QFN / DFN PCB 焊 盤 設 計 與 焊 接 生 產 流 程 注 意 事 項 1
大 綱 紘 康 QFN/DFN 系 列 封 裝 介 紹 PCB 焊 盤 設 計 建 議 鋼 板 設 計 建 議 生 產 流 程 注 意 事 項 焊 接 允 收 判 斷 標 準 手 焊 返 工 注 意 事 項 生 產 流 程 常 見 不 良 原 因 及 對 策 2
紘 康 QFN/DFN 系 列 封 裝 介 紹 PKG QFN DFN 下 表 列 出 紘 康 的 QFN (Quad Flat No-Lead) / DFN (Dual Flat No-Lead) 系 列 封 裝 的 封 裝 尺 寸 (Body size) 引 腳 間 距 (Lead pitch) I/O 數 (Lead count) Body size Lead pitch Lead count (mm) (mm) 6 12 16 24 32 48 56 68 88 3x3 0.50 4x4 0.50 5x5 0.50 5x5 0.35 6x6 0.40 6x6 0.35 7x7 0.40 8x8 0.40 10x10 0.40 1.4x1.4 0.50 1.8x2 0.50 2.5x4 0.40 picture 3
紘 康 QFN/DFN 系 列 封 裝 介 紹 Cross-section 結 構 側 視 圖 說 明 如 下 : 左 圖 一 為 一 般 常 見 有 散 熱 焊 盤 設 計 的 QFN/DFN 產 品, 右 圖 二 為 沒 有 散 熱 焊 盤 設 計 的 COL (Chip On Lead) 產 品 紘 康 目 前 僅 DFN1.4x1.4 為 COL 設 計, 其 他 產 品 皆 為 有 散 熱 焊 盤 的 設 計 I/O 引 腳 I/O 引 腳 無 散 熱 焊 盤 Exposed pad 散 熱 焊 盤 Die Molding compound Die Bonding wire Epoxy die attach Exposed pad 散 熱 焊 盤 Lead I/O 引 腳 B-stage die attach epoxy adhesive 圖 一 有 Exposed pad 的 QFN/DFN 圖 二 COL (Chip On Lead) 無 Exposed pad 4
PCB 焊 盤 設 計 建 議 周 邊 I/O 引 腳 的 焊 盤 設 計 如 下 圖 三, 周 邊 I/O 引 腳 的 焊 盤 長 度 靠 內 側 的 部 分 要 與 QFN/DFN 封 裝 I/O 引 腳 的 形 狀 匹 配, 長 度 需 往 QFN/DFN 封 裝 中 心 延 伸 0.05mm 外 側 部 分 需 比 封 裝 膠 體 邊 緣 長 0.2~0.4mm 周 邊 I/O 引 腳 的 焊 盤 寬 度 如 下 圖 四, 一 般 在 引 腳 間 距 大 於 等 於 0.65mm 時, 應 比 QFN/DFN 的 I/O 封 裝 引 腳 寬 約 0.025mm( 單 邊 ) 如 下 圖 五, 在 引 腳 間 距 小 於 0.65mm 時, 建 議 周 邊 I/O 引 腳 的 焊 盤 寬 度 與 QFN/DFN 的 I/O 封 裝 引 腳 寬 度 比 為 1:1, 以 避 免 Solder bridging 設 計 時 QFN/DFN 封 裝 I/O 引 腳 的 尺 寸 必 須 以 nominal 欄 位 為 基 準 QFN/DFN 的 I/O 焊 盤 圖 三 ( 引 腳 ) 圖 四 圖 五 I/O 引 腳 的 焊 盤 0.025mm 5
