本應(yīng)用筆記提供了使用引線框架芯片級(jí)封裝（LFCSP）的設(shè)計(jì)和制造指導(dǎo)。LFCSP符合JEDEC MO220和MO229大綱。

描述

LFCSP是一種近芯片級(jí)封裝（CSP），是一種塑料封裝引線鍵合封裝，采用無(wú)引線封裝形式的銅引線框架基板。

周邊輸入/輸出焊盤(pán)位于封裝的外邊緣。與印刷電路板 （PCB） 的電接觸是通過(guò)將封裝底面上的周邊焊盤(pán)和裸露焊盤(pán)焊接到 PCB 上進(jìn)行的。通過(guò)將裸露的散熱焊盤(pán)（見(jiàn)圖1）焊接到PCB上，有效地從封裝傳導(dǎo)熱量。通過(guò)向下鍵合和導(dǎo)電芯片粘接材料提供穩(wěn)定的電氣接地連接。引線鍵合使用金線提供（見(jiàn)圖 2）。周邊和導(dǎo)熱焊盤(pán)表面鍍成 Sn/Pb 焊料或 100% Sn.包裝采用卷帶或托盤(pán)包裝。

圖1.LFCSP的等距切割視圖

圖2.LFCSP的橫截面

LFCSP非常適合手持式移動(dòng)應(yīng)用或任何重量和尺寸有問(wèn)題的應(yīng)用。它允許比相應(yīng)的引線封裝樣式更高密度的PCB應(yīng)用。

LFCSP的詳細(xì)封裝外形如圖3所示。

圖3.LFCSP外形圖（JEDEC MO-220）

ADI封裝在最終裝配過(guò)程中從模制帶材上沖壓或鋸切而成。引線框架的半蝕刻為周邊焊盤(pán)和芯片散熱焊盤(pán)提供了模塑化合物鎖定功能（見(jiàn)圖 4）。該封裝目前的特點(diǎn)是濕敏 （MSL） 3 級(jí)（有關(guān) MSL 級(jí)別，請(qǐng)參見(jiàn) JEDEC J-STD-20）。

圖4.引線框架鎖定功能

優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)塑料封裝的優(yōu)勢(shì)

與標(biāo)準(zhǔn)塑料封裝相比，LFCSP技術(shù)具有許多顯著優(yōu)勢(shì)：

由于芯片尺寸更接近封裝尺寸，因此減少了電路板安裝空間。

由于消除了引線，從而減少了從芯片到PCB的電氣路徑長(zhǎng)度，因此獲得了卓越的電氣特性。

較低的熱阻，因?yàn)槁懵兜暮副P(pán)焊接在PCB上。

引線框架工藝采用現(xiàn)有的成熟引線框架封裝技術(shù)。

可使用標(biāo)準(zhǔn)SMT組裝設(shè)備;無(wú)需底部填充。

通過(guò)焊接連接過(guò)程中低質(zhì)量封裝的自對(duì)準(zhǔn)特性可以實(shí)現(xiàn)高組裝良率。

電路板設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

為了獲得最佳性能，在設(shè)計(jì)主板和安裝封裝時(shí)應(yīng)特別考慮。為了增強(qiáng)散熱、電氣和板級(jí)性能，封裝底部的裸焊盤(pán)焊接到PCB上相應(yīng)的散熱焊盤(pán)上。PCB焊盤(pán)區(qū)域設(shè)計(jì)了熱通孔，以進(jìn)一步改善散熱。

許多因素可能會(huì)對(duì)電路板上的LFCSP封裝安裝和焊點(diǎn)質(zhì)量產(chǎn)生重大影響，包括電路板材料、電路板厚度、PCB周邊焊盤(pán)設(shè)計(jì)、散熱焊盤(pán)和通孔設(shè)計(jì)、模板設(shè)計(jì)、焊膏和焊料輪廓。

電路板材料

標(biāo)準(zhǔn)環(huán)氧玻璃基板（FR-4）與LFCSP組件兼容。使用熱膨脹系數(shù)（CTE）較低的基板可以提高可靠性。PCB 的 CTE 還可能受到金屬層數(shù)、層壓材料、跡線密度、操作環(huán)境、現(xiàn)場(chǎng)人口密度和 PCB 背面安裝等因素的影響。

