任龍泉

(貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽，550009)

航天產(chǎn)品QFP封裝器件手工返修技術(shù)探討

任龍泉

(貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽，550009)

QFP封裝器件由于體積小、重量輕、成本低并且具有優(yōu)異的電性能和熱性能，在航天軍工產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用。本文針對印制板中QFP封裝器件的返修問題，介紹了一種既簡單而又可靠的手工返修方法，文中首先對QFP封裝器件的特點(diǎn)做了介紹，然后分別對器件拆除、QFP引腳焊端處理、手工焊接等幾個重要的返修環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)探討。

QFP;SMT;焊接;返修

1 引言

QFP(Quad Flat Package)即四側(cè)引腳扁平封裝是指外形為正方形或矩形，四邊具有翼型短引線的薄形封裝形式。它是適應(yīng)IC內(nèi)容增多和I/O數(shù)量增多而出現(xiàn)的一種新型的封裝形式。由于它的體積小、重量輕、成本低并且具有優(yōu)異的電性能和熱性能，在航天軍工產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用，很好地滿足了軍工產(chǎn)品小型化和輕量化的發(fā)展需求。為了保證含有集成電路的印制板的裝配質(zhì)量，特別是QFP封裝器件的焊接質(zhì)量成為電子產(chǎn)品裝配技術(shù)中的重要課題。在大批量的生產(chǎn)中，SMT(表面貼裝技術(shù))一般采用焊膏絲印、貼片、回流焊接、在線檢測和返修工作站返修的工藝流程。但在小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)及PCB的調(diào)試和維修中，由于無法承受焊膏絲印所用模板的制作費(fèi)用和購買絲印機(jī)、貼片機(jī)、回流焊機(jī)等一套設(shè)備的昂貴費(fèi)用，通常不采用上述工藝流程。而且軍工單位由于技術(shù)的保密性通過外協(xié)加工的方法也不可取。所以對于QFP封裝器件的手工焊接與返修探索出一套簡單易操作且可靠性較高的方法是很有必要的。

2 QFP封裝器件簡介

2.1 QFP特點(diǎn)簡介

QFP器件的主要優(yōu)點(diǎn)是:四邊具有外露的“翼(L)型”引腳，引腳的彈性韌性較好，焊接應(yīng)力易釋放，與PCB匹配性好，可靠性較高;封裝外形尺寸較小，寄生參數(shù)較小，適合高頻應(yīng)用;重量輕，適合于便攜式產(chǎn)品中的運(yùn)用;屬于表面貼裝器件。其缺點(diǎn)是引腳共面性差，很容易彎曲變形;容易靜電損傷。

2.2 QFP的種類簡介

按封裝的基材分類有陶瓷、金屬和塑料三種，其中塑料封裝應(yīng)用最多。按引腳的中心距離分類有1.0mm、0.8mm、O.65mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm等多種規(guī)格。根據(jù)封裝本體厚度又分為QFP(2.0～3.6mm厚)、LQFP(Low Profile Quad Flat Package，1.4mm厚)即小型四邊引腳扁平封裝和TQFP(Thin Quad Flat Package，1.0 mm厚)即薄型四邊引腳扁平封裝3種。QFP器件的封裝外形如下圖所示:

圖1 QFP器件的封裝外形圖

2.3 QFP焊接的接收標(biāo)準(zhǔn)

QFP的引腳連接了器件和PCB基板，既承擔(dān)了電氣連接作用，也起到了機(jī)械連接作用，因此對引腳焊接的可靠性問題成為了電子產(chǎn)品裝配質(zhì)量的關(guān)鍵。IPC－A－610D(電子組件的可接受性)對扁平翼型引腳器件的焊點(diǎn)接收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了定義，良好的翼型引腳器件的焊點(diǎn)要求是引腳無側(cè)面偏移，引腳末端連接寬度等于或大于引腳寬度，沿整個引腳長度可見潤濕的填充，并且引腳根部和趾部有良好潤濕角，對于底部有接地要求的還應(yīng)良好接地，不能有大面積的空洞。