PCB 焊 盤 設 計 建 議 PCB Land Pattern( 以 圖 六 QFN 5x5 及 圖 七 DFN 1.8x2 為 例 說 明 ) 圖 六 QFN 5x5 Land Pattern 圖 七 DFN 1.8x2 Land Pattern SYMBOLS e X Y Z G CPL D2 E2 DESCRIPTION Lead pad pitch Lead pad width Lead pad length Outside pad terminal dimension Inside pad terminal dimension Distance between central pad to inside edge of lead pad (CPL minimum: 0.2mm) Thermal pad (Exposed pad) width Thermal pad (Exposed pad) length 6
PCB 焊 盤 設 計 建 議 QFN / DFN PCB 設 計 尺 寸 建 議 ( 單 位 :mm) 請 參 考 下 表 一, 此 表 格 適 用 於 HYCON QFN/DFN 系 列 封 裝 PCB 焊 盤 設 計 相 關 規 範 請 參 考 IPC-7351 PKG Body size Lead count e X Y Z G CPL D2 E2 3x3 16 0.50 0.25 0.75 3.70 2.20 0.24 1.72 1.72 4x4 24 0.50 0.25 0.80 4.70 3.10 0.20 2.70 2.70 5x5 32 0.50 0.25 0.80 5.70 4.10 0.45 3.20 3.20 5x5 48 0.35 0.18 0.72 5.54 4.10 0.20 3.70 3.70 QFN 6x6 48 0.40 0.20 0.80 6.70 5.10 0.30 4.50 4.50 6x6 56 0.35 0.18 0.72 6.54 5.10 0.20 4.70 4.70 7x7 56 0.40 0.20 0.80 7.70 6.10 0.45 5.20 5.20 8x8 68 0.40 0.20 0.80 8.70 7.10 0.80 5.50 5.50 10x10 88 0.40 0.20 0.80 10.70 9.10 1.15 6.80 6.80 1.4x1.4* 6 0.50 0.20 0.75 2.10 0.60 DFN 1.8x2 6 0.50 0.23 0.65 2.70 1.40 0.25 1.40 0.90 2.5x4 12 0.40 0.20 0.80 4.70 3.10 0.325 1.95 2.45 *DFN 1.4x1.4 為 COL (Chip On Lead) 設 計, 無 Exposed pad, 所 以 無 CPL D2 E2 防 焊 層 設 計 表 一 Land dimensions 建 議 使 用 NSMD(Non-Solder Mask-Defined) 防 焊 層, 防 焊 層 開 口 應 比 焊 盤 開 口 大 120~150µm, 即 焊 盤 銅 箔 到 防 焊 層 應 有 60~75µm 的 間 隙 當 引 腳 間 距 小 於 0.5mm 時, 引 腳 之 間 的 防 焊 可 以 省 略 7
鋼 板 設 計 建 議 周 邊 引 腳 焊 盤 的 鋼 板 設 計 鋼 板 開 口 ( 長 度 與 寬 度 ) 一 般 建 議 與 PCB 引 腳 焊 盤 比 例 為 1:1 在 引 腳 間 距 小 於 等 於 0.5mm 時, 開 孔 建 議 縮 小 20%, 以 避 免 橋 接 短 路 在 引 腳 間 距 等 於 0.40mm 時, 寬 度 建 議 為 0.2mm 散 熱 焊 盤 的 鋼 板 設 計 建 議 邊 緣 比 PCB 散 熱 焊 盤 設 計 內 縮 0.25mm 建 議 使 用 矩 陣 式 設 計, 例 如 下 圖 八 圖 九 ( 單 位 :mm), 此 設 計 可 有 效 減 少 焊 錫 氣 孔 矩 陣 間 的 距 離 最 小 設 計 值 必 須 大 於 等 於 0.15mm 散 熱 焊 盤 的 錫 膏 覆 蓋 率 必 須 占 散 熱 焊 盤 面 積 比 例 50 90% 圖 八 QFN 8x8 散 熱 焊 盤 鋼 板 設 計 圖 九 QFN 4x4 散 熱 焊 盤 鋼 板 設 計 8