焊盤(pán)圖案設(shè)計(jì)指南

LFCSP的PCB焊盤(pán)模式是根據(jù)電路板組裝商制定的指南或遵循IPC-SM-782等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的。但是，由于散熱焊盤(pán)暴露在外，封裝底部的封裝周邊焊盤(pán)，因此應(yīng)在IPC方法中添加約束。ADI應(yīng)用筆記中概述的焊盤(pán)模式僅供參考，并考慮了周邊焊盤(pán)和封裝容差。

印刷電路板焊盤(pán)模式

LFCSP的PCB焊盤(pán)模式如圖5所示。公差分析需要考慮：

部件公差

印刷電路板公差

用于放置組件的設(shè)備的準(zhǔn)確性

對(duì)于組件公差，通常在封裝輪廓圖中給出的輪廓公差將轉(zhuǎn)換為基于最大材料條件 （MMC） 和最小材料條件 （LMC） 的公差。電路板公差定義了每個(gè)圖案尺寸的MMC和LMC之間的差異。這里假設(shè)PCB公差為0.05毫米;設(shè)備放置公差也假定為 0.05 mm。

圖5.焊盤(pán)模式或 PCB 封裝

圖6.

JT最小	最小腳趾魚(yú)片	0.1 毫米
JH最小	最小鞋跟圓角	0.05 毫米
JS最小	最小側(cè)圓角	0.0 毫米

表I中定義的焊點(diǎn)圓角的最小值用于計(jì)算焊盤(pán)尺寸。選擇這些值時(shí)，認(rèn)識(shí)到引線的兩側(cè)和一端都嵌入模塑料中，并且不能在這些側(cè)面形成焊角。第四面的全引線厚度為銅 （Cu），暴露在封裝的側(cè)面。根據(jù)設(shè)計(jì)，這種引線厚度是裸露的銅，因?yàn)橐€在電鍍后被切斷。引線上的切割作用是從封裝的底部到頂部，這導(dǎo)致裸露銅的底部被焊料覆蓋。人們普遍認(rèn)為，腳趾圓角的形成取決于所用焊膏的類型和封裝暴露在環(huán)境條件下的時(shí)間長(zhǎng)短，但這不能保證。IPC/EIA J-STD-001 不需要在引線邊緣使用帶有裸露銅的腳趾圓角，用于僅底部端接。

考慮腳趾、腳跟和側(cè)圓角的最小值，以形成可靠的焊點(diǎn)。腳趾圓角將提高焊點(diǎn)的可靠性，應(yīng)為其形成做出規(guī)定。

焊盤(pán)模式設(shè)計(jì)計(jì)算

查找焊盤(pán)圖案布局的指導(dǎo)尺寸。

焊盤(pán)圖案尺寸最初使用以下方法確定：

注：D最低是包外部輪廓的最小值。

投	0.5 毫米	0.65 毫米	0.8 毫米
X.MAX毫米	0.28 毫米	0.37 毫米	0.42 毫米

如表二所示，X.MAX設(shè)置為小于 b.MAX，最大封裝引線寬度為 0.5 mm 間距，以避免焊料橋接。

TT	TS
0.31 毫米	0.00 毫米

如表三所示，TT和 TS是腳趾和側(cè)面公差的均方根值，它考慮了元件、電路板和放置公差。這些值的計(jì)算在IPC-SM-782中有更詳細(xì)的定義。

GD的計(jì)算最低不考慮封裝相鄰兩側(cè)的引線。為避免每個(gè)角上的兩個(gè)垂直引線之間出現(xiàn)任何焊料橋接，最小間隙 C將，是必需的。假設(shè)該間隙為 0.1 mm ≥，GD最低使用以下約束確定：

哪里：

焊盤(pán)長(zhǎng)度確定如下：

為了確保堅(jiān)固的設(shè)計(jì)并最大限度地減少電路板組裝過(guò)程中焊料橋接的可能性，需要最小金屬對(duì)金屬間隙為 0.2 mm。因此，對(duì)焊盤(pán)圖案的最終調(diào)整是通過(guò)將封裝輪廓與最大金屬尺寸疊加并調(diào)整焊盤(pán)圖案以保持 0.2 mm 的最小金屬間間隙來(lái)進(jìn)行的。

散熱焊盤(pán)設(shè)計(jì)

LFCSP設(shè)計(jì)有外露散熱焊盤(pán)，可將熱量從封裝傳導(dǎo)到PCB中。通過(guò)將熱通孔集成到PCB散熱焊盤(pán)中，可以更有效地將熱量散發(fā)到PCB的內(nèi)部金屬層中。

