無引線框架封裝的特點(diǎn)優(yōu)勢及在印刷電路板中的應(yīng)用

無引線框架封裝 （Leadless Leadframe Package， LLP） 是一種采用引線框架的 CSP 芯片封裝，體積極為小巧，最適合高密度印刷電路板采用。而采用這類高密度印刷電路板的產(chǎn)品包括蜂窩式移動電話、尋呼機(jī)以及手持式個(gè)人數(shù)字助理等輕巧型電子設(shè)備。以下是 LLP 封裝的優(yōu)點(diǎn)：低熱阻;較低的電寄生;使電路板空間可以獲得充分利用;較低的封裝高度;較輕巧的封裝。

封裝簡介

管腳接點(diǎn)：接點(diǎn)焊盤的位置以單行或雙行排列或根據(jù)管腳數(shù)目及封裝面積而定的陣列格式排列;個(gè)別應(yīng)用方案的封裝設(shè)有共用電源及/或接地管腳;所有 LLP 封裝的接點(diǎn)都鍍上一層 85 錫/15 鉛的焊錫，方便進(jìn)行表面安裝。

印刷電路板的設(shè)計(jì)：美國國家半導(dǎo)體建議印刷電路板的焊接點(diǎn)模式應(yīng)與封裝面積之間保持一比一的比例;將無掩蔽管芯底部的焊盤 （DAP） 焊接到印刷電路板上。這個(gè)做法有以下優(yōu)點(diǎn)：可以發(fā)揮最佳導(dǎo)熱性能;使焊接點(diǎn)更牢固可靠;當(dāng)進(jìn)行回流焊錫時(shí)，使封裝更容易自動對準(zhǔn)印刷電路板。

LLP 封裝采用雙列直插式 （DIP） 或四方封裝。采用這種封裝無需顧慮共面性，所有 LLP 封裝接點(diǎn)都與封裝底部對齊。潮濕敏感度 （MSL）：所有 LLP 封裝都屬于 1 級潮濕敏感度;個(gè)別需采用較大封裝的應(yīng)用方案的潮濕敏感度會因?yàn)椴捎玫墓苄敬笮〖盁o掩蔽 DAP 設(shè)計(jì)而有所不同。

封裝的運(yùn)送

LLP 封裝采用標(biāo)準(zhǔn)的多碳酸傳導(dǎo)載體磁帶封裝，另加外層附有壓力敏感黏膠 （PSA） 封條膠紙，才裝箱付運(yùn)。LLP 封裝采用 7 英寸的盤卷裝載付運(yùn)。樣品則采用載體磁帶格式付運(yùn)。

JEDEC 登記

四方 LLP 封裝：MO-220

雙列直插式 （DIP） LLP 封裝：MO-229

有關(guān)印刷電路板設(shè)計(jì)的建議

表面安裝封裝可采用兩種焊接點(diǎn)模式：NSMD 以及 MD。NSMD 設(shè)有一個(gè)比焊盤大的窗孔，而 SMD 焊盤則設(shè)有一個(gè)比金屬焊盤小的焊接掩模窗孔。

由于銅蝕刻工序比錫焊掩模工序可以受到更嚴(yán)密的控制，因此我們建議采用 NSMD。但按照 NSMD 的規(guī)定，由于銅焊盤體積較小，因此可以在有需要時(shí)更易在印刷電路板上進(jìn)行換碼 （escape） 布線。

根據(jù) NSMD 焊盤的規(guī)定，銅焊盤及焊接掩模四周需要有 0.075 mm （即 3 mil） 的空間。這樣可避免焊接點(diǎn)及焊接掩模之間互相重疊，而且這個(gè)空間可視為掩模對齊的承受度。

根據(jù) SMD 焊盤的規(guī)定，應(yīng)力集中點(diǎn)可以集中在接近印刷電路板邊上的焊接掩模。較大溫度變化等極端環(huán)境狀況可能會引起金屬疲勞，導(dǎo)致焊接點(diǎn)出現(xiàn)裂紋以及出現(xiàn)可靠性問題。

為了充分提高焊接的可靠性，美國國家半導(dǎo)體建議 LLP 封裝的封裝焊盤與印刷電路板焊盤之間保持 1:1 的比例。若需要探測信號焊盤，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將探測焊盤置于信號焊盤隔鄰。信號焊盤與探測焊盤之間的線跡 （trace） 必須以焊接掩模覆蓋，確保不會違反封裝焊盤與印刷電路板焊盤的 1:1 比例規(guī)定。