鋼 板 設 計 建 議 鋼 板 的 厚 度 設 計 建 議 印 刷 在 PCB 上 的 錫 膏 量 是 由 鋼 板 的 厚 度 决 定, 太 多 的 錫 膏 將 會 導 致 回 流 焊 接 時 橋 接 / 短 路 紘 康 QFN/DFN 產 品 鋼 板 厚 度 建 議 請 參 考 下 表 二, 此 表 格 適 用 於 紘 康 QFN/DFN 系 列 封 裝 當 引 腳 間 距 大 於 等 於 0.65mm 時, 建 議 使 用 厚 度 0.15mm(6mil) 的 鋼 板 當 引 腳 間 距 等 於 0.50mm 時, 建 議 使 用 厚 度 0.127mm(5mil) 的 鋼 板 當 引 腳 間 距 等 於 0.40mm 時, 建 議 使 用 厚 度 0.100mm(4mil) 的 鋼 板 當 引 腳 間 距 等 於 0.35mm 時, 建 議 使 用 厚 度 0.076mm(3mil) 的 鋼 板 建 議 使 用 雷 射 切 割 的 不 鏽 鋼 板 鋼 板 設 計 相 關 規 範 請 參 考 IPC-7525 PKG Body size Lead count Lead pitch Stencil thickness QFN DFN 3x3 16 0.50 0.127mm (5mil) 4x4 24 0.50 0.127mm (5mil) 5x5 32 0.50 0.127mm (5mil) 5x5 48 0.35 0.076mm(3mil) 6x6 48 0.40 0.100mm (4mil) 6x6 56 0.35 0.076mm (3mil) 7x7 56 0.40 0.100mm (4mil) 8x8 68 0.40 0.100mm (4mil) 10x10 88 0.40 0.100mm (4mil) 1.4x1.4 6 0.50 0.127mm (5mil) 1.8x2 6 0.50 0.100mm (4mil) 2.5x4 12 0.40 0.100mm (4mil) 表 二 Stencil thickness 9
生 產 流 程 注 意 事 項 錫 膏 選 擇 由 於 DFN 的 貼 裝 高 度 較 低, 建 議 使 用 低 殘 渣, 免 清 洗 type 3 焊 锡 (SN63/Pb37 or SAC alloy) 關 於 回 流 焊 Reflow profile Reflow profile 建 議 如 下 圖, 相 關 規 範 請 參 考 J-STD-020 回 流 焊 爐 溫 不 足 時 容 易 發 生 錫 膏 迴 流 不 完 全, 焊 接 中 產 生 錫 球 等 缺 點 回 流 焊 焊 接 後 ( 包 含 手 動 焊 接 及 回 流 焊 焊 接 ), 在 焊 接 後 都 不 允 許 沖 洗 PCB 板 所 以 建 議 客 戶 使 用 免 洗 型 錫 膏 10
焊 接 允 收 判 斷 標 準 IPC-A-610 因 為 QFN/DFN 為 無 引 腳 設 計, 一 般 很 難 從 其 外 觀 的 焊 錫 點 來 判 斷 其 焊 錫 性 是 否 良 好, 目 前 QFN/DFN 的 焊 錫 檢 查 除 了 用 電 測 (In-Circuit-Test Function Test) 來 偵 測 其 功 能 之 外, 一 般 也 會 佐 以 光 學 儀 器 或 X-ray 來 檢 查 焊 錫 的 開 短 路 不 良 現 象 在 IPC-A-610 規 範 8.3.13 中, 焊 接 相 關 判 斷 標 準 如 下 表 Table 8-15, 適 用 class: class 2( 消 費 性 電 子 產 品 適 用 ) 11
