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一种关于小QFN器件返修的解决方案

杨赛、周强、聂富刚

（中兴通讯股份有限公司，广东深圳518057）

摘要：随着大规模集成电路及超大规模集成电路的发展，芯片小型化趋势越来越明显，QFN封装元器件据有功能强大，体积小，重量轻的特点得到了广泛的使用。但是当QFN封装元器件出现故障需要进行返修时，由于QFN封装元器件小，引脚细，精度高等特点，以及PCB布局密集复杂，时常出现不能使用常规方法在PCB上印锡返修问题，这对返修提出了更高的技术要求。

为解决上述背景技术中提到的问题，本发明提供了一种新的针对密脚器件的返修装置，其包含印锡工装，用于芯片引脚上印锡；焊点观察设备，用于实时观察芯片引脚焊接状态，包括放大镜支撑支架，放大镜位置和角度万向可调；热风仪焊接设备，用于将印好锡的芯片焊接到PCB板上，包括风嘴固定工装；

关键词：密脚芯片返修、焊点观察设备、印锡工装

1、背景描述

目前家端最小QFN芯片封装尺寸是3x3mm，引脚间距air gap 是0.25mm，芯片太小难以印锡和焊接；并且家端模块器件密集，芯片周围2mm处布满阻容器件，印锡钢片不能在单板上定位，所以不能使用常规的方法在PCB板的焊盘上印锡。

图1 返修器件示意图

案例1：5号粉点锡机印锡，其主要问题：0.15mm针嘴点5号粉锡膏，存在针嘴频繁堵孔问题，清洗和穿孔后改善效果不大，而且点锡出来锡量不均匀，不满足批量返修过程稳定性要求

图2 点锡效果示意图

案例2：焊盘烙铁除锡和加锡，可操作性差：烙铁加锡时容易撞到焊盘四周密集的元器件，并且加锡不均匀，无法使用钢网印锡，一致性差。

案例3：放置芯片，人工操作单凭肉眼难以将印好锡的芯片精准定位到单板相应位置上，放置错位后导致连锡问题。

图3 吸笔取放芯片

案例4：人主要是借鉴BGA芯片植球印锡的方法，一开始尝试芯片引脚小需要在引脚上植球，但是焊球不好粘在芯片引脚上，并且散热焊盘的锡量偏少；由于芯片太小难以和植球钢网对准位置。

图4 芯片植球

2、方案设计及实现

2.1方案设计

2.1.1设备方案设计

这套返修装置其包含印锡工装，用于芯片引脚上印锡；焊点观察设备，用于实时观察芯片引脚焊接状态，包括放大镜支撑支架，放大镜位置和角度万向可调；热风仪焊接设备，用于将印好锡的芯片焊接到PCB板上，包括风嘴固定工装；本发明针对微型密脚器件难以在PCB焊盘上印锡问题，设计了一套带焊点放大观察的返修设备，具有返修成功率高，可大批量返修的优点。

图5印锡工装和钢网

图6焊点观察设备

图7齐套设备

2.1.2钢网开口设计

2.1.2.1钢网开口设计理论计算过程

A)厚度：因为是手工印锡并且引脚开口小，0.1mm厚度容易产生不下锡或锡量少问题。

B)引脚：X-ray查看散热焊盘的空洞为50%可算出焊接高度=总锡量/焊接面接=(0.3*0.3*16*0.12*0.5)/(1.955*1.955*0.4)≈0.057mm

有了焊接高度可反算出引脚所需要的锡量=焊盘长*焊盘宽*焊接高度

=0.25*0.4*0.057≈0.0057mm³

芯片两引脚中心距为0.25mm,钢网引脚开口宽为0.3mm的话最近的距离还有0.15mm,可以反算出钢网引脚开口长=引脚所需要的总锡量/焊接高度/钢网引脚开口长=0.0057/(0.3*0.12*0.5)≈0.31mm

考虑到实际印锡时刚网口太小不好下锡，所以将钢网引脚开口长改成了0.4mm，与散热焊盘最近的距离仍有0.12mm左右，不会连锡。

散热焊盘：设计4个0.92*0.92mm的方形，计算的空洞率为1-焊接面积/散热焊盘面积=1-(0.92*0.92*4*0.12*0.5/0.057)/(1.955*1.955)=6%。

图8芯片尺寸

2.2方案实现

返修流程如下图所示

图9返修流程

使用印锡工装在芯片上印锡，把芯片放入下模中，再将上膜对准边角上的定位销套入下模，然后再用小刮刀印锡，印锡饱满无缺少后，再小心移开上膜。

图10芯片印锡

将印完锡的芯片从工装上取出，使用大嘴热风仪垂直对准芯片加热，温度390+/-20度，时间5~30秒，风嘴高度20~30mm，风速1档。

图11热风仪固化焊膏

通过固定开口和厚度的钢片刷定量助焊剂，避免助焊膏过量导致焊接时芯片被挥发的助焊剂顶高导致移位；

图12印刷固定量的助焊剂

焊接温度设置：一阶段：5%低风速10s左右固定芯片不被吹偏；二阶段：10%风速（15s~50s）升温区；三阶段：20%风速（15s~30s）恒温区；阶段四：30%风速（8s~25s）助焊剂挥发，芯片坍塌，焊接完成；以实际侧面融锡为准，侧面焊端熔锡后，继续加热5~10s，确保中间接地焊盘熔锡良好。风嘴高度10~15mm，风量5%~30%档。