 形 状 板 上 所 有 元 器 件 工 艺 条 件 有 密 切 关 系, 并 且 必 须 满 足 客 户 的 特 定 需 求 英 飞 凌 内 部 测 试 显 示,Cu-OSP 和 NiAu 是 相 当 有 效 的 电 镀 方 法 由 于 NiAu 成 本 较 高, 大 规 模 生 产 建 议 采 用 Cu-OSP 14

图 4.4: 典 型 PCB 焊 盘 精 整 方 法 5 PCB 装 配 5.1 焊 料 丝 网 焊 膏 通 过 丝 网 印 刷 涂 敷 到 PCB 金 属 焊 盘 上 印 刷 焊 膏 量 由 丝 网 孔 径 和 丝 网 厚 度 决 定 焊 膏 过 多 会 引 起 焊 料 桥 接, 而 焊 膏 过 少 则 可 能 导 致 所 有 接 触 面 之 间 的 焊 料 浸 润 不 充 分 多 数 情 况 下, 丝 网 厚 度 必 须 与 PCB 上 所 有 元 器 件 的 需 求 相 匹 配 为 确 保 焊 膏 均 匀 高 效 地 转 移 到 PCB, 使 用 激 光 切 割 丝 网 是 合 适 的, 而 且 其 性 价 比 很 高 丝 网 厚 度 直 接 影 响 可 用 来 形 成 源 极 和 栅 极 触 点 焊 接 接 头 的 焊 料 量, 以 及 必 须 位 于 一 定 范 围 之 内 的 源 极 / 栅 极 焊 盘 焊 料 量, 以 免 产 生 电 气 断 路 或 短 路 这 意 味 着, 源 极 / 栅 极 焊 盘 的 丝 网 孔 径 必 须 根 据 丝 网 厚 度 进 行 调 整 丝 网 较 厚 时, 孔 径 应 缩 小 ; 丝 网 较 薄 时, 孔 径 应 增 大 内 部 调 研 显 示,150-μm 的 丝 网 厚 度 可 获 得 很 好 的 结 果, 下 面 的 图 5.1 显 示 了 给 定 的 孔 径 大 小 使 用 厚 度 小 于 100 μm 的 丝 网 时, 必 须 通 过 源 极 / 栅 极 焊 盘 的 重 叠 印 刷 来 弥 合 间 隙, 这 样 可 能 会 引 起 电 气 短 路, 导 致 故 障 率 提 高 丝 网 厚 度 大 于 175 μm 时, 特 别 小 栅 极 焊 盘 的 孔 径 只 能 勉 强 释 放 出 焊 膏 15

图 5.1: 推 荐 丝 网 设 计 5.2 焊 膏 焊 膏 由 焊 接 合 金 和 焊 剂 组 成 就 体 积 而 言, 合 金 一 般 占 50% 左 右, 焊 剂 和 溶 剂 也 是 50% 就 重 量 而 言, 合 金 约 占 90%, 焊 剂 和 溶 剂 占 10% 在 焊 接 过 程 中, 焊 剂 必 须 从 焊 接 接 头 中 移 除 氧 化 物 和 污 染 移 除 氧 化 物 和 污 染 的 容 量 由 相 应 的 活 化 水 平 决 定 所 含 的 溶 剂 用 于 调 整 焊 膏 涂 敷 工 艺 所 需 的 粘 度 在 回 流 焊 过 程 中, 溶 剂 必 须 蒸 发 焊 膏 必 须 适 合 印 刷 相 应 孔 径 尺 寸 的 焊 料 丝 网 建 议 使 用 3 型 焊 膏 焊 膏 对 时 间 温 度 和 湿 度 敏 感 请 遵 循 焊 膏 制 造 商 的 操 作 建 议 5.3 元 器 件 贴 放 对 于 TO-Leadless 的 贴 放, 必 须 考 虑 下 述 重 要 机 械 规 格 : 建 议 贴 放 精 度 为 +/-50μm 测 试 显 示 可 以 接 受 更 大 的 误 差, 但 结 果 可 能 不 太 理 想 建 议 贴 放 力 为 1.5 至 2.5N, 或 贴 放 期 间 的 建 议 超 程 为 50 至 100μm 关 于 