3 QFP器件手工返修的實(shí)現(xiàn)過程

QFP器件手工返修的過程主要包括器件手工拆除、QFP引腳焊端處理、焊盤清理、手工焊接等幾個步驟。下面就對這幾個步驟一一進(jìn)行介紹。

3.1 器件拆除

在所有引腳上涂上松香助焊劑，以便于清除焊錫。將引腳上焊錫用電烙鐵加熱吸錫繩的方法盡可能多地去掉，注意不要因長時間的加熱而燒焦PCB板。

剪一段長約20cm截面積為AFR－200－0.1的導(dǎo)線，剝?nèi)ソ^緣層，將它從QFP引腳的下面穿過，導(dǎo)線的一端用焊錫固定在附近的一個過孔或元件上。用鑷子拽住導(dǎo)線的另一端，使導(dǎo)線緊靠在器件上，如圖2所示。

圖2 導(dǎo)線穿過器件引腳的示意圖

從離鑷子最近的一端開始用電烙鐵加熱引腳。當(dāng)焊錫熔化時，輕輕地用一個小的向上的角度向QFP外側(cè)試著拉動導(dǎo)線，同時向右逐腳移動烙鐵，注意拉力不要過大;當(dāng)焊錫熔化時再拉，否則會使走線脫落。不要在任何引腳上過分加熱，加熱第一個引腳所需的時間稍長，當(dāng)導(dǎo)線變熱后，其它引腳上的焊錫會快速熔化，通過多次試驗(yàn)得知，從一個144腳的TQFP拆除36個引腳共需約20秒鐘。引腳過熱的現(xiàn)象是:IC器件的塑殼熔化;PCB焊盤翹起;PCB板上有燒焦的痕跡。當(dāng)一邊完成后用同樣的操作過程完成另三邊引腳的拆除。

3.2 QFP引腳焊端處理

用電烙鐵加熱吸錫繩，將引腳焊端上的焊錫去掉，用防靜電的鑷子對元器件的引腳逐一進(jìn)行校正，然后用烙鐵對它進(jìn)行搪錫。搪錫時，烙鐵的溫度一般設(shè)為260℃左右，方法是先在器件的焊端涂上一層助焊劑，并將烙鐵頭擦拭干凈，在烙鐵頭上沾適量焊錫。輕輕地沿著引腳排列方向拖動，在每一個引腳上形成一個漂亮的中間高四邊稍低的焊點(diǎn)。搪完錫后，用沾了無水乙醇的無塵布對引腳進(jìn)行清洗。

3.3 焊盤清理

清洗焊盤的目的是使它們變得平整，沒有殘錫或松香焊劑。方法是現(xiàn)將適量的松香焊劑涂在較粗的吸錫繩，并置于待清理的焊盤上，電烙鐵加熱吸錫繩，將焊盤上多余的焊錫去除。然后用溶劑清洗，操作時注意不要大面積的擦拭，以防殘留的助焊劑隨無水乙醇流到周邊器件處，將其它焊點(diǎn)污染。同時，在清理焊盤時，要小心避免PCB上焊盤的脫落，走線的脫落或QFP器件的熱損耗。

3.4 手工焊接

器件引腳與焊盤對中。用鑷子小心的將新的QFP器件放到PCB上，用一個小鋤或類似的工具推動器件，使其與焊盤對齊并保證器件的放置方向是正確的。

器件定位。將烙鐵尖上沾上少量的焊錫，用一個小鋤或其它帶尖的工具向下按住已對準(zhǔn)位置的QFP，在器件的兩個對角位置的引腳上加少量的焊劑，并對其進(jìn)行焊接使QFP位置固定。

