摘 要：CQFP器件由于其卓越的高可靠性能，在軍事和航天等特殊領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但是由于該類器件自身的特點和裝配后要經(jīng)歷嚴苛的環(huán)境應(yīng)力試驗，這些都要求工藝師從裝配工藝上著手，在實際組裝過程中避免出現(xiàn)偏離焊盤以及焊點開裂等問題。本文闡述了CQFP封裝器件的特點，分析了影響CQFP器件組裝可靠性的主要工藝環(huán)節(jié)，給出了組裝的注意事項和一些具體實施方法。另外列舉了CQFP器件的一些常見缺陷，對發(fā)生的原因進行了分析，并結(jié)合實際給出了有效的解決措施。

引言

作為一種先進的集成電路封裝形式，CQFP（陶瓷四面扁平封裝，Ceramic Quad Flat Pack）采用了陶瓷基板和鍍金引線，CQFP封裝結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。由于其使用領(lǐng)域的特殊性，要求其裝配后能經(jīng)得起嚴苛的溫度和力學(xué)等試驗。因此，對CQFP組裝工藝要從可靠性角度著手，兼顧器件自身的特點，對影響CQFP器件組裝可靠性的幾個主要裝配環(huán)節(jié)要進行重點分析，然后確定適合的工藝方法。

1 CQFP器件的特點

CQFP是QFP封裝的一種特殊形式，具有與QFP相同的一些特點，也是一種多引線器件，四邊有“翼型”引腳，引腳是用合金鍍金制成的，典型的引腳間距有0.3mm～1.0mm等多種間距；同時，作為陶瓷封裝，CQFP封裝流程與其他陶瓷封裝器件的流程也類似；包括芯片粘貼、引線鍵合、基板采用玻璃或合金焊料封蓋等流程，同樣具有陶瓷封裝在電、熱、機械特性等方面的穩(wěn)定性的特點，應(yīng)用領(lǐng)域也比較類似。

引腳數(shù)量增多，厚度和寬度的減小，是集成電路適應(yīng)設(shè)備小型化的必然趨勢，由此導(dǎo)致一些傳統(tǒng)封裝（比如“J”型封裝）在一定程度上已無法滿足要求，而CQFP正是為適應(yīng)這種趨勢而出現(xiàn)的一種封裝形式，它是在傳統(tǒng)兩側(cè)引線框架結(jié)構(gòu)(例如SOP類封裝)基礎(chǔ)上發(fā)展演變而來的，工藝相對較為成熟，制造及封裝設(shè)備可以兼容，制造技術(shù)實現(xiàn)難度相對較低，相應(yīng)的工裝治具也較容易加工，由于其引腳外露電性能容易測試，良品率較高；另外，從設(shè)計使用角度和裝配角度來講，它與目前常用的表面貼裝技術(shù)完全兼容，組裝時引腳放置對中較為容易，焊后焊點檢查也較為方便，由于引線有較強的的韌性，焊接過程產(chǎn)生的熱適配引發(fā)的應(yīng)力可有效得到釋放，焊接后可靠性可以得到有效保證。

2 CQFP器件的裝焊流程與控制

CQFP器件的常規(guī)裝焊流程一般分為物料（器件及PCB）來料檢查、器件引線成形、引腳去金（搪錫）、手工對準、引腳手工焊接、焊點清洗、粘固等環(huán)節(jié)，具體如圖2所示。

這些流程中對CQFP最終組裝可靠性影響較大的主要為器件引線成形、引線焊接及粘固幾個環(huán)節(jié)，以下就這幾方面進行重點闡述。

2.1引線成形

引線成形的方式一般有手工和設(shè)備成形兩種，兩種方式各有優(yōu)缺點。手工成形工裝制作較為簡單，成本投入低，但是人為因素較多，操作人員操作技能水平高低、熟練程度、以及情緒穩(wěn)定性都會對最終的引線成形效果產(chǎn)生影響，而且手工成形一致性差，不易控制,針對此問題,采取了定人定崗方式，即通過培訓(xùn)來選出水平較為穩(wěn)定的操作人員，專門進行該類器件成形，以此來確保成形質(zhì)量,通過這種方式基本可以滿足小批量器件的成形要求。

設(shè)備成形主要問題是前期設(shè)備投入較大，成型設(shè)備一般多為進口，價格在數(shù)十萬人民幣，但是設(shè)備成行受人為因素干擾較少，在成形參數(shù)固定后，基本上一致性較好，過程容易控制，但設(shè)備成形前期對成形參數(shù)的摸索一定要準確，要有一定的樣本量來保證，否則會出現(xiàn)批次性報廢，曾經(jīng)有單位使用設(shè)備成形出現(xiàn)批次性報廢的問題。