導(dǎo)熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)的考慮因素

導(dǎo)熱焊接點(diǎn)

LLP 封裝的導(dǎo)熱焊接點(diǎn)是一個(gè)金屬區(qū)，在正常情況下會采用的金屬以銅為主。導(dǎo)熱焊接點(diǎn)設(shè)在封裝下及印刷電路板上的中央位置。其形狀呈矩形或方形，而且大小應(yīng)與封裝底部的無掩蔽焊盤的大小相吻合 （1:1 的比例）。

對于某些高性能的應(yīng)用方案來說，印刷電路板的焊接點(diǎn)可能會改？quot;I“ 的形狀，以加強(qiáng)其導(dǎo)熱方面的性能表現(xiàn)。采用 ”I“ 形焊接點(diǎn)的封裝都會采用雙列直插式的配置。

導(dǎo)熱通孔

導(dǎo)熱通孔是必不可少的裝置。這些通孔可將印刷電路板表面的熱能傳送至接地面層。不同應(yīng)用方案需要不同數(shù)目的通孔，而實(shí)際數(shù)目則取決于有關(guān)的電子要求及功耗。增加通孔的數(shù)目有助提高封裝的導(dǎo)熱能力，但改善幅度會隨著通孔數(shù)目的增加而遞減。

通孔的直徑應(yīng)介于 0.3mm 與 0.33mm 之間，而且必須有 1oz 銅料穿過桶形電鍍層連通各層導(dǎo)線。應(yīng)注意必須堵塞通孔，以防進(jìn)行焊接時(shí)有焊錫殘留在通孔內(nèi)。若銅電鍍層未能堵塞通孔，可利用印刷電路板頂層上的焊接掩模堵塞導(dǎo)熱通孔。焊接掩模的直徑必須比通孔直徑大 4 mil 以上。無論在印刷電路板上哪一位置，焊接掩模的厚度都應(yīng)保持均勻。

導(dǎo)熱料內(nèi)出現(xiàn)空洞的影響

焊錫或管芯黏貼料內(nèi)若出現(xiàn)空洞 （通常在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生），可能會直接影響散熱能力。除非空洞的大小比有關(guān)物料體積的某一百分率還大，否則影響微不足道。注意：空洞一般不會影響焊接的可靠性。

LLP 封裝的表面安裝過程包括：有關(guān)印刷電路板電鍍層的規(guī)定;利用絲網(wǎng)印刷將焊錫印在印刷電路板上;監(jiān)察焊錫的體積 （確保厚度均勻）;采用標(biāo)準(zhǔn) SMT 拾放設(shè)備放置封裝;回流焊錫開始前預(yù)先進(jìn)行 X 光檢查 - 焊橋;回流焊錫及清潔 （取決于助焊劑類別）。

印刷電路板內(nèi)的導(dǎo)熱層

由于 LLP 封裝體積小巧，封裝內(nèi)的管芯所耗散的熱能大部分經(jīng)由無掩蔽焊盤傳送至印刷電路板。因此，若要發(fā)揮良好的導(dǎo)熱性能，印刷電路板的配置以及夾在印刷電路板內(nèi)的金屬層起著關(guān)鍵作用。以一塊四層式的印刷電路板來說（其中兩層用作傳送至信號，而另外兩層連接電源及接地），連接導(dǎo)熱通孔的內(nèi)層銅箔的面積大小對封裝的導(dǎo)熱能力有很大的影響。內(nèi)層銅箔面積越大，其熱阻便越低。但熱阻的下跌幅度會隨著內(nèi)層銅箔面積的增加而遞減。這個(gè)情況與導(dǎo)熱通孔數(shù)目越多、導(dǎo)熱能力的改善幅度反而遞減相似。回流焊錫完成后進(jìn)行 X 光檢查 焊橋及空洞。

印刷電路板的電鍍層規(guī)定

印刷電路板電鍍層的厚度必須均勻，這是確保高成品率的關(guān)鍵因素。

若采用鎳金溶液的非電鍍方法，金箔厚度應(yīng)介于 0.05 m 與 0.127 m 之間，以防焊接點(diǎn)容易破裂。

也可采用已涂上有機(jī)錫焊保護(hù) （OSP） 涂層的印刷電路板，這是鎳金 （Ni-Au） 之外的另一可行方法。

焊錫模板

若采用模板印刷將焊劑印在電路板上，便需用力將焊劑壓過預(yù)設(shè)的漏孔。模板的通孔大小比例、所采用的制作過程以及有關(guān)因素對焊劑的黏附有重大的影響。放置 LLP 封裝前應(yīng)先檢查模板，以提高電路板裝配的成品率。