根據(jù)封裝焊盤(pán)尺寸，修改PCB散熱焊盤(pán)尺寸，以避免焊盤(pán)和周邊焊盤(pán)之間的焊橋。這是通過(guò)將散熱焊盤(pán)的外邊緣和周邊焊盤(pán)的內(nèi)邊緣之間的最小間隙定義為 C 來(lái)完成的.PL.此最小間隙固定為 0.25 mm，以給出熱焊盤(pán)的最大尺寸，按以下關(guān)系計(jì)算：

設(shè)計(jì)中內(nèi)置的熱通孔數(shù)量將取決于特定應(yīng)用的功耗和電氣要求。存在一個(gè)收益遞減點(diǎn)，額外的熱通孔可能不會(huì)顯著提高封裝的性能。如圖7所示，其中過(guò)孔數(shù)量對(duì)θ賈繪制了 7 mm × 7 mm 48 引腳封裝。此模擬使用0.3 mm的通孔直徑。隨著過(guò)孔間距的減小，對(duì)于相同的散熱焊盤(pán)尺寸，可以集成更多的過(guò)孔;但是，增量性能改進(jìn)會(huì)降低。

圖7.熱通孔數(shù)量對(duì)封裝熱性能的影響

建議使用 0.3 mm 至 0.33 mm 的通孔直徑將間距設(shè)置為 1.0 mm 至 1.2 mm 之間。圖7顯示了7 mm×48 mm 8引腳LFCSP的這些陣列的代表。

圖8.印刷電路板散熱焊盤(pán)和過(guò)孔

在圖9中，熱性能θ賈對(duì)于 50 mm ×6 mm LFCSP，覆蓋高達(dá) 6% 的槳葉面積的小多個(gè)空隙僅受到輕微影響。注意：小空隙不會(huì)影響焊點(diǎn)的可靠性;應(yīng)避免熱焊盤(pán)區(qū)域出現(xiàn)大空隙，因?yàn)檫@些空隙會(huì)影響電氣和機(jī)械性能。

圖9.空隙對(duì)熱性能的影響

阻焊層設(shè)計(jì)

PCB上用于表面貼裝封裝的焊盤(pán)模式有兩種類型：阻焊層定義焊盤(pán)（SMD）和非阻焊層定義焊盤(pán)（NSMD）。

由于銅蝕刻工藝比阻焊工藝具有更嚴(yán)格的控制，因此NSMD優(yōu)于SMD。NSMD焊盤(pán)上的阻焊層開(kāi)口大于銅焊盤(pán)，使焊料能夠粘附在銅焊盤(pán)的側(cè)面，從而提高焊點(diǎn)的可靠性。這兩種焊盤(pán)模式之間的差異如圖10所示。

圖 10.NSMD 和 SMD 焊盤(pán)/焊盤(pán)的橫截面

推薦的阻焊層開(kāi)口應(yīng)比銅焊盤(pán)尺寸大 120 微米至 150 微米，以允許阻焊層配準(zhǔn)公差，通常在 50 微米至 65 微米之間。阻焊網(wǎng)的寬度必須至少為 75 微米，以粘附在 PCB 表面.此約束允許單獨(dú)屏蔽每個(gè)焊盤(pán)，以實(shí)現(xiàn) 0.5 mm 或更高的引線間距。但是，對(duì)于PCB焊盤(pán)寬度為0.4 mm的0.25 mm間距部件，焊盤(pán)之間的阻焊網(wǎng)沒(méi)有足夠的空間。建議使用溝槽型阻焊開(kāi)口，在封裝兩側(cè)的所有焊盤(pán)周圍設(shè)計(jì)一個(gè)大開(kāi)口，焊盤(pán)之間沒(méi)有阻焊層，如圖11所示。最好將阻焊層的內(nèi)邊緣倒圓， 特別是對(duì)于拐角引線， 以便在拐角區(qū)域留出足夠的阻焊網(wǎng).

圖 11.阻焊層，用于 （a） 0.5 mm 及更高間距部件的周邊焊盤(pán)，以及 （b） 用于 0.4 mm 間距部件的焊層

當(dāng)熱焊盤(pán)尺寸接近理論最大值時(shí)，建議將導(dǎo)熱焊盤(pán)區(qū)域定義為阻焊層，以避免熱焊盤(pán)和周邊焊盤(pán)之間出現(xiàn)任何焊料橋接。面罩開(kāi)口應(yīng)比所有四個(gè)側(cè)面的熱焊盤(pán)尺寸小 100 微米。

程序集注意事項(xiàng)