當然，無論是哪一種引線成形方式，最終是為后續(xù)裝焊可靠性打基礎(chǔ)的，所以要盡可能做到以下幾點，第一，保證器件引線左右位置不偏移；第二，引線共面性要符合要求；一般標準要求為不大于0.1mm；第三也是關(guān)鍵一點，不能出現(xiàn)器件損傷，特別是器件引腳根部與本體的連接部位，一旦出現(xiàn)損傷就會面臨報廢的危險，損失是難以估量的。

另外需要注意的是，引線成形后，引線失去了框架保護極易碰撞變形，即便是輕微的晃動都有可能造成引線變形，所以一定要采取引腳和本體固定措施做好器件保護工作。

2.2引線焊接

焊接可以采取回流焊接和手工焊接兩種方式。引腳數(shù)量較少的CQFP器件一般可以采用回流焊接。而對于引腳數(shù)量多、引腳間距小的CQFP器件，由于引腳數(shù)量多，引腳較細、軟，容易變形，若采用回流焊接容易造成引腳的偏移，因此，實際操作中，采用了目前較為常用的手工焊接方式。

手工焊接方式一般有逐點焊接和拖焊方式，在焊接時采用了目前較多使用的拖焊方式，但是焊接細間距CQFP前，應(yīng)該先將部分焊錫絲融入烙鐵頭的“焊料儲液池”中，再將烙鐵頭與器件焊盤引線外端輕輕接觸一下，然后向上抬起0.5mm左右高度，使熔融的焊錫從儲液池流入引線和焊盤接觸區(qū)域，形成焊點。拖焊過程一定要注意焊接的手勢和速度，烙鐵頭中軸線與所焊印制板焊盤面成30-45度夾角，速度也要控制在1秒/次左右。進行拖焊時，操作者的動作要有一定的節(jié)拍，要平穩(wěn)、輕快、準確，當烙鐵頭焊接最后幾個焊點時，要趕快抬起烙鐵頭，以便完成所有引線的焊接。

關(guān)于CQFP焊接后焊點的檢查標準較多，但總體趨于一致，ECSS標準采用較多，表1和圖3為歐空局的焊點檢查要求，最大引線焊盤偏移量A不超過引線寬度的0.1倍；焊盤外端面與腳趾的距離B一般不小于0.2mm左右，內(nèi)邊緣與引線腳跟的最小距離L不小于0.5倍的引線寬度；最小底部焊點的長度D為1.5倍引線寬度，腳跟焊錫爬升高度E因為焊料高度與引線厚度之和。圖4為合格焊點（a）的示意圖和實際焊點（b）照片。

2.3 焊接后的粘固

如上所述，CQFP器件引腳數(shù)增多以后，引腳變得又細又軟，單靠焊接很難保證在后續(xù)調(diào)試及試驗中器件引線不受到變形或者損壞，為此經(jīng)常要在焊接后用專用膠對CQFP進行加固。加固方式一般有局部粘固（如圖5中a、b所示）和整體灌封（如圖5中c所示）兩種，粘固用膠一般有GD414膠和D04膠等，灌封一般用QD231嵌段硅橡膠，兩種方式都能滿足使用要求。實際操作中，根據(jù)產(chǎn)品特點，我們選用了GD414膠和D04膠結(jié)合的局部粘固的方式，從實際效果來看，可以滿足產(chǎn)品要求。 

2.4 其他因素

對于CQFP器件來講，引腳焊接質(zhì)量是影響最終組裝可靠性的關(guān)鍵因素，而影響焊接質(zhì)量的除了焊接方式外，其他如焊盤設(shè)計的合理性，引線的可焊性，引線對位準確性，烙鐵溫度設(shè)置以及個人操作習(xí)慣等因素，都會對焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響，這些都需要在組裝中予以綜合考慮。

另外，對于CQFP的焊接后出現(xiàn)返工（修）是難免的，對于該類器件返修的關(guān)鍵工序是器件的拆除解焊，解焊一般用溫控烙鐵解焊，根據(jù)情況嘗試了返修臺解焊，效果不錯，可以一次完成，減少了器件多次受熱的風(fēng)險，另外溫度曲線設(shè)定后，重復(fù)性較好，適合批量返修。

3 CQFP器件焊接常見缺陷分析

3.1引腳偏離焊盤

引腳偏離焊盤的原因主要為：由于CQFP特別是細間距CQFP的引腳具有長、細、軟的特點，所以操作時極容易變形。雖然在焊接之前已經(jīng)調(diào)整過引腳與焊盤的相對位置，但如果采用常規(guī)的拖焊方法，烙鐵接觸引腳，還是很容易碰歪引腳，導(dǎo)致引腳偏離焊盤。