TO-Leadless 贴 放 的 更 多 信 息, 请 参 见 下 文 所 述 虽 然 液 体 焊 料 表 面 张 力 引 起 的 自 对 准 效 应 会 支 持 形 成 可 靠 的 焊 接 接 头, 但 元 器 件 的 贴 放 必 须 精 确 不 建 议 以 手 动 方 式 对 封 装 定 位, 不 过 这 种 方 式 是 可 行 的, 尤 其 是 对 于 引 脚 和 间 距 较 大 的 封 装 为 了 获 得 可 靠 的 焊 接 接 头, 建 议 使 用 自 动 取 放 机 利 用 配 有 视 觉 系 统 的 现 代 自 动 贴 放 机, 可 以 获 得 +/-50 μm 的 器 件 贴 放 精 度 这 些 系 统 以 光 学 方 式 测 量 PCB 和 元 器 件, 并 按 照 编 程 设 定 的 位 置 将 元 器 件 贴 放 在 PCB 上 PCB 上 的 基 准 点 仅 位 于 PCB 边 缘, 适 用 于 整 个 PCB, 或 者 个 别 安 装 位 置 上 也 有 基 准 点 ( 局 部 基 准 点 ) 这 些 基 准 点 由 视 觉 系 统 在 安 装 工 艺 开 始 前 不 久 进 行 检 测, 有 助 于 消 除 PCB 几 何 形 状 偏 差 所 引 起 的 错 位 封 装 识 别 由 特 殊 视 觉 系 统 执 行, 使 得 整 个 封 装 都 能 正 确 对 中 16

以 下 因 素 很 重 要 : 尤 其 是 在 大 板 上, 靠 近 器 件 的 局 部 基 准 点 可 以 补 偿 PCB 公 差 应 当 使 用 贴 放 系 统 的 引 脚 识 别 功 能, 而 不 是 使 用 外 形 对 中 功 能 外 形 对 中 只 能 用 于 这 样 的 封 装, 即 焊 盘 与 外 形 之 间 的 公 差 小 于 所 需 的 贴 放 精 度 为 确 保 视 觉 系 统 能 够 识 别 封 装, 必 须 提 供 充 足 的 照 明 并 且 选 择 正 确 的 测 量 模 式 正 确 的 设 置 可 从 设 备 手 册 中 获 得 贴 放 力 过 大 会 挤 出 焊 膏, 引 起 焊 接 接 头 短 路 另 一 方 面, 贴 放 力 不 足 会 导 致 封 装 与 焊 膏 之 间 接 触 不 充 分, 因 而 器 件 可 能 无 法 牢 靠 地 固 定 在 焊 膏 上, 继 而 引 起 器 件 移 位 或 掉 落 1.5 至 2.5 N 的 贴 放 力 或 在 贴 放 期 间 超 程 ( 机 器 记 录 到 器 件 第 一 次 接 触 焊 膏 后, 器 件 继 续 下 行 的 距 离 )50 至 100 μm 是 很 好 的 调 整 起 点 应 当 使 用 与 封 装 主 体 尺 寸 相 称 的 吸 嘴 吸 嘴 应 略 小 于 封 装 主 体 较 大 的 吸 嘴 可 能 导 致 力 分 布 不 均, 致 使 封 装 主 体 边 缘 的 力 较 大 另 一 方 面, 吸 嘴 过 小 可 能 导 致 封 装 中 心 的 力 较 大 对 于 分 为 多 个 高 度 不 同 的 区 域 的 封 装, 选 择 吸 嘴 时 应 特 别 小 心 这 种 情 况 下, 吸 嘴 形 状 和 尺 寸 可 能 更 重 要 5.4 焊 接 焊 接 在 极 大 程 度 上 决 定 了 装 配 制 造 的 良 品 率 和 质 量 一 般 而 言, 所 有 标 准 回 流 焊 工 艺 都 有 如 下 特 征 : 强 制 对 流 ( 最 大 合 格 曲 线 由 JEDEC MSL 分 级 给 出 ) 气 相 红 外 ( 有 一 定 的 限 制 ) 典 型 温 度 