來源：PCBA設計與制造；作者：周寶強

摘要

aQFN作為一種新型封裝以其低成本、高密度I/O、優良的電氣和散熱性能，開始被應用于電子產品中。本文從aQFN封裝芯片的結構特征，PCB焊盤設計，鋼網設計制作，SMT生產工藝及Rework流程等幾個方面進行了重點的論述。

前言

QFN封裝芯片由于體積小、散熱性能優異得到了廣泛的應用。隨著電子產品在性能上要求越來越高，且向輕、薄、短、小的趨勢發展，IC體積內打線密度已不是原來的QFN封裝所能負荷的，因此發展出更為先進的aQFN（Advanced Quad Flat No Lead，簡稱aQFN）封裝，即QFN的改進型封裝。由于aQFN封裝芯片剛剛開始應用，生產中容易出現短路、虛焊和偏移問題，相關的SMT工藝研究并不多。本文針對這種新型封裝的SMT工藝進行相關探討。

1、aQFN的結構特征

aQFN相當于QFN和TFBGA的結合體，可以更好地降低芯片高度，減少封裝面積和節約成本。與傳統的QFN封裝Lead和Molding平齊不同，aQFN的Lead是伸出的。相對于TFBGA，aQFN的底部無明顯的錫球，而是圓柱形的Lead。不需要植球，也不需要Substrate。圖1是aQFN的封裝示意圖，圖2是剖面示意圖。

圖1aQFN的封裝

圖2aQFN剖面圖

aQFN的優勢如下：

a）Low Cost, Profile, and Light weight

b）Excellent Thermal / Electrical Performance

c）Excellent Anti-drop-&-twist capability

d）High I/O count up to 400

e）Leadless & multi-row package

f）Free-form I/O design

g）Power / Ground ring

h）Fine lead pitch 0.4mm

aQFN與TFBGA、QFN優勢對比，見下表1。

表1aQFN與TFBGA、QFN的對比

2、aQFN的PCB焊盤設計

要實現aQFN的良好的SMT組裝工藝，首先要解決其PCB焊盤設計。PCB有兩種焊盤設計方式：Solder Mask Defined (阻焊層定義焊盤，即SMD)，Non-Solder Mask Defined (非阻焊層定義焊盤，即NSMD)。見圖3所示。我們一般選擇NSMD方式設計，原因如下：

a）NSMD方式精度較高，PCB制造廠的公差容易控制，良率高。

b）NSMD Pad平整度要比MSD Pad好。

c）NSMD Pad比SMD Pad具有更好的溫度循環可靠性壽命和抗沖擊壽命。

圖3NSMD and MSD Pad Design

2.1 Signal Pad設計

下面以MTK公司的芯片為例說明aQFN的焊盤設計。圖4為MTK某型號芯片的封裝尺寸信息。

圖4Package Information

從SMT組裝試驗的結果分析，采用NMSD和圓形焊盤設計的焊接效果最佳。具體的焊盤尺寸請參考圖5。

圖5NMSD and Circle Pad Design

Signal Pad設計注意事項：

a）推薦按封裝庫1:1制作，保證焊盤規則（精度控制在+/-0.03mm）。

b）禁止在PCB頂層使用鋪銅設計，否則容易焊盤尺寸過大，回流焊接時容易發生短路。

c）為保證接地性能，RF GND間建議做成網格狀走線，或將GND Pad連通到內層的GND平面。表層走線線寬盡量控制在0.3mm以內。

d）Pad一定要有阻焊環，Pad與Pad之間需留有3mil阻焊環。

e）盲孔不要偏離Pad中心，避免Pad變形造成的SMT影響，盲孔需要填平不能有空洞。如圖6所示。

圖6禁止在PCB表層使用鋪銅設計

2.2 E-Pad焊盤設計

推薦與IC接地焊盤相同尺寸一致，即封裝庫按照1：1的面積比例制作E-Pad。如圖7所示。

圖7E-Pad焊盤設計

2.3過孔設計

為了把頂面的熱量傳導給內層或底層，E-Pad上必須設計散熱過孔。參考JEDEC的建議，過孔直徑一般為0.3mm，過孔間距為1.2mm，以及盡量多的散熱過孔數量，具體數量可以借鑒JEDEC的實驗數據。見圖8所示。