解決的辦法除了焊前進行引腳校正外，還需要改進傳統(tǒng)拖焊方法。

3.2引腳脫焊、錫量不均勻

產(chǎn)生的原因是：在對CQFP預(yù)成型（特別是手工成型）時存在先天不足，存放不當以及轉(zhuǎn)運過程中未很好固定造成了變形，致使CQFP引腳的共面性超標，焊前未做很好地調(diào)整等原因，會導(dǎo)致CQFP的部分引腳沒有很好的貼合焊盤。焊接時如果錫量偏少，會出現(xiàn)引腳脫焊的現(xiàn)象；如果錫量過多，則會出現(xiàn)焊料厚度超出范圍的問題。

解決的方法是焊前調(diào)整器件引腳共面性，改進存儲和轉(zhuǎn)運固定方法，同時焊接過程要控制錫量。

3.3引腳腳跟部分沒有焊錫

產(chǎn)生的原因是：CQFP引腳成形好后，有引腳腳跟抬起和腳跟貼合腳尖卻翹起的問題，導(dǎo)致焊接時焊錫很難爬升到引腳的腳跟部分，無法在腳趾和腳跟部分同時形成合格的焊點。

解決的辦法矯正引線至合格范圍，同時要加強器件引線成型過程控制，確保成形質(zhì)量。

3.4引腳端面沒有焊錫

產(chǎn)生的原因是：CQFP成形、剪腳、搪錫后，放置的時間太長，致使引腳剪切部位氧化，可焊性變差，導(dǎo)致引腳端面焊錫無法潤濕。

解決的方法是控制引腳剪切后的搪錫時間，一般在器件引腳成形、剪腳后應(yīng)在2小時內(nèi)完成搪錫；搪好錫后，應(yīng)在規(guī)定的時間內(nèi)完成焊接，如果暫時不焊，應(yīng)放置于干燥箱內(nèi)，但是最長存放時間不宜超過一周（7天），否則就會影響焊點質(zhì)量。

4 結(jié)論

隨著CQFP器件在高可靠電子設(shè)備中使用范圍的不斷加大，其裝配焊接工藝也日益成為電子裝聯(lián)工藝師關(guān)注和研究的重點之一。本文對CQFP封裝器件的組裝焊接和返修進行了摸索和實踐，文中對一些常見CQFP組裝缺陷的產(chǎn)生原因進行了分析，提出了解決的途徑和方法，實現(xiàn)了CQFP封裝器件的高可靠組裝，其中的工藝方法已在型號產(chǎn)品得到了實際應(yīng)用和驗證。另外可以看出，CQFP的裝配可靠性除了與焊接、粘固質(zhì)量有關(guān)外，與引線成型以及焊盤設(shè)計質(zhì)量都有關(guān)系，嚴格的過程控制等也對焊接質(zhì)量有著重要影響。

參考文獻

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（end）

                                                                          歡迎在文末留言討論。

關(guān)于CQFP：

CQFP（Ceramic Quad Flat Pack）是由干壓方法制造的一個陶瓷封裝家族。兩次干壓矩形或正方形的陶瓷片(管底和基板)都是用絲絹網(wǎng)印花法印在焊接用的玻璃上再上釉的。玻璃然后被加熱并且引線框被植入已經(jīng)變軟的玻璃底部，形成一個機械的附著裝置。一旦半導(dǎo)體裝置安裝好并且接好引線，管底就安放到頂部裝配，加熱到玻璃的熔點并冷卻。

CQFP可以有很多引腳數(shù)量和外形尺寸的選擇。這種封裝是一種密封的表面安裝封裝形式。陶瓷，引腳框架和陶瓷三者用玻璃密封連在一起，形成內(nèi)部芯片的連接和外部與電路板的連接。有些封裝在引腳框架的頂部設(shè)計有窗口式陶瓷架，以加強附著力。另一些沒有窗口框架的管殼必須與口杯型陶瓷蓋板相匹配。CQFP歷史悠久，現(xiàn)在仍在半導(dǎo)體技術(shù)中使用，如：數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、微波、邏輯電路存貯器、微控制器和視頻控制器。

CQFP封裝的特點：

（1）管腳與PQFP相兼容。

（2）引腳數(shù)14至304，引腳間距25至50密耳。

（3）密封的表面貼裝。

（4）引腳形。

（5）引腳渡層：金、浸料式：扁平、翼形、J形或錫

（6）高導(dǎo)熱陶瓷

（7）符合JEDEC標準

（8）多種腔體尺寸需求尺寸可以符合大部分芯片。