曲 线 适 合 TO-Leadless 的 板 装 配 不 能 对 TO-Leadless 封 装 进 行 波 峰 焊 接 回 流 焊 接 过 程 中, 每 个 焊 接 接 头 必 须 暴 露 在 高 于 焊 料 熔 点 或 液 相 线 的 温 度 下 并 持 续 足 够 长 的 时 间 以 便 获 得 最 佳 接 头 质 量, 同 时 必 须 避 免 PCB 及 其 元 器 件 过 热 关 于 封 装 主 体 峰 值 温 度, 请 参 见 包 装 上 的 条 码 标 签 使 用 无 对 流 的 红 外 炉 时, 可 能 需 要 采 取 特 别 措 施, 确 保 PCB 上 所 有 焊 接 接 头 的 温 度 曲 线 足 够 均 匀, 在 器 件 具 有 不 同 热 质 量 的 较 大 且 复 杂 的 板 上 尤 其 应 注 意 推 荐 采 用 强 制 对 流 型 回 流 焊 工 艺 使 用 氮 保 护 气 氛 一 般 可 以 改 善 焊 接 接 头 质 量, 但 对 于 锡 引 脚 金 属 合 金 焊 接, 通 常 并 无 必 要 回 流 焊 工 艺 的 温 度 曲 线 是 焊 接 过 程 中 最 重 要 的 因 素 之 一 它 分 为 多 个 相, 每 一 相 都 有 特 殊 的 功 能 图 5.2 显 示 了 TO-Leadless 焊 接 的 一 般 强 制 对 流 回 流 焊 温 度 曲 线 表 5.1 显 示 了 这 种 焊 接 温 度 曲 线 的 关 键 数 据 实 例, 它 被 用 于 Sn-Pb 和 上 面 所 列 的 无 铅 合 金 各 个 参 数 受 多 方 面 情 况 的 影 响, 不 只 是 封 装 同 时 还 必 须 遵 循 焊 膏 制 造 商 的 应 用 说 明 此 外, 多 数 PCB 包 含 一 类 以 上 的 封 装, 因 此, 回 流 焊 曲 线 必 须 满 足 所 有 器 件 和 材 料 的 要 求 建 议 利 用 相 应 封 装 下 方 的 热 电 偶 来 测 量 焊 接 接 头 的 温 度 热 质 量 较 大 的 器 件 的 加 热 速 度 与 热 质 量 较 小 的 器 件 不 同, 封 装 在 PCB 上 的 位 置 和 周 围 情 况 以 及 PCB 厚 度 也 会 对 焊 接 接 头 温 度 有 很 大 影 响 因 此, 这 些 回 流 焊 温 度 曲 线 只 能 用 作 指 南, 必 须 根 据 实 际 应 用 进 行 调 整 17

回 流 焊 的 热 影 响 对 无 铅 焊 膏 很 关 键, 可 以 使 用 线 性 温 度 曲 线 来 实 现 更 短 的 总 回 流 焊 时 间 缩 短 浸 润 时 间 时, 确 保 PCB 上 的 温 度 分 布 均 匀 非 常 重 要 对 于 这 种 情 况, 推 荐 使 用 对 流 加 热 炉 图 5.2: 一 般 强 制 对 流 回 流 焊 温 度 曲 线 参 数 锡 铅 合 金 无 铅 主 要 影 响 来 自 (SnPb 或 (SnAgCu) SnPbAg) 预 热 速 率 2.5K/s 2.5K/s 焊 剂 ( 焊 膏 ) 浸 润 温 度 140-170 C 140-170 C 焊 剂 ( 焊 膏 ) 浸 润 时 间 80s 80s 焊 剂 ( 焊 膏 ) 峰 值 温 度 225 C 245 C 合 金 ( 焊 膏 ) 高 于 熔 点 ( 液 相 线 ) 的 回 60s 60s 合 金 ( 焊 膏 ) 流 焊 时 间 冷 却 速 率 2.5K/s 2.5K/s 表 5.1: 强 制 对 流 回 流 焊 温 度 曲 线 的 关 键 数 据 实 例 18