圖8Thermal Via Design

3、鋼網設計

3.1鋼網開孔基本要求

根據IPC7525標準，鋼網設計的基本要求：寬厚比（W/T，2R/T）>1.5；面積比（W/4T，R/2T）> 66%，其中，W表示開口長（寬），R表示開口半徑，T表示鋼網厚度。鋼網要梯形開口設計，BOT面開口比TOP面大25~50微米，便于錫膏釋放。如圖9所示。

圖9鋼網開口基本要求

3.2 鋼網制作要求

鋼網厚度一般為0.1mm~0.12mm，推薦使用0.1mm厚度。制作方式：激光蝕刻+電拋光。

3.3開口設計要求

推薦鋼網開孔與PCB焊盤大小一致，可適當調整以適應制程。建議Signal Pad采用圓形或方形倒角設計（R=0.075mm），開孔尺寸可以增大10%~15%，印刷時下錫效果更好。如表2所示。

表2Signal Pad開口設計

E-Pad開口設計。推薦鋼網開口面積為PCB E-Pad面積的40%左右，鋼網開口邊緣距離PCB焊盤邊緣0.2mm以上，建議將鋼網開口區域分割成為邊長小于2mm的大小相等方塊。如圖10所示。

圖10E-Pad開口設計

4、aQFN的SMT生產工藝流程

aQFN的SMT生產流程如下圖11所示。

圖11aQFN的SMT生產流程

從目前已經量產的信息來看，平均良率可以達到99.5%以上。要達到高的良率，除了PCB焊盤設計和鋼網制作規范外，還要保證錫膏印刷、貼片、回流焊接的設備和工藝正常。

4.1 錫膏印刷

推薦使用SAC305，Type 4型號免清洗無鉛焊錫膏，也可以使用Type 5型錫膏，驗證效果比較好。印刷機最好帶有3D SPI，可以檢測錫膏印刷效果。如果沒有的話，只能在顯微鏡下檢查。要特別注意印刷少錫的問題，Signal Pad建議采用正方形開口面積比圓形增加27%面積，可防止少錫問題。

印刷工藝參數參考：無鉛錫膏為M705-GRN360-K2-V，印刷機為MPM2000，錫膏印刷速度為25MM/S，錫膏印刷壓力為6.5KG。

一定要保持鋼網開口干凈，無錫膏或其它異物殘渣。可適當增加鋼網擦拭頻率，推薦擦拭頻率為2拼板/一次擦拭。

4.2回流焊接

回流時間在70s左右，預熱速率≤1℃/s，如圖12所示。

圖12Reflow Profile

5、Rework

aQFN的Rework流程如下圖13所示。

圖13aQFN的Rework流程

5.1拆卸aQFN

拆卸aQFN時推薦使用專門的返修工作站進行操作。例如OKI、埃莎、Martin等返修站。如果使用熱風槍拆卸時，底部需要有預熱器輔助加熱。預熱區設定溫度150℃，風槍設定溫度330℃，風槍高度1cm左右。

5.2清洗焊盤

aQFN拆卸后，必須清洗PCB Pad和芯片Pad上殘留的焊錫及助焊劑，推薦使用錫膏廠家推薦的清洗溶劑。

5.3 aQFN植球

首先要制作一個專門的IC植球鋼網，把Solder Paste印刷到PCB樣板上，然后利用返修工作站把aQFN貼裝到印刷后的PCB上，最后在返修工作站上加熱，Solder Paste焊接到aQFN引腳上后取下IC。

也可以使用熱風槍操作。IC的焊盤清理干凈后放入專門的植球治具定位槽，植球鋼網通過導向柱覆蓋IC焊盤，使用小鋼片印刷錫膏，取出已印刷錫膏的IC，使用熱風槍加熱，設定溫度320℃，時間約60s。焊接完成后放在放大鏡下檢查焊接質量。

5.4重新貼裝

貼裝前要在aQFN元件和PCB焊盤上涂覆膏狀Flux，然后利用返修工作站的對中系統進行精確貼裝，人工檢查時可以觀察IC的絲印框是否對齊，最后按照設定好的Profile進行加熱。如圖19所示。

總結

鑒于aQFN是業界一種新封裝，需要從PCB設計和制作、錫膏印刷、鋼網設計、SMT制程等幾個方面進行設計和工藝優化，同時需要IC廠家配合解決生產中出現的問題，相信通過大家的共同努力一定會提高aQFN的良率。