[发明专利]QFN封装焊点形态的预测方法和装置

说明书

本发明公开了一种QFN封装焊点形态的预测方法，该方法包括：根据预设的QFN封装的结构参数和材料的物理参数，计算PCB板的焊盘设计尺寸和焊料的涂覆体积；根据计算得到的PCB板的焊盘设计尺寸，确定焊盘上焊点四个侧面的二维形态，并拟合四个侧面的三维形态和拐角位置处的椭圆拟合曲线的中心点坐标；以预设的QFN封装的结构参数和材料的物理参数为输入数据，建立以焊料液体状态下的液桥高度为四个二维平面共同自变量的调和微分方程。本发明还公开了相应的装置。本发明提高了在规定体积下QFN焊点在每个截面内的焊点形态的计算速度；解决了在焊接过程中焊点形成的液桥的形态变化，以及QFN芯片自组装中的受力分析的问题。

技术领域

本发明涉及电子封装领域，尤其涉及QFN封装焊点形态的预测方法和装置。

背景技术

伴随着电子和通讯行业集约化和小型化的发展，电子封装和组装过程中对元器件的要求也越来越高，最近几年有许多新的封装形式出现，这其中QFN(quad flat non-leadpackage，方形扁平无引线封装)已经被广泛应用于电子行业中。QFN封装是结合QFP(quadflat package，方形扁平封装)和BGA(Ball Grid Array，球栅阵列封装)而发展起来的一种封装形式，沿用了QFP和BGA制造工艺相结合的工艺。QFN是一种无引线封装，呈方形或矩形。与CSP(Chip Scale Package，芯片尺寸封装)相似，采用切割机进行加工。封装底部中央位置有一个大面积裸露焊盘，用来散热。围绕大焊盘的四周有实现电气连接的多个接点，通过这多个接点与PCB板上印刷的焊膏通过回流焊完成相连。相对于QFP的外部引线设计和BGA的球栅阵列而言，QFN的体积更小，而且由于底部暴露的焊盘被直接焊接到PCB板上，这使QFN具有卓越的散热性能，因此QFN特别适合应用在空间有限，但又要求电和热性能较高的场合。然而，封装对象的小型化使得QFN封装有着大量的工艺问题需要解决，这其中，由再流焊所引发的工艺与质量问题，可靠性及使用寿命的预测问题都是QFN封装技术中的关键问题。由于QFN焊点的形态复杂性，现有的对于QFN焊点进行三维形态建模主要以最小能量原理和有限元数值分析的方法来研究QFN的三维形态模型。这些方法的局限性是在对QFN封装分析时单元划分比较难、计算量大且不准确，甚至无法计算；另外，当与芯片在一起计算考虑时，也存在跨尺寸分析的难题，无法得到合理解；并且，通过最小能量原理或有限元数值分析的方法，也无法得到准确的QFN焊点的三维形态，造成无法得到焊点的准确受力情况。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提高在规定体积下QFN焊点在每个截面内的焊点形态的计算速度，解决在焊接过程中焊点形成的液桥的形态变化，以及QFN芯片自组装中的受力分析的问题。

为实现上述目的，本发明提供的一种QFN封装焊点形态的预测方法，所述QFN封装焊点形态的预测方法包括以下步骤：

根据预设的QFN封装的结构参数和材料的物理参数，计算PCB板的焊盘设计尺寸和焊料的涂覆体积；

根据计算得到的所述PCB板的焊盘设计尺寸，确定所述焊盘上焊点四个侧面的二维形态，并拟合四个侧面的三维形态和拐角位置处的椭圆拟合曲线的中心点坐标；

以所述预设的QFN封装的结构参数和材料的物理参数为输入数据，建立以焊料液体状态下的液桥高度为四个二维平面共同自变量的调和微分方程，求解所述调和微分方程得到QFN封装焊点形态。

优选地，所述QFN封装的结构参数包括焊盘的结构参数，焊盘的结构参数至少包括：被封装电子器件的长度、宽度、节距、表面张力、阵列长度、钢网厚度，以及焊盘的个数和侧焊盘的高度；

所述材料的物理参数包括上固件材料的物理参数、下固件材料的物理参数、PCB材料的物理参数和助焊剂材料的物理参数，其中，上固件材料的物理参数、下固件材料的物理参数、PCB材料的物理参数和助焊剂材料的物理参数均至少包括厚度、密度、弹性模量。