双 面 装 配 TO-Leadless 一 般 适 合 安 装 在 双 面 PCB 上 首 先, 在 PCB 的 一 面 上 完 成 板 装 配 ( 包 括 焊 接 ) 然 后, 安 装 PCB 的 另 一 面 如 果 焊 接 接 头 厚 度 是 关 键 尺 寸, 请 注 意 第 一 面 上 的 器 件 焊 接 接 头 会 在 第 二 面 的 回 流 步 骤 中 再 次 回 流 在 炉 的 回 流 区 ( 即 焊 料 为 液 态 的 地 方 ), 器 件 仅 由 熔 融 焊 料 的 浸 润 力 支 撑 反 方 向 的 重 力 作 用 会 使 焊 接 接 头 变 长, 不 像 上 侧 接 头, 上 方 的 重 力 迫 使 器 件 更 靠 近 PCB 表 面 当 温 度 低 于 焊 料 的 熔 点 时, 这 种 形 状 就 会 固 定 下 来, 导 致 下 侧 上 的 托 脚 在 回 流 工 艺 后 变 高 回 流 炉 强 烈 振 动 可 能 会 引 起 器 件 从 PCB 上 掉 下 来 底 部 填 充 应 用 TO-Leadless 的 板 级 可 靠 性 足 够 强 韧, 不 需 要 底 部 填 充 不 过, 若 要 进 行 底 部 填 充, 我 们 建 议 在 电 子 设 备 的 寿 命 范 围 内 评 估 装 配 完 成 的 底 部 填 充 器 件 的 电 气 和 ( 热 -) 机 械 特 性 5.5 清 洁 完 成 回 流 焊 工 艺 之 后, 焊 接 接 头 周 围 会 残 留 一 些 焊 剂 如 果 焊 膏 印 刷 使 用 无 需 清 洁 的 焊 膏, 则 完 成 焊 接 工 艺 之 后, 通 常 不 必 清 除 焊 剂 残 留 一 般 而 言, 采 用 TO-Leadless 时, 可 能 需 要 非 常 仔 细 地 调 整 用 于 避 免 腐 蚀 及 其 扩 散 的 工 艺 和 材 料 ( 例 如 涂 料 ) 如 果 必 须 清 洁 焊 接 接 头, 清 洁 方 法 ( 如 超 声 喷 淋 或 蒸 汽 清 洁 ) 和 溶 剂 将 取 决 于 要 清 洁 的 封 装 焊 膏 所 用 的 焊 剂 ( 松 香 基 水 基 等 ) 以 及 环 境 和 安 全 方 面 因 素 即 便 清 洁 剂 残 留 非 常 少, 也 应 予 以 彻 底 清 除 / 干 燥 关 于 推 荐 的 清 洁 溶 剂, 建 议 联 系 焊 膏 制 造 商 ; 清 洁 之 后 应 测 量 残 留 情 况 同 时 应 考 虑 到, 残 留 量 可 能 取 决 于 PCB 表 面 状 况 线 路 输 出 清 洁 剂 寿 命 等 英 飞 凌 科 技 已 在 恶 劣 条 件 下 测 试 TO-Leadless, 例 如 85 C 和 85% r.h, 同 时 在 栅 极 和 源 极 焊 盘 之 间 施 加 电 压 ( 即 所 谓 H3TRB 测 试, 依 据 JESD22-A101C) 1000 小 时 后, 漏 电 流 仍 在 数 据 表 规 格 范 围 内 ; 器 件 脱 焊 后, 没 有 发 现 银 迁 移 痕 迹 5.6 检 查 由 于 源 极 和 栅 极 焊 盘 焊 接 接 头 处 有 槽, 因 此 可 以 利 用 常 规 自 动 光 学 检 查 (AOI) 系 统 对 焊 接 接 头 进 行 目 视 检 查 图 5.3 显 示 了 源 极 连 接 中 的 一 道 切 口, 从 中 可 以 看 到 源 极 连 接 处 的 焊 接 接 头 关 于 光 学 检 查 的 电 子 组 件 的 验 收, 另 请 参 阅 IPC-A-610 标 准 自 动 X 射 线 