ANSYS的QFN电子元器件结构优化设计(3)
QFN元件的引脚都裸露在封装的底部以便于焊接到PCB板上，在封装底部有一个大面积的裸露焊盘可以用来传导热量，将焊盘焊接上去后，焊盘和芯片直接粘结起来，因此芯片的热阻抗变得很小。焊盘的封装外围有导电焊盘，其作用是实现电气的连结。在它的内部，引脚与焊盘之间的导电的路径很短，使得封装体内部的电阻和自感系数也比较低，基于以上原因所以具有优越的电性能。除此之外，暴露在外面的焊盘的引线框也可以提供极佳的散热性能。散热垫有直接散发热量的通道。直接焊接到电路板的散热垫，印刷电路板在热通孔，也提高了过量功率的铜接地板的扩散，从而吸收多余的热量。因此QFN具有卓越的电性能和热性能。因此特别适用于空间有限，并且对电性能和热性能要求都比较高的场合。除此之外，它在电路板上的组装面积比较小，节约了板上面积，本身重量较轻，外形也较小，而且成本很低，这些都是其优点。
下面介绍一下QFN封装的一些焊接方法。QFN封装的芯片要在125摄氏度的温度下进行烘烤，目的是去掉芯片中的水分，不过这一步骤在芯片出厂的时候完成了，消费者可以直接组装芯片。第一种方法是手工样板焊接：先在芯片和板子上烫焊锡，然后在PCB板上涂上一些助焊剂，再用镊子夹住芯片定位到PCB板上，对准之后用烙铁在四周加热完成焊接。这个方法比较可靠，不过效率比较低，只适用于样板而不适用于批量。第二种方法是使用钢网，刷锡膏，通过手工的方式将芯片贴上，过回流焊（或热风台）。如果简单的话先在焊盘上点锡，每个焊盘上锡的用量要等量，高度要均匀，然后再涂上一些松香（粘稠状），在这个时候将芯片放置在上面，对它均匀加热，此时要注意的一点是在芯片上不能有压力，在锡焊已经完全熔化了以后，看到芯片自己浮了起来，这个时候自动地对准位置，停止继续加热，采取降温措施进行冷却就可以了。这种方法焊接出来的锡面比较漂亮。第三种方法是用回流焊工艺在PCB板上进行贴装。用点焊膏的方式比较好，不过对贴片机的要求比较高。如果是在样品制备时，根据其形状，精确定位和被标记在PCB上，然后手工贴片，回流焊时，可以使用该平台进行加热。
虽然QFN具有许多优点，但它也有它的一些缺陷。由于位于封装体下方的焊点比较薄，如果有少锡和开路的状况发生时，很难用肉眼观察到内部的具体破坏情况，只可以根据处于外部的焊点的情况，再结合经验来做出准确的判断。此外，对于QFN返工，因为焊接点完全处于的封装元件底部，出现任何缺陷都要将焊球元件移除，QFN具有重量轻体积小的特点，将它们安装在高密度的装配板上的话，将会导致文修变得更加困难。因此，对QFN电子元器件进行结构优化设计是十分必要的。
1.3 研究意义
QFN电子封装本身有很好的热性能和电性能，以此同时兼具外型体积小和重量轻的特点。使得它的使用正在增加。它符合了便携式电子市场的趋势，可以在笔记本电脑，数码相机，个人数字助理，移动电话和MP3等便携式消费电子产品中使用。
虽然QFN的无引脚设计适合应用在微型电子设备中，但是它的焊点可靠性还是需要更进一步的研究和评估。
在电子器件的工作服役过程中，有很多原因可能导致可靠性降低，其中焊点失效就是最主要的原因之一，其中焊点和引线，基板等材料的线膨胀系数不匹配是主要诱因。QFN和QFP不同，QFP外部流畅的引线设计可以缓冲和吸收线膨胀系数不匹配而产生的应力，但是QFN无引线设计使得电器元件直接通过焊点和基板相连接，导致的后果就是不仅使其无法缓冲和吸收因为线膨胀系数不匹配产生的应力，而且焊点位于封装底部，难以观察其尺寸，也不好控制。因此给QFN的检测返修特别是力学性能的测试带来了很大的挑战。
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