焊 接 允 收 判 斷 標 準 - 實 例 說 明 實 例 一 照 片 實 例 二 照 片 說 明 實 例 一 : 功 能 測 試 正 常, 以 顯 微 鏡 檢 驗 結 果 引 腳 側 面 未 爬 錫, 以 X-Ray 檢 驗 結 果 引 腳 下 方 有 錫 QFN/DFN 封 裝 側 面 的 引 腳 是 Leaf frame( 導 線 架 ) 的 切 斷 面, 並 無 電 鍍 處 理, 所 以 很 難 吃 錫, IPC-A- 610 並 未 定 義 側 面 引 腳 要 吃 錫 ( 規 範 中 Note 5 說 明 上 圖 H 的 部 位 不 需 吃 錫 ), 真 正 的 吃 錫 部 份 是 在 焊 腳 的 底 部 與 正 底 部 的 散 熱 片 結 論 : 依 IPC-A-610 判 斷 為 允 收 說 明 實 例 二 : 功 能 測 試 不 正 常, 以 顯 微 鏡 檢 驗 結 果 有 錫 球 產 生 及 溼 潤 不 足 的 現 象, 以 X-Ray 檢 驗 結 果 引 腳 下 方 沒 有 錫 結 論 : 引 腳 下 方 沒 有 錫, 焊 接 不 良 導 致 功 能 不 正 常, 拒 收 Not have solder coverage. 12
焊 接 允 收 判 斷 標 準 - 實 例 說 明 實 例 三 照 片 說 明 實 例 三 : 功 能 測 試 不 正 常, 以 顯 微 鏡 檢 驗 結 果 有 錫 膏 不 足 及 溼 潤 不 足 的 現 象, 以 X-Ray 檢 驗 結 果 發 現 引 腳 的 底 部 沒 有 吃 錫 最 大 側 面 偏 移 大 於 25% 腳 寬 IPC-A-610 定 義 最 大 側 面 偏 移 (Maximum Side Overhang) 不 可 大 於 25% 腳 寬,( 最 大 側 面 偏 移 如 下 圖 A, 不 可 大 於 25% 腳 寬 W) 結 論 : 引 腳 下 方 沒 有 錫 及 最 大 側 面 偏 移 大 於 25% 腳 寬 導 致 焊 接 不 良, 功 能 不 正 常, 拒 收 W Maximum side overhang W>25% Not have solder coverage. A 13
焊 接 允 收 判 斷 標 準 - 實 例 說 明 實 例 四 照 片 說 明 實 例 四 : 功 能 測 試 不 正 常, 以 顯 微 鏡 檢 驗 結 果 有 錫 膏 迴 流 不 完 全 的 現 象 ( 有 錫 球 產 生 ), 以 X-Ray 檢 驗 結 果 發 現 引 腳 的 底 部 沒 有 吃 錫 最 小 末 端 連 接 寬 度 小 於 75% 腳 寬 IPC-A-610 定 義 最 小 末 端 連 接 寬 度 (Minimum End Joint Width) 必 須 大 於 75% 腳 寬,( 最 小 末 端 連 接 寬 度 如 下 圖 C, 必 須 大 於 75% 腳 寬 W) 結 論 : 引 腳 下 方 沒 有 錫 及 最 小 末 端 連 接 寬 度 小 於 75% 腳 寬 導 致 焊 接 不 良, 功 能 不 正 常, 拒 收 14
手 焊 返 工 注 意 事 項 如 何 手 動 解 焊 元 件 步 驟 說 明 圖 示 步 驟 一 使 用 熱 風 槍, 溫 度 約 在 380 度 ~410 度 之 間, 風 力 大 小 調 整 以 噴 嘴 及 手 掌 約 15~20 公 分 感 覺 到 風 力 及 熱 力 即 可,( 因 每 家 熱 風 槍 設 定 方 法 不 一 ) 若 有 流 量 計 為 5 l/min, 此 時 熱 風 槍 預 熱 約 2~3 分 鐘 ( 若 使 用 預 熱 板, 則 熱 風 槍 溫 度 約 設 定 在 320 度 ~350 度 之 間 ) 對 著 元 件 大 小 的 週 圍 一 直 繞 圈 子 步 驟 二 使 用 攝 子 輕 輕 推 ( 主 要 是 看 元 件 是 否 有 左 右 移 動 ) 步 驟 三 步 驟 四 若 可 移 動 則 可 將 元 件 輕 輕 拉 起, 使 用 吸 鍚 線 將 過 多 的 鍚 吸 取 乾 淨 15