若采用模板進(jìn)行錫焊，應(yīng)采用電鍍鎳、電拋光、化學(xué)蝕刻、或激光切割等方法制造的模板，而且應(yīng)采用逐漸縮小的通孔墻 （由 傾斜5度開始縮?。?，以便更快釋出焊劑。模板應(yīng)該厚 127 m。為免出現(xiàn)焊橋，模板窗孔必須作出如下修改：端點(diǎn)漏孔應(yīng)稍遠(yuǎn)離焊盤 0.1mm;對于焊盤窗孔直徑高達(dá) 5mm 的無掩蔽焊盤來說，窗孔大小應(yīng)縮小至相關(guān)印刷電路板的無掩蔽 DAP 大小的 95%;若無掩蔽焊盤通孔有任何一邊超過 5mm，專為這一邊而設(shè)的模板窗孔應(yīng)一分為二。至于設(shè)有無掩蔽電源及接地環(huán)的封裝，專為任何大小無掩焊盤通孔而設(shè)的模板窗孔應(yīng)分為一列窗孔，而每一窗孔至少相隔一段距離電源及接地焊盤的窗孔與焊盤的比例為 1:1，但須分為幾個(gè)窗孔采用 SOT23 5/6 引線外型兼容 LLP 封裝的模板窗孔，至于采用 SOT23 5/6 線外型兼容的 LLP 封裝 （有關(guān)的印刷電路板專為 SOT23 封裝而設(shè)計(jì)），可參有關(guān)焊接模板窗孔的規(guī)定，全新的電路板設(shè)計(jì)應(yīng)采用圖2所示的印刷電路板焊盤及模板窗孔。

封裝的擺放

我們可以采用標(biāo)準(zhǔn)的拾放機(jī)放置 LLP 封裝，準(zhǔn)確度可達(dá) 0.05mm。元件拾放系統(tǒng)裝備了一套可以辨認(rèn)及擺放有關(guān)元件的視覺感測系統(tǒng)以及一套可執(zhí)行機(jī)械式拾放功能的機(jī)械系統(tǒng)。目前有兩類常用的視覺感測系統(tǒng)：其一是可找出封裝位置的系統(tǒng)；而另一類系統(tǒng)則可從互連電路上找出各焊接塊的位置。第二類的擺放位置較為準(zhǔn)確，但成本則較為昂貴，而且需要耗費(fèi)更多時(shí)間。由于回流焊錫進(jìn)行時(shí)，LLP 封裝焊接點(diǎn)可以自動對準(zhǔn)中心點(diǎn)，因此有關(guān)元件可以對準(zhǔn)排列，成直線之勢。換言之，兩種方法都可接受。

建議將 LLP 封裝放進(jìn)焊劑內(nèi)，最好深入焊劑 1 至 2 mil。

焊劑

第 3 類及第 4 類焊劑都可接受。進(jìn)行焊接時(shí)，建議用壓縮氮?dú)庖郧宄龤埩舻暮竸Ｓ捎贚LP封裝封閉已經(jīng)符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（J-STD-020），以致在回流周期中能達(dá)到最多三交高達(dá)235度的水平。

回流焊錫及清潔

只要采用標(biāo)準(zhǔn)紅外線/紅外線對流 SMT 回流焊錫工藝技術(shù)，便可進(jìn)行 LLP 封裝的裝配，無需特別考慮其他因素。正如采用其他封裝一樣，電路板確實(shí)位置的熱反應(yīng)必須加以確定。若采用并不清潔 （no-clean） 的助焊劑進(jìn)行焊接，必須先徹底消除所有氮?dú)?。只要?235度 的最高溫度下進(jìn)行最少來回三次回流焊錫，便可確保 LLP 封裝符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) （J-STD-020）。LLP 封裝的確實(shí)溫度與以下幾個(gè)選項(xiàng)有函數(shù)關(guān)系：

元件密度

元件在電路板上的位置

四周元件的大小

因此我們最好在電路板上多個(gè)不同位置測量溫度。

焊接點(diǎn)的檢查

表面安裝工序完成后，必須抽樣進(jìn)行 X 光檢查，以確保焊接是否理想。X 光可顯示焊橋、短路、開路及空洞等缺陷。注意：空洞一般來說不會對焊錫的可靠性有任何影響。