由于周邊焊盤(pán)表面積小，因此應(yīng)注意為L(zhǎng)FCSP形成可靠的焊點(diǎn)。由于封裝下方的大散熱焊盤(pán)及其靠近周邊焊盤(pán)的內(nèi)邊緣，這進(jìn)一步復(fù)雜化了。雖然前面建議的周邊焊盤(pán)圖案設(shè)計(jì)可能有助于消除一些表面安裝問(wèn)題，但周邊和導(dǎo)熱焊盤(pán)的模板設(shè)計(jì)和糊狀印刷都應(yīng)小心。由于表面貼裝裝配工藝因公司而異，因此建議仔細(xì)進(jìn)行工藝開(kāi)發(fā)和表征。

周邊墊的模板設(shè)計(jì)

用于周邊焊盤(pán)的最佳和可靠的焊點(diǎn)應(yīng)具有約50至75μm的支座高度和外部良好的側(cè)角。實(shí)現(xiàn)良好支座的第一步是周邊焊盤(pán)的焊膏模板設(shè)計(jì).模板孔徑開(kāi)口應(yīng)設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)最大的漿料釋放。這是通過(guò)考慮以下兩個(gè)比率來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

面積比 = 孔徑開(kāi)口面積/孔徑壁面積 長(zhǎng)寬比 = 孔徑寬度/模板厚度 對(duì)于矩形孔徑開(kāi)口，根據(jù) LFSCP 封裝的要求，這些比率為 面積比 = LW/2T （L + W） 縱橫比 = W/T

哪里：

L和W是孔徑長(zhǎng)度和寬度，T是模板厚度。為了獲得最佳的漿料釋放，面積和縱橫比應(yīng)分別大于0.66和1.5。建議模板孔徑應(yīng)與PCB焊盤(pán)尺寸為1：1，因?yàn)樵摽讖娇梢暂p松實(shí)現(xiàn)面積和縱橫比目標(biāo)。模板應(yīng)進(jìn)行激光切割和電解拋光。電解拋光有助于平滑模板壁，并導(dǎo)致更好的漿料釋放。還建議嚴(yán)格控制模板孔徑公差，特別是對(duì)于0.4毫米和0.5毫米間距的設(shè)備，因?yàn)檫@些公差可以有效減小孔徑尺寸。

熱焊盤(pán)的模板設(shè)計(jì)

為了有效地去除封裝中的熱量并提高電氣性能，需要將散熱焊盤(pán)焊接（粘合）到PCB散熱焊盤(pán)上，最好具有最小的空隙。然而，由于存在熱通孔，而且對(duì)于較大尺寸封裝，散熱焊盤(pán)尺寸較大，因此可能無(wú)法消除空隙。此外，如果焊膏覆蓋率太大，回流過(guò)程中的放氣可能會(huì)導(dǎo)致缺陷（飛濺、焊球）。建議在模板中使用較小的多個(gè)開(kāi)口，而不是在熱焊盤(pán)區(qū)域打印焊膏的一個(gè)大開(kāi)口。這通常會(huì)導(dǎo)致 50% 到 80% 的焊膏覆蓋率。圖 12 顯示了如何實(shí)現(xiàn)這些覆蓋級(jí)別。

圖 12.用于 7 mm × 7 mm LFCSP 封裝的熱焊盤(pán)模板設(shè)計(jì)

裸露焊盤(pán)下方焊點(diǎn)內(nèi)的空隙會(huì)對(duì)高速和射頻應(yīng)用以及熱性能產(chǎn)生不利影響。由于LFCSP封裝包含一個(gè)大的中心焊盤(pán)，因此很難控制該區(qū)域內(nèi)的焊料空洞。該接地層內(nèi)的空隙會(huì)增加電路的電流路徑。空隙的最大尺寸應(yīng)小于平面內(nèi)的通孔間距。這確保了任何一個(gè)過(guò)孔都不會(huì)因任何空隙而使當(dāng)前路徑超出到下一個(gè)可用過(guò)孔的距離而變得無(wú)效。

應(yīng)避免熱槳區(qū)域出現(xiàn)大空隙。為了控制散熱焊盤(pán)區(qū)域中的空隙，可能需要對(duì)熱通孔進(jìn)行阻焊，以防止回流過(guò)程中通孔內(nèi)部的焊料芯吸，從而將焊料從封裝散熱焊盤(pán)和PCB上的散熱焊盤(pán)之間的界面移開(kāi)。為此采用了幾種方法，例如使用干膜阻焊層通過(guò)帳篷（頂部或底部），通過(guò)從底部用液體光想象（LPI）阻焊層堵塞，或通過(guò)侵占。這些選項(xiàng)如圖 13 所示。在通孔帳篷的情況下， 阻焊層直徑應(yīng)比通孔直徑大 100 微米.