手 焊 返 工 注 意 事 項 如 何 手 動 上 件 步 驟 說 明 圖 示 步 驟 一 若 有 過 多 的 助 焊 劑 殘 留, 則 使 用 溶 劑 將 助 銲 劑 清 洗 在 焊 點 上 用 烙 鐵 沾 一 點 鍚, 做 四 個 定 位 點 步 驟 二 步 驟 三 烙 鐵 吃 鍚 後, 再 用 拖 鍚 的 方 式 拉 鍚, 烙 鐵 溫 度 約 在 380 度 ~410 度 之 間, 需 注 意 每 個 吃 鍚 點 不 超 過 3 秒 ( 若 使 用 預 熱 板, 則 烙 鐵 溫 度 約 設 定 在 320 度 ~350 度 之 間 ) 16
手 焊 返 工 注 意 事 項 手 動 解 焊 / 手 動 上 件 之 建 議 事 項 在 進 行 手 動 解 焊 / 手 動 上 件 時 可 使 用 預 熱 機 / 預 熱 板 將 PCB 加 熱 ( 預 熱 機 / 預 熱 板 溫 度 設 定 約 在 90 度 ~120 度 之 間 ), 再 以 熱 風 槍 / 烙 鐵 進 行 解 焊 / 上 件 ( 熱 風 槍 / 烙 鐵 溫 度 設 定 約 在 320 度 ~350 度 之 間 ) 使 用 預 熱 機 / 預 熱 板 進 行 返 工 時, 可 有 效 降 低 因 熱 風 槍 / 烙 鐵 溫 度 過 高 而 使 元 件 損 壞 的 風 險 ( 不 使 用 預 熱 機 / 預 熱 板 時, 熱 風 槍 / 烙 鐵 溫 度 設 定 約 在 380 度 ~410 度 之 間 ) 圖 十 常 見 的 預 熱 機 / 預 熱 板 17
生 產 流 程 常 見 不 良 原 因 及 對 策 - 錫 膏 印 刷 不 良 現 象 可 能 造 成 原 因 解 决 對 策 錫 膏 對 焊 盤 位 移 鋼 板 未 對 準 鋼 板 或 電 路 板 不 良 錫 膏 橋 錫 膏 過 多, 鋼 板 開 口 損 壞 檢 查 鋼 板 調 整 錫 膏 印 刷 機 測 量 鋼 板 或 電 路 板 錫 膏 模 糊 鋼 板 底 面 有 錫 膏 與 電 路 板 面 間 隙 太 多 清 潔 鋼 板 底 面 錫 膏 面 積 縮 小 錫 膏 面 積 太 大 鋼 板 開 口 有 乾 錫 膏 殘 留 刮 板 速 度 太 快 刮 板 壓 力 太 大 鋼 板 開 口 損 壞 清 洗 鋼 板 開 口 調 整 錫 膏 印 刷 機 調 整 錫 膏 印 刷 機 檢 查 鋼 板 錫 膏 量 多 高 度 鋼 板 變 形 檢 查 鋼 板 太 高 與 電 路 板 之 間 有 異 物 殘 留 清 潔 鋼 板 底 面 錫 膏 下 塌 錫 膏 高 度 變 化 大 刮 板 速 度 太 快 錫 膏 溫 度 太 高 吸 入 溼 氣 鋼 板 變 形 刮 板 速 度 太 快 鋼 板 與 電 路 板 分 開 控 制 速 度 太 快 調 整 錫 膏 印 刷 機 更 換 錫 膏 調 整 錫 膏 印 刷 機 檢 查 鋼 板 錫 膏 量 少 刮 板 速 度 太 快 刮 刀 變 形 調 整 錫 膏 印 刷 機 備 註 : 在 實 際 生 產 流 程 中, 造 成 不 良 現 象 的 條 件 會 有 差 異, 建 議 依 據 實 際 情 況 進 行 分 析 18
生 產 流 程 常 見 不 良 原 因 及 對 策 - 表 面 元 件 貼 附 製 作 不 良 現 象 可 能 造 成 原 因 解 决 對 策 取 料 不 正 取 料 不 良 拋 料 吸 嘴 問 題 : 吸 嘴 變 形 阻 塞 破 損 會 造 成 氣 壓 不 足 漏 氣, 而 導 致 吸 料 不 起, 或 是 取 料 不 正, 使 識 別 失 敗 而 拋 料 位 置 問 題 : 取 料 不 在 IC 的 中 心 位 置, 而 造 成 取 料 不 正, 這 會 導 致 吸 料 時 達 不 到 設 定 的 真 空 水 平 而 造 成 拋 料 真 空 問 題 : 氣 壓 不 足, 或 真 空 氣 管 通 道 不 順 暢, 有 雜 物 堵 塞 氣 管 通 道 或 真 空 發 生 器 損 壞 真 空 壓 力 不 足 會 造 成 取 料 不 起 或 取 