检 查 (AXI) 系 统 可 用 来 进 行 高 效 在 线 控 制 AXI 系 统 提 供 二 维 和 三 维 解 决 方 案 它 通 常 包 括 X 射 线 相 机 以 及 检 查 控 制 分 析 数 据 传 输 等 常 规 操 作 所 需 的 硬 件 和 软 件 利 用 这 些 可 靠 的 系 统, 用 户 可 以 检 测 焊 接 不 良 桥 接 空 洞 零 件 缺 失 等 焊 接 缺 陷 然 而, 焊 接 接 头 断 裂 等 其 他 缺 陷 则 不 容 易 被 X 射 线 检 测 到 19

图 5.3: 通 过 可 见 的 焊 接 弯 月 面 可 进 行 简 单 经 济 的 AOI 无 铅 焊 接 接 头 与 锡 铅 (SnPb) 焊 接 接 头 外 观 不 同 SnPb 焊 接 接 头 的 表 面 一 般 比 较 光 亮 无 铅 (SnAgCu) 焊 接 接 头 通 常 没 有 这 种 光 亮 的 表 面 无 铅 焊 接 接 头 一 般 比 较 暗 淡 且 有 纹 理 这 些 表 面 属 性 是 由 焊 料 的 无 规 律 凝 固 引 起 的, 因 为 焊 料 合 金 不 是 共 熔 合 金 ( 如 63Sn37Pb 焊 料 合 金 ) 这 意 味 着,SnAgCu 焊 料 没 有 一 个 熔 点, 而 是 一 个 数 度 的 熔 融 范 围 虽 然 无 铅 焊 接 接 头 表 面 暗 淡, 但 这 并 不 意 味 着 无 铅 焊 接 接 头 质 量 较 差, 或 者 强 度 弱 于 SnPb 接 头 因 此, 有 必 要 培 训 检 查 员 工, 告 知 他 们 无 铅 接 头 的 外 观 是 什 么 样 子, 以 及 / 或 者 如 何 调 整 光 学 检 查 系 统 来 处 理 无 铅 焊 接 接 头 6 返 工 板 装 配 完 成 后, 若 观 察 到 有 缺 陷 器 件, 可 以 移 除 该 器 件, 用 新 器 件 代 替 无 法 修 复 器 件 的 个 别 焊 接 接 头 不 建 议 修 复 底 部 填 充 器 件 以 机 械 方 式 从 PCB 和 器 件 移 除 底 部 填 料 所 引 起 的 损 伤, 可 能 会 导 致 可 靠 性 降 低 不 建 议 重 复 使 用 器 件 ( 尤 其 是 底 部 填 充 器 件 ) 请 注 意, 在 返 工 过 程 中, 不 得 将 腐 蚀 性 物 质 涂 敷 在 TO-Leadless 之 上 之 下 或 附 近, 否 则 可 能 引 起 银 迁 移 6.1 加 工 返 工 过 程 通 常 是 在 特 殊 返 工 设 备 上 完 成 市 场 上 有 大 量 设 备 可 用, 设 备 应 满 足 下 述 封 装 处 理 要 求 : 加 热 : 强 烈 建 议 利 用 热 空 气 将 热 量 传 输 到 封 装 和 PCB 加 热 器 件 的 温 度 和 气 流 应 受 到 控 制 借 助 可 自 由 编 程 的 温 度 曲 线 ( 例 如 通 过 PC 控 制 器 ), 可 以 调 整 温 度 曲 线 以 支 持 不 同 的 封 装 尺 寸 和 质 量 建 议 从 底 部 对 PCB 进 行 预 热 可 以 采 用 红 外 加 热, 尤 其 是 从 底 部 预 热 PCB 时, 但 它 只 能 作 为 上 方 热 气 流 的 补 充 可 以 用 氮 气 代 替 空 气 视 觉 系 统 : 封 装 底 面 以 及 PCB 上 方 位 置 应 当 可 观 察 为 使 封 装 与 PCB 精 确 对 准, 应 适 应 分 光 镜 显 微 镜 放 大 倍 率 和 分 辨 率 应 与 器 件 的 间 距 相 称 移 动 和 其 他 工 具 : 器 件 应 当 能 在 整 个 PCB 区 域 上 移 动 建 议 贴 放 精 度 优 于 +/-100 μm 系 统 应 有 能 力 移 除 PCB 焊 盘 上 的 残 留 焊 料 ( 特 殊 真 空 工 具 ) 20