圖 13.用于熱通孔的阻焊層選項(xiàng) （a） 通過(guò)從頂部的帳篷;（b） 從底部搭建帳篷;（c） 通過(guò)堵塞底部;和 （d） 通過(guò)侵占底部

對(duì)于 0.125 mm 和 0.4 mm 間距零件，建議模板厚度為 0.5 mm。對(duì)于粗間距零件，模板厚度可以增加到 0.15 mm 至 0.2 mm。建議使用激光切割的不銹鋼模板，并帶有電拋光梯形壁，以改善焊膏釋放。由于回流焊后零件下方?jīng)]有足夠的空間，建議使用“無(wú)清潔”3型焊膏來(lái)安裝LFCSP。回流焊期間也建議使用惰性氣氛。

裝配工藝流程

圖14顯示了將表面貼裝封裝安裝到PCB的典型工藝流程。

圖 14.典型的PCB安裝工藝流程

包括印后和回流焊后檢測(cè)非常重要。打印的漿料體積應(yīng)通過(guò)2D或3D技術(shù)測(cè)量。漿料體積應(yīng)約為模板孔徑體積的 80% 至 90%，以表明焊膏釋放良好?；亓骱负?，應(yīng)檢查安裝的封裝是否存在空隙、焊球或缺陷。可能還需要橫截面來(lái)確定圓角形狀和尺寸以及接頭支座高度。

焊點(diǎn)支座高度和圓角形成

焊點(diǎn)支架與散熱焊盤(pán)上的焊膏覆蓋量以及用于底部裸露導(dǎo)熱焊盤(pán)的LFCSP的通孔類型直接關(guān)系。電路板安裝研究表明，通過(guò)增加焊膏覆蓋率和在散熱焊盤(pán)區(qū)域使用堵塞過(guò)孔，封裝間距增加，如表IV所示。

	48 個(gè) I/O		68 個(gè) I/O
焊膏覆蓋率	37克	67克	50克	81克
插拔過(guò)孔	35	64	67	76
侵占的通過(guò)	16	35	32	48

支座高度因潤(rùn)濕或通過(guò)通孔 （PTH） 流入板的焊料量而異。侵占通孔為焊料流入 PTH 提供了一條簡(jiǎn)單的路徑，并降低了封裝支座高度，而插拔通孔由于堵塞的通孔封閉的套管端阻礙了焊料流入過(guò)孔。此外，過(guò)孔的數(shù)量及其成品孔尺寸也會(huì)影響侵占通孔設(shè)計(jì)的支座高度。焊膏類型和反應(yīng)性會(huì)影響支架高度，PCB 厚度、表面光潔度和回流曲線也會(huì)影響。

為了實(shí)現(xiàn) 50 微米厚的焊點(diǎn)，這有助于提高板級(jí)可靠性，建議焊膏覆蓋率至少為 50% 對(duì)于堵塞通孔，對(duì)于侵占通孔類型至少為 75%。

外圍焊點(diǎn)圓角的形成受多種因素驅(qū)動(dòng)。應(yīng)該意識(shí)到，只有引線的底面鍍有焊料，而不是末端。如果封裝存放在不受控制的環(huán)境中，引線側(cè)面的裸銅可能會(huì)氧化。根據(jù)所使用的焊膏（助焊劑）和氧化程度，可能會(huì)形成焊角。

圓角形成也是PCB焊盤(pán)尺寸、印刷焊料量和封裝間距高度的函數(shù)。由于可用的焊料有限，因此由導(dǎo)熱焊盤(pán)上的焊膏覆蓋率控制的更高間距可能無(wú)法留下足夠的焊料來(lái)形成圓角。相反，如果支座太低，可能會(huì)形成大的凸形圓角。由于中心焊盤(pán)覆蓋率和通孔類型對(duì)支座高度的影響最大，因此創(chuàng)建最佳圓角所需的焊料量各不相同。封裝支座高度和PCB焊盤(pán)尺寸將確定所需的體積。

錫膏回流

回流曲線和峰值溫度對(duì)空隙形成有很強(qiáng)的影響。

根據(jù)濕度敏感度等級(jí)，回流焊溫度不應(yīng)超過(guò)包裝合格的最高溫度。高于液相線溫度的時(shí)間應(yīng)在60 s左右，預(yù)熱時(shí)的斜坡速率不應(yīng)超過(guò)3°C/秒。 典型的無(wú)鉛曲線如圖15所示，基于JEDEC J-STD-20C。