起 後 在 去 貼 的 途 中 脫 落 識 別 系 統 問 題 : 視 覺 不 良, 視 覺 或 鐳 射 鏡 頭 不 清 潔, 有 雜 物 干 擾 識 別 裝 料 問 題 : 裝 料 沒 有 裝 好, 供 料 孔 沒 有 對 準 棘 齒, 取 料 位 置 不 對 造 成 取 料 不 到 供 料 器 問 題 : 供 料 器 位 置 偏 移, 造 成 進 料 不 良 ; 供 料 器 棘 齒 輪 損 壞, 造 成 料 帶 孔 沒 有 卡 在 供 料 器 的 棘 齒 上 ; 供 料 器 下 方 有 異 物 彈 簧 老 化 或 電 氣 不 良, 造 成 取 料 不 到 或 取 料 不 良 而 拋 料 清 潔 更 換 吸 嘴 調 整 取 料 位 置 清 潔 真 空 氣 管 通 道, 保 養 真 空 發 生 器 清 潔 擦 拭 識 別 系 統 表 面, 保 持 乾 淨 無 雜 物 污 染 等 加 強 裝 料 培 訓 備 註 : 在 實 際 生 產 流 程 中, 造 成 不 良 現 象 的 條 件 會 有 差 異, 建 議 依 據 實 際 情 況 進 行 分 析 調 整 供 料 器, 清 掃 供 料 器 平 臺 ; 更 換 已 壞 部 件 或 供 料 器 19
生 產 流 程 常 見 不 良 原 因 及 對 策 - 回 流 焊 接 不 良 現 象 可 能 造 成 原 因 解 决 對 策 錫 膏 不 足 溼 潤 不 足 錫 膏 不 均 勻 產 生 錫 球 墓 碑 效 應 焊 盤 設 計 太 長 焊 盤 寬 度 設 計 比 焊 腳 窄 鋼 板 清 洗 不 良 焊 盤 設 計 太 長 焊 盤 寬 度 設 計 比 焊 腳 窄 鋼 板 清 洗 不 良 加 熱 區 焊 接 溫 度 太 高 停 留 時 間 太 長 預 熱 區 升 溫 速 度 太 快 加 熱 區 溫 度 過 高 錫 膏 受 熱 速 度 比 PCB 更 快 錫 膏 太 稀 表 面 張 力 太 小 錫 膏 過 度 暴 露 於 空 氣 中 吸 入 濕 氣 PCB 受 潮 回 流 焊 預 熱 區 溫 度 時 間 不 足, 使 溫 度 分 佈 不 均 勻 回 流 焊 預 熱 過 度 引 起 助 焊 劑 成 份 氧 化 使 助 焊 劑 活 性 不 夠 回 流 焊 預 熱 區 溫 度 太 低, 時 間 不 足, 使 加 熱 不 均 勻 回 流 焊 加 熱 區 溫 度 上 升 太 急 速, 使 溫 度 分 佈 不 均 勻 錫 膏 中 助 焊 劑 的 均 勻 性 差 或 活 性 差, 使 兩 個 焊 盤 上 的 錫 膏 厚 度 差 異 較 大 依 IPC-7351 建 議 設 計 焊 盤 焊 盤 寬 度 最 小 必 須 與 焊 腳 同 寬 鋼 板 清 洗 頻 率 建 議 : 自 動 清 洗 時 每 5 個 panels 一 次 手 動 清 洗 時 每 半 個 小 時 一 次 依 IPC-7351 建 議 設 計 焊 盤 焊 盤 寬 度 最 小 必 須 與 焊 腳 同 寬 鋼 板 清 洗 頻 率 建 議 : 自 動 清 洗 時 每 5 個 panels 一 次 手 動 清 洗 時 每 半 個 小 時 一 次 降 低 焊 接 溫 度 縮 短 停 留 時 間 降 低 加 熱 區 溫 度 確 認 回 流 焊 機 profile(jstd020) 進 行 回 流 焊 機 溫 度 校 正 更 換 錫 膏 更 換 PCB 確 認 回 流 焊 機 profile(jstd020) 進 行 回 流 焊 機 溫 度 校 正 確 認 回 流 焊 機 profile(jstd020) 進 行 回 流 焊 機 溫 度 校 正 錫 膏 使 用 前 需 攪 拌 均 勻 備 註 : 在 實 際 生 產 流 程 中, 造 成 不 良 現 象 的 條 件 會 有 差 異, 建 議 依 據 實 際 情 況 進 行 分 析 20
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