6.2 器 件 移 除 如 果 怀 疑 某 个 器 件 有 缺 陷, 打 算 将 其 退 回 供 应 商, 请 勿 从 PCB 移 除 该 器 件, 而 应 将 PCB 送 至 英 飞 凌 科 技 这 样 可 以 保 证 不 会 给 器 件 造 成 其 他 损 害, 否 则 可 能 妨 碍 供 应 商 进 行 故 障 分 析 对 于 底 部 填 充 器 件, 这 是 强 制 性 程 序 对 于 非 底 部 填 充 器 件, 可 以 从 PCB 小 心 翼 翼 地 移 除 器 件, 然 后 送 回 厂 家 请 采 取 如 下 防 范 措 施 : 湿 气 : 根 据 器 件 的 MSL, 封 装 可 能 需 要 先 干 燥 再 移 除 如 果 板 装 配 完 成 后 的 留 置 时 间 超 过 了 拆 除 干 燥 包 装 后 的 最 长 储 存 时 间 ( 参 见 包 装 材 料 上 的 标 签 ), 必 须 根 据 建 议 措 施 烘 干 PCB( 参 见 第 2.3 节 ) 否 则, 器 件 中 可 能 已 经 积 累 过 多 湿 气, 导 致 器 件 受 损 ( 爆 米 花 效 应 ) 温 度 曲 线 : 焊 接 过 程 中, 应 当 确 保 封 装 峰 值 温 度 和 温 度 上 升 斜 率 不 高 于 标 准 装 配 回 流 焊 的 相 应 值 机 械 : 移 除 时 不 要 施 加 很 大 的 机 械 力 否 则 可 能 无 法 对 封 装 进 行 故 障 分 析, 或 者 可 能 会 损 害 PCB 大 封 装 可 以 用 吸 移 管 ( 多 数 返 工 系 统 都 会 配 备 ); 对 于 小 封 装, 镊 子 可 能 更 实 用 6.3 位 置 清 理 移 除 有 缺 陷 的 器 件 之 后, 必 须 清 除 PCB 焊 盘 上 的 残 留 焊 剂 这 可 以 通 过 真 空 脱 焊 或 灯 芯 来 完 成 如 果 器 件 是 底 部 填 充 的,PCB 上 的 剩 余 填 料 也 必 须 清 除 可 能 需 要 使 用 一 些 溶 剂 来 清 除 PCB 上 的 残 留 焊 剂 和 底 部 填 料 ( 如 有 ) 不 要 使 用 钢 丝 刷, 因 为 残 留 钢 丝 可 能 导 致 焊 接 接 头 不 良 任 何 情 况 下, 粗 陋 的 机 械 处 理 都 会 损 害 PCB 焊 盘 和 导 线 把 新 器 件 放 在 PCB 上 之 前, 应 通 过 印 刷 ( 特 殊 微 型 丝 网 ) 或 分 配 将 焊 膏 涂 敷 到 各 PCB 焊 盘 上 另 一 种 方 法 是 仅 通 过 分 配 或 用 刷 子 涂 敷 焊 剂 ( 所 谓 粘 性 焊 剂 就 是 用 于 这 种 用 途 ); 与 非 修 复 器 件 相 比, 这 种 方 法 得 到 的 焊 接 托 脚 较 短 必 须 使 用 无 需 清 洁 的 焊 剂 和 焊 膏 6.4 再 装 配 和 回 流 焊 准 备 好 位 置 后, 就 可 以 把 新 封 装 放 到 PCB 上 贴 放 精 度 和 贴 放 力 应 与 自 动 取 放 工 艺 相 当 焊 接 过 程 中, 应 当 确 保 封 装 峰 值 温 度 和 温 度 上 升 斜 率 不 高 于 标 准 装 配 回 流 焊 的 相 应 值 21