圖 15.無(wú)鉛回流焊曲線

X射線檢測(cè)

通過(guò)使用z平面中的X射線設(shè)備的透射來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)安裝在PCB上的LFCSP組件的檢測(cè)，該設(shè)備可以檢測(cè)橋接，短路，開(kāi)路和焊接空隙。

目視檢查

由于焊點(diǎn)完全位于LFCSP封裝下方，因此無(wú)法從架空（z平面）目視檢查焊點(diǎn)。操作員使用目視檢查設(shè)備檢查組件與PCB焊盤(pán)的未對(duì)準(zhǔn)、焊料橋接或其他與工藝相關(guān)的故障。

重做

如果在組件連接后出現(xiàn)缺陷，電路板組件將需要返工以移除和更換設(shè)備。由于大多數(shù)焊接點(diǎn)無(wú)法接近，因此糾正缺陷通常需要完全移除和更換組件。

LFCSP的常見(jiàn)應(yīng)用包括安裝在小型，薄，密集的PCB上。這些因素，加上組件本身的小尺寸，可能會(huì)導(dǎo)致返工缺陷的挑戰(zhàn)。由于產(chǎn)品相關(guān)的復(fù)雜性，以下內(nèi)容只是為這些軟件包開(kāi)發(fā)成功返工流程的指南和起點(diǎn)。

返工過(guò)程包括以下步驟：

董事會(huì)準(zhǔn)備

組件移除

多氯聯(lián)苯土地清理

錫膏的應(yīng)用

組件對(duì)齊和放置

組件附件

返工檢查

董事會(huì)準(zhǔn)備

在進(jìn)行任何返工之前， 強(qiáng)烈建議 PCB 組件在 125 下烘烤至少四個(gè)小時(shí)οC 以去除組件上的任何殘留水分。組件不應(yīng)超過(guò)包裝標(biāo)簽上指定的條件。

組件拆卸

為了便于從PCB上移除元件， 將元件連接到電路板的焊點(diǎn)應(yīng)回流.理想情況下，用于移除組件的回流曲線應(yīng)與用于組件連接的回流曲線相同。但是，只要回流完成，就可以減少液相線上方的時(shí)間。移除的組件不得重復(fù)使用。

圖16顯示了典型的元件拆卸設(shè)置。在回流焊過(guò)程中，建議使用對(duì)流加熱器從底部局部加熱PCB。焊料的回流是通過(guò)將熱氣體引導(dǎo)到元件的頂部來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在焊點(diǎn)回流焊期間，在導(dǎo)氣罩范圍內(nèi)運(yùn)行的真空杯連接到組件的頂部。接頭回流后，在從回流到冷卻的過(guò)渡過(guò)程中，真空提離應(yīng)自動(dòng)接合。鑒于組件尺寸小，真空壓力應(yīng)保持在 0.5 kg/cm 以下2.這將防止在所有接頭回流之前將組件抬起，并避免墊抬起。

圖 16.焊料在凝固前回流，LFCSP被取出

多氯聯(lián)苯土地清理

卸下組件后，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)做好充分準(zhǔn)備以接收更換設(shè)備。

清潔現(xiàn)場(chǎng)分兩步完成：

脫焊—脫焊是通過(guò)將脫焊編織層與刀片式烙鐵結(jié)合使用來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖 17 所示。刀片的寬度應(yīng)與元件封裝的最大寬度相匹配， 刀片溫度應(yīng)足夠低，以避免對(duì)電路板造成任何損壞.

清潔—應(yīng)使用不起毛的布和溶劑將場(chǎng)地擦拭干凈。溶劑通常特定于原始組件中使用的漿料類型。

圖 17.拆焊PCB焊盤(pán)

錫膏的應(yīng)用

LFCSP元件的焊盤(pán)幾何形狀在回流焊時(shí)產(chǎn)生均勻的焊線厚度提出了挑戰(zhàn)。應(yīng)考慮印刷模板的許多關(guān)鍵特征。鋼網(wǎng)對(duì)準(zhǔn)精度和一致的焊料量轉(zhuǎn)移對(duì)于均勻的回流焊處理至關(guān)重要。模板厚度以及蝕刻圖案幾何形狀決定了沉積焊膏的精確體積。模板通常由黃銅或不銹鋼制成， 不銹鋼更耐用.作為指導(dǎo)，建議對(duì)LFCSP組件使用125微米的模板厚度。

