CQFP器件高可靠组装的实现

摘 要：CQFP器件由于其卓越的高可靠性能，在军事和航天等特殊领域得到了广泛的应用，但是由于该类器件自身的特点和装配后要经历严苛的环境应力试验，这些都要求工艺师从装配工艺上着手，在实际组装过程中避免出现偏离焊盘以及焊点开裂等问题。本文阐述了CQFP封装器件的特点，分析了影响CQFP器件组装可靠性的主要工艺环节，给出了组装的注意事项和一些具体实施方法。另外列举了CQFP器件的一些常见缺陷，对发生的原因进行了分析，并结合实际给出了有效的解决措施。

引言

作为一种先进的集成电路封装形式，CQFP（陶瓷四面扁平封装，Ceramic Quad Flat Pack）采用了陶瓷基板和镀金引线，CQFP封装结构示意图如图1所示。由于其使用领域的特殊性，要求其装配后能经得起严苛的温度和力学等试验。因此，对CQFP组装工艺要从可靠性角度着手，兼顾器件自身的特点，对影响CQFP器件组装可靠性的几个主要装配环节要进行重点分析，然后确定适合的工艺方法。

 

1 CQFP器件的特点

CQFP是QFP封装的一种特殊形式，具有与QFP相同的一些特点，也是一种多引线器件，四边有“翼型”引脚，引脚是用合金镀金制成的，典型的引脚间距有0.3mm～1.0mm等多种间距；同时，作为陶瓷封装，CQFP封装流程与其他陶瓷封装器件的流程也类似；包括芯片粘贴、引线键合、基板采用玻璃或合金焊料封盖等流程，同样具有陶瓷封装在电、热、机械特性等方面的稳定性的特点，应用领域也比较类似。

引脚数量增多，厚度和宽度的减小，是集成电路适应设备小型化的必然趋势，由此导致一些传统封装（比如“J”型封装）在一定程度上已无法满足要求，而CQFP正是为适应这种趋势而出现的一种封装形式，它是在传统两侧引线框架结构(例如SOP类封装)基础上发展演变而来的，工艺相对较为成熟，制造及封装设备可以兼容，制造技术实现难度相对较低，相应的工装治具也较容易加工，由于其引脚外露电性能容易测试，良品率较高；另外，从设计使用角度和装配角度来讲，它与目前常用的表面贴装技术完全兼容，组装时引脚放置对中较为容易，焊后焊点检查也较为方便，由于引线有较强的的韧性，焊接过程产生的热适配引发的应力可有效得到释放，焊接后可靠性可以得到有效保证。

2 CQFP器件的装焊流程与控制

CQFP器件的常规装焊流程一般分为物料（器件及PCB）来料检查、器件引线成形、引脚去金（搪锡）、手工对准、引脚手工焊接、焊点清洗、粘固等环节，具体如图2所示。

这些流程中对CQFP最终组装可靠性影响较大的主要为器件引线成形、引线焊接及粘固几个环节，以下就这几方面进行重点阐述。

2.1引线成形

引线成形的方式一般有手工和设备成形两种，两种方式各有优缺点。手工成形工装制作较为简单，成本投入低，但是人为因素较多，操作人员操作技能水平高低、熟练程度、以及情绪稳定性都会对最终的引线成形效果产生影响，而且手工成形一致性差，不易控制,针对此问题,采取了定人定岗方式，即通过培训来选出水平较为稳定的操作人员，专门进行该类器件成形，以此来确保成形质量,通过这种方式基本可以满足小批量器件的成形要求。

设备成形主要问题是前期设备投入较大，成型设备一般多为进口，价格在数十万人民币，但是设备成行受人为因素干扰较少，在成形参数固定后，基本上一致性较好，过程容易控制，但设备成形前期对成形参数的摸索一定要准确，要有一定的样本量来保证，否则会出现批次性报废，曾经有单位使用设备成形出现批次性报废的问题。

当然，无论是哪一种引线成形方式，最终是为后续装焊可靠性打基础的，所以要尽可能做到以下几点，第一，保证器件引线左右位置不偏移；第二，引线共面性要符合要求；一般标准要求为不大于0.1mm；第三也是关键一点，不能出现器件损伤，特别是器件引脚根部与本体的连接部位，一旦出现损伤就会面临报废的危险，损失是难以估量的。