除了用X光進(jìn)行檢查外，應(yīng)另外從側(cè)面觀看及檢查封裝焊接位，以觀察焊接塊是否似沙漏形狀。由于沙漏形焊接塊不很牢固，因此并不可靠。從側(cè)面觀看及檢查時(shí)，可以利用玻璃鏡作 90O角投射觀看。

重?fù)Q/修復(fù)工序

修復(fù)工序的技術(shù)水平可由以下步驟加以監(jiān)控：

將熱能經(jīng)由元件傳送至焊接塊，以免鄰近的元件受熱過度。

加熱工序應(yīng)在密封、并以惰性氣體在氣流的環(huán)境內(nèi)進(jìn)行，而且加熱范圍一帶的溫度梯度不可超過 5 度。

應(yīng)采用底部加熱的對流式加熱器，以確保溫度均勻。

可更換的噴嘴有多種不同大小，適用于不同應(yīng)用方案，以便引導(dǎo)氣流的流向。

注意：標(biāo)準(zhǔn) SMT 加工系統(tǒng)可以執(zhí)行上述功能。

LLP 封裝的拆除

只要利用真空吸嘴將焊接點(diǎn)加熱，直至溫度超過蝕刻焊錫 （63 錫-37 鉛） 的液化溫度，便可從印刷電路板上拆除 LLP 封裝。建議在進(jìn)行任何加工工序之前先將印刷電路板置于 125度 的溫度下焙烘 4 小時(shí)。經(jīng)過焙烘后，殘留在系統(tǒng)內(nèi)的任何水份將會全部驅(qū)走，以免在拆除過程中水份會導(dǎo)致裂紋出現(xiàn)或印刷電路板出現(xiàn)分層 （lamination） 現(xiàn)象。

建議在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)加工工序時(shí)，相鄰的元件要有 1.27 mm （即 50 mil） 的相距空間。若相鄰元件相距少于 1.27 mm，便需要采用特別訂制的工具才可拆除封裝及進(jìn)行加工工序。

建議 LLP 封裝的回流焊錫工序應(yīng)與印刷電路板的安裝工序在時(shí)間上盡量接近。將 LLP 封裝加熱之前，應(yīng)預(yù)先將整塊印刷電路板的底部加熱至 100度，以確保工序在受控的情況下進(jìn)行。當(dāng)溫度升至液化溫度時(shí)，真空噴咀會自動啟動，將元件吸走。拆除封裝之后，可以利用噴咀將焊盤加熱，引導(dǎo)任何殘留的焊錫回流。而這些殘留焊錫可以利用 Teflon 尖咀真空吸管清除。

清潔焊接位置后的準(zhǔn)備工作

LLP 封裝一旦拆除后，必須先清潔焊盤一帶，以便準(zhǔn)備焊接封裝。若采用與 LLP 封裝外型大小相若的低溫、刀口式傳導(dǎo)工具，再輔以清除焊錫機(jī)，應(yīng)可取得最佳效果。整個(gè)加工工序都需要免助焊劑，而且由始至終都需要小心處理，以免印刷電路板的連接面燒焦、脫落或受損。

焊劑沉積

由于 LLP 封裝是一種將整片面積焊接的封裝，因此所用的焊錫必須能確保焊接點(diǎn)在加工工序完成之后牢固可靠。我們建議采用厚 127 m （5 mil） 的迷你型模板，在更換 LLP 封裝之前將焊錫附在焊接面上。

元件擺放

部分 CSP修復(fù)工作臺都會裝設(shè)一套拾放系統(tǒng)，以便準(zhǔn)確放置封裝及對準(zhǔn)位置。我們并不建議采用依靠肉眼判斷位置是否對準(zhǔn)的人手拾放操作，因?yàn)檫@樣很難或甚至不可能確保擺放位置保持一貫的準(zhǔn)確性。

元件回流焊錫

我們建議 LLP 封裝的回流焊錫工序的溫度流程應(yīng)與印刷電路板安裝工序的間諜流程盡量接近。將 LLP 封裝加熱之前，應(yīng)預(yù)先將整塊印刷電路板的底部加熱至 100度，以確保工序在受控的情況下進(jìn)行。當(dāng)溫度升至液化溫度時(shí)，焊錫將會自動回流，而 LLP 封裝則會自動對準(zhǔn)。

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