模板孔應(yīng)為梯形，如圖18所示，以確保焊膏均勻釋放并減少拖尾，因此尺寸A大于尺寸B?，F(xiàn)代 PCB 的緊密幾何形狀和密集數(shù)量使得在已經(jīng)填充的電路板上準(zhǔn)確、均勻地絲網(wǎng)印刷焊膏變得非常困難.因此，建議將焊膏直接涂在元件的底座上。

圖 18.模板孔徑幾何形狀

如圖 19 和圖 20 所示，組件為：

放入特定于特定包裝的模板和夾具中。

夾緊到位。

焊料使用金屬刮刀施加，125微米厚的模板，孔徑尺寸和形狀與封裝焊盤(pán)相同。

注意：LFCSP的支座高度小，沒(méi)有留下太多的清潔空間。因此，應(yīng)使用3型（25至45粒徑范圍）免清洗焊膏。

圖 19.LFCSP被夾在模板/夾具中

圖 20.焊膏通過(guò)模板涂在LFCSP的下表面

組件對(duì)齊和放置

封裝組件放置的精度取決于設(shè)備或工藝。LFCSP封裝由于其質(zhì)量小而往往具有自定心能力。由于液體焊料內(nèi)的表面張力，輕微未對(duì)準(zhǔn)的部件（距離焊盤(pán)中心不到 50%）在回流過(guò)程中應(yīng)自對(duì)準(zhǔn)。然而，嚴(yán)重未對(duì)準(zhǔn)的封裝（偏離焊盤(pán)中心大于50%），當(dāng)它們受到回流時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致焊橋?qū)е码姎舛搪贰?/p>

將焊膏直接絲網(wǎng)印刷到組件上后，將模板解開(kāi)，將封裝和模板放置在返修機(jī)的拾取和放置臺(tái)上，定向以便真空杯能夠清晰地進(jìn)入設(shè)備的頂部，如圖 21 所示。然后，真空杯將組件從模板中抬起，而不會(huì)干擾焊膏，如圖 22 所示。

圖 21.模板/夾具放置在返修機(jī)“拾取和放置”階段

圖 22.真空杯從模板中回收LFCSP，而不會(huì)干擾焊膏

鑒于LFCSP上的引線位于封裝的底部，應(yīng)使用分束光學(xué)系統(tǒng)將組件與主板上的焊盤(pán)陣列對(duì)齊（參見(jiàn)圖23）。

圖 23.LFCSP的圖像疊加到焊盤(pán)圖案的圖像上，以便于對(duì)齊

這種類型的成像系統(tǒng)將提供可以疊加的引線圖像，并通過(guò)微調(diào)疊加到PCB上的配接封裝上，從而將組件與焊盤(pán)陣列對(duì)齊。對(duì)齊應(yīng)在 50× 至 100× 放大倍率下進(jìn)行。貼片機(jī)必須能夠允許在 x、y 和旋轉(zhuǎn)軸上進(jìn)行微調(diào)。

組件附件

在原始連接或移除過(guò)程中形成的回流曲線應(yīng)用于連接新組件，因?yàn)樗谢亓髑€參數(shù)都已經(jīng)過(guò)優(yōu)化。

熱性能

材料特性是溫度的函數(shù)，影響產(chǎn)品運(yùn)行的可靠性。熱管理在控制由絕對(duì)溫度驅(qū)動(dòng)的故障機(jī)制方面起著重要作用。

內(nèi)阻是元件級(jí)別的電阻。它是存在于結(jié)或任何其他電路元件之間的電阻，產(chǎn)生熱量和組件的外表面。外部電阻是封裝級(jí)電阻。外部熱阻是從外殼表面到參考點(diǎn)的熱流阻力。

θ 的計(jì)算賈適用于 7 毫米× 7 毫米 LFCSP

采用ANSYS計(jì)算封裝的熱性能。計(jì)算是在7 mm × 7 mm，44 鉛LFCSP上進(jìn)行的，其中包含3.81 mm方形芯片。該模型假設(shè)封裝連接到 1S2P（1 個(gè)信號(hào)層，2 個(gè)平面）JEDEC 熱測(cè)試板上，并使用 JESD51-5 標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建，適用于具有直接熱連接機(jī)制的封裝，金屬化面積為 76 平方毫米。假設(shè)的環(huán)境是封裝和測(cè)試板處于水平方向。θ賈然后在 0.5 W 和 2.5 W 之間的功率水平和 0、1.0 和 2.5 m/s 的空氣速度下計(jì)算。