另外需要注意的是，引线成形后，引线失去了框架保护极易碰撞变形，即便是轻微的晃动都有可能造成引线变形，所以一定要采取引脚和本体固定措施做好器件保护工作。

2.2引线焊接

焊接可以采取回流焊接和手工焊接两种方式。引脚数量较少的CQFP器件一般可以采用回流焊接。而对于引脚数量多、引脚间距小的CQFP器件，由于引脚数量多，引脚较细、软，容易变形，若采用回流焊接容易造成引脚的偏移，因此，实际操作中，采用了目前较为常用的手工焊接方式。

手工焊接方式一般有逐点焊接和拖焊方式，在焊接时采用了目前较多使用的拖焊方式，但是焊接细间距CQFP前，应该先将部分焊锡丝融入烙铁头的“焊料储液池”中，再将烙铁头与器件焊盘引线外端轻轻接触一下，然后向上抬起0.5mm左右高度，使熔融的焊锡从储液池流入引线和焊盘接触区域，形成焊点。拖焊过程一定要注意焊接的手势和速度，烙铁头中轴线与所焊印制板焊盘面成30-45度夹角，速度也要控制在1秒/次左右。进行拖焊时，操作者的动作要有一定的节拍，要平稳、轻快、准确，当烙铁头焊接最后几个焊点时，要赶快抬起烙铁头，以便完成所有引线的焊接。

关于CQFP焊接后焊点的检查标准较多，但总体趋于一致，ECSS标准采用较多，表1和图3为欧空局的焊点检查要求，最大引线焊盘偏移量A不超过引线宽度的0.1倍；焊盘外端面与脚趾的距离B一般不小于0.2mm左右，内边缘与引线脚跟的最小距离L不小于0.5倍的引线宽度；最小底部焊点的长度D为1.5倍引线宽度，脚跟焊锡爬升高度E因为焊料高度与引线厚度之和。图4为合格焊点（a）的示意图和实际焊点（b）照片。

2.3 焊接后的粘固

如上所述，CQFP器件引脚数增多以后，引脚变得又细又软，单靠焊接很难保证在后续调试及试验中器件引线不受到变形或者损坏，为此经常要在焊接后用专用胶对CQFP进行加固。加固方式一般有局部粘固（如图5中a、b所示）和整体灌封（如图5中c所示）两种，粘固用胶一般有GD414胶和D04胶等，灌封一般用QD231嵌段硅橡胶，两种方式都能满足使用要求。实际操作中，根据产品特点，我们选用了GD414胶和D04胶结合的局部粘固的方式，从实际效果来看，可以满足产品要求。 

 

2.4 其他因素

对于CQFP器件来讲，引脚焊接质量是影响最终组装可靠性的关键因素，而影响焊接质量的除了焊接方式外，其他如焊盘设计的合理性，引线的可焊性，引线对位准确性，烙铁温度设置以及个人操作习惯等因素，都会对焊接质量产生影响，这些都需要在组装中予以综合考虑。

另外，对于CQFP的焊接后出现返工（修）是难免的，对于该类器件返修的关键工序是器件的拆除解焊，解焊一般用温控烙铁解焊，根据情况尝试了返修台解焊，效果不错，可以一次完成，减少了器件多次受热的风险，另外温度曲线设定后，重复性较好，适合批量返修。

3 CQFP器件焊接常见缺陷分析

3.1引脚偏离焊盘

引脚偏离焊盘的原因主要为：由于CQFP特别是细间距CQFP的引脚具有长、细、软的特点，所以操作时极容易变形。虽然在焊接之前已经调整过引脚与焊盘的相对位置，但如果采用常规的拖焊方法，烙铁接触引脚，还是很容易碰歪引脚，导致引脚偏离焊盘。