器件焊接。將所有的引腳涂上助焊劑，使引腳保持濕潤，在烙鐵尖上加上焊錫，用烙鐵尖接觸每個QFP引腳的末端，直到看見焊錫流入引腳，重復(fù)焊接所有引腳。注意:在焊接時，要保持烙鐵尖與被焊引腳并行，防止因焊錫過量發(fā)生搭接。用吸錫繩吸掉引腳上多余的焊錫，以消除任何短路或橋連。

圖3 焊接時烙鐵尖與器件引腳的位置示意圖

3.5 焊點(diǎn)的檢驗(yàn)與清洗

用10倍放大鏡檢查引腳是否有短路或橋連的情況。檢查完成后，清除電路板上的焊劑，用軟毛刷攢酒精沿引腳方向擦拭直到將焊劑清洗干凈為止，最后待自然晾干后放入干燥箱焙烘，溫度控制在60℃～80℃，時間為30～60分鐘。

4 影響手工返修質(zhì)量的原因分析

4.1 靜電防護(hù)

在靜電防護(hù)方面，必須按要求做好防靜電措施。一般QFP器件都是靜電敏感器件，對靜電防護(hù)級別較高。在受靜電損傷后，其性能會有所下降，某種特定的條件下會導(dǎo)致器件失效。因此，在進(jìn)行焊接前，必須按靜電敏感器件存放要求。存取工具必須采取防靜電鑷子，操作工人須佩戴防靜電手腕，在測試、安裝器件時必須在防靜電工作臺上進(jìn)行，且所有的焊接設(shè)備要保證良好的接地，對防靜電措施如溫控烙鐵、靜電腕帶以及加熱臺的接地情況等進(jìn)行檢查，確認(rèn)符合要求后再進(jìn)行相關(guān)操作等等。

4.2 引腳共面性

QFP器件是一種高度的溫度敏感器件，所以必須在恒溫干燥的條件下保存。一般來說，理想的存放環(huán)境為20℃～25℃，相對濕度小于10%RH。大多數(shù)情況下，在裝配的過程中，密封的防潮包裝打開后應(yīng)在規(guī)定的時間內(nèi)進(jìn)行安裝和焊接。返修前，按要求對PCB和QFP器件預(yù)烘以去除潮氣。這些都是影響器件引腳共面性的因素。

4.3 焊錫量

手工搪錫時，要控制好烙鐵頭上適當(dāng)?shù)暮稿a量。因?yàn)樘鄷诤附訒r引發(fā)橋連，太少又有可能造成虛焊。

4.4 焊接溫度

焊接時，還應(yīng)注意根據(jù)PCB材料及其厚度的不同對焊接設(shè)置溫度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。因?yàn)椴煌腜CB材料以及厚度，對熱的反應(yīng)是不同的，一般為260℃左右。

4.5 焊盤設(shè)計

QFN器件焊盤的設(shè)計對手工焊接的質(zhì)量也會產(chǎn)生很大的影響。若焊盤的尺寸與器件的引腳匹配性不是很好，就很容易造成橋連。

5 結(jié)束語

在條件允許的條件下，大批量的生產(chǎn)采用工藝先進(jìn)的回流焊設(shè)備對QFP等表面貼裝器件進(jìn)行焊接是一種最理想的焊接方式。采用手工的方法對QFP器件的焊接與返修，受人為的因素影響較大，要求工人有一定的操作技巧，要做到準(zhǔn)、快、穩(wěn)。但在最近幾年，我公司某些組件產(chǎn)品的研制和調(diào)試過程中，經(jīng)過不斷的摸索和試驗(yàn)，驗(yàn)證了這些方法也能滿足航天軍工產(chǎn)品高可靠性的要求。

［1］ 陰建策.QFN封裝器件的手工焊接與返修［A］，2011年機(jī)械電子學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集［C］，2011年.

［2］ 吳軍.航天產(chǎn)品新型QFP器件高可靠性返修［J］，電子工藝技術(shù)，2009，30(6):338－341.

10.3969/j.issn.1000－6133.2015.03.008

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2015－05－17

工藝與材料