解决的办法除了焊前进行引脚校正外，还需要改进传统拖焊方法。

3.2引脚脱焊、锡量不均匀

产生的原因是：在对CQFP预成型（特别是手工成型）时存在先天不足，存放不当以及转运过程中未很好固定造成了变形，致使CQFP引脚的共面性超标，焊前未做很好地调整等原因，会导致CQFP的部分引脚没有很好的贴合焊盘。焊接时如果锡量偏少，会出现引脚脱焊的现象；如果锡量过多，则会出现焊料厚度超出范围的问题。

解决的方法是焊前调整器件引脚共面性，改进存储和转运固定方法，同时焊接过程要控制锡量。

3.3引脚脚跟部分没有焊锡

产生的原因是：CQFP引脚成形好后，有引脚脚跟抬起和脚跟贴合脚尖却翘起的问题，导致焊接时焊锡很难爬升到引脚的脚跟部分，无法在脚趾和脚跟部分同时形成合格的焊点。

解决的办法矫正引线至合格范围，同时要加强器件引线成型过程控制，确保成形质量。

3.4引脚端面没有焊锡

产生的原因是：CQFP成形、剪脚、搪锡后，放置的时间太长，致使引脚剪切部位氧化，可焊性变差，导致引脚端面焊锡无法润湿。

解决的方法是控制引脚剪切后的搪锡时间，一般在器件引脚成形、剪脚后应在2小时内完成搪锡；搪好锡后，应在规定的时间内完成焊接，如果暂时不焊，应放置于干燥箱内，但是最长存放时间不宜超过一周（7天），否则就会影响焊点质量。

4 结论

随着CQFP器件在高可靠电子设备中使用范围的不断加大，其装配焊接工艺也日益成为电子装联工艺师关注和研究的重点之一。本文对CQFP封装器件的组装焊接和返修进行了摸索和实践，文中对一些常见CQFP组装缺陷的产生原因进行了分析，提出了解决的途径和方法，实现了CQFP封装器件的高可靠组装，其中的工艺方法已在型号产品得到了实际应用和验证。另外可以看出，CQFP的装配可靠性除了与焊接、粘固质量有关外，与引线成型以及焊盘设计质量都有关系，严格的过程控制等也对焊接质量有着重要影响。

参考文献

[1] 陈增生.SMC/SMD的手工焊接工艺技术  电子工艺技术，2009，5

[2] 黎海金 章能华，宋嘉宁.手工焊接对电烙铁温度的要求  电子工艺技术，2010，2

 [3] 张伟，王玉龙，李静秋.振动条件下的CQFP器件高可靠组装工艺,电子工艺技术，2012,5.

 [4] 王玉龙，孙守红.密脚间距 QFP集成电路引线成形工艺研究, 电子工艺技术，2010,11.

 [5] 欧空局.ECSS‐Q‐ST‐70‐38C,High-reliability soldering for surface-mount and mixed technology,2008,7.

（end）

                                                                          欢迎在文末留言讨论。

关于CQFP：

CQFP（Ceramic Quad Flat Pack）是由干压方法制造的一个陶瓷封装家族。两次干压矩形或正方形的陶瓷片(管底和基板)都是用丝绢网印花法印在焊接用的玻璃上再上釉的。玻璃然后被加热并且引线框被植入已经变软的玻璃底部，形成一个机械的附着装置。一旦半导体装置安装好并且接好引线，管底就安放到顶部装配，加热到玻璃的熔点并冷却。

CQFP可以有很多引脚数量和外形尺寸的选择。这种封装是一种密封的表面安装封装形式。陶瓷，引脚框架和陶瓷三者用玻璃密封连在一起，形成内部芯片的连接和外部与电路板的连接。有些封装在引脚框架的顶部设计有窗口式陶瓷架，以加强附着力。另一些没有窗口框架的管壳必须与口杯型陶瓷盖板相匹配。CQFP历史悠久，现在仍在半导体技术中使用，如：数字模拟转换器、微波、逻辑电路存贮器、微控制器和视频控制器。

CQFP封装的特点：

（1）管脚与PQFP相兼容。

（2）引脚数14至304，引脚间距25至50密耳。

（3）密封的表面贴装。

（4）引脚形。

（5）引脚渡层：金、浸料式：扁平、翼形、J形或锡

（6）高导热陶瓷

（7）符合JEDEC标准

（8）多种腔体尺寸需求尺寸可以符合大部分芯片。