θ賈結(jié)果如圖 24 所示。在自然對(duì)流中，θ賈上電。在1 m/s的空氣速度以上，這種依賴性可以忽略不計(jì)。分析結(jié)果表明，封裝的大部分熱量通過(guò)熱通孔和熔絲引線流入電路板。具有高導(dǎo)熱性的金屬作為封裝的主要散熱路徑。在 1 W 功率下，在自然對(duì)流條件下，芯片溫度約為 25οC比環(huán)境溫度高。

圖 24.θ 圖賈與空氣速度

建模方法

封裝的熱性能是使用商用有限元方法軟件工具（ANSYS）計(jì)算的。封裝引線框架圖案是通過(guò)導(dǎo)入的 AUTOCAD 圖紙生成的。

封裝和電路板功能的其余部分是使用ANSYS的參數(shù)化腳本生成的。

模型中唯一的幾何近似是電路板中的過(guò)孔表示為實(shí)心圓柱體。使用降額的熱導(dǎo)率來(lái)表示通孔材料以校正此修飾。這些近似值預(yù)計(jì)不會(huì)影響模型的準(zhǔn)確性。由于封裝設(shè)計(jì)的對(duì)稱性，分析了封裝和測(cè)試板的八分之一模型。

電氣特性

電氣設(shè)計(jì)的重要方面是為信號(hào)和配電提供合適的路徑。計(jì)算了LFCSP的集總元件電參數(shù)。使用Maxwell Q3D提取器工具進(jìn)行了仿真，該工具提取了集總元件部分自感和互感，體和互電容，部分自阻和SPICE模型。在高頻下分別提供部分自感和互感的所有引線和鍵合線的結(jié)果。在 100 MHz 時(shí)提供自阻。封裝引線是對(duì)稱布局的，如圖25所示，因此對(duì)四分之一的封裝進(jìn)行了建模，以表示整個(gè)封裝的特性。在分析中，所有導(dǎo)體都被視為完美導(dǎo)體。大多數(shù)引線框架的厚度至少為150微米，并且由于100 MHz處銅的集膚深度僅為幾微米，因此使用完美的導(dǎo)體是合理的。

圖 25.封裝模型頂視圖

封裝安裝在 15 mil 厚的 FR-4 板上。使用標(biāo)準(zhǔn)JEDEC4段鍵合線模型為每個(gè)引線定義典型的鍵合線。將模塑料的介電常數(shù)作為頻率常數(shù)，不存在損失項(xiàng)。

焊點(diǎn)可靠性

可靠性是LFCSP設(shè)計(jì)及其在各種應(yīng)用中使用的一個(gè)重要方面。LFCSP中的I/O焊盤(pán)不如引線封裝兼容，并且會(huì)更快地在二級(jí)可靠性方面失效，但足以滿足本節(jié)概述的使用條件。用于溫度循環(huán)的條件為 15/15/15/15 分鐘斜坡/停留。

可靠性測(cè)試

焊點(diǎn)的主要失效機(jī)制是由熱循環(huán)引起的疲勞。這種機(jī)制是由于反復(fù)暴露于操作中的焊點(diǎn)所經(jīng)歷的溫度變化而發(fā)生的。當(dāng)焊料經(jīng)歷溫度升高（即負(fù)載變化）時(shí)，首先發(fā)生塑性變形（蠕變）。這種蠕變會(huì)導(dǎo)致焊料內(nèi)的應(yīng)力增加，如果負(fù)載增加超過(guò)焊料的屈服強(qiáng)度，則會(huì)導(dǎo)致塑性屈服（斷裂）。如果負(fù)載保持在穩(wěn)定的水平（或溫度），則會(huì)發(fā)生應(yīng)力松弛，焊料內(nèi)的所有應(yīng)力將完全松弛。如果隨后移除負(fù)載并保持在穩(wěn)定水平，則會(huì)在焊料上施加類似的應(yīng)力，直到再次發(fā)生應(yīng)力松弛。負(fù)載的增加和減少對(duì)焊料施加的應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致疲勞損壞，這種損傷是不可修復(fù)的，并且隨著焊料暴露于重復(fù)的負(fù)載循環(huán)而累積。

Sn63/Pb37 和 Sn95.5/Ag4.0Cu0.5 焊點(diǎn)在 7 mm × 7 mm LFCSP 中的可靠性

PCB布局/焊盤(pán)尺寸基于IPC-SM-782的要求。采用SnPb和無(wú)鉛鉛表面處理的器件以菊花鏈布局組裝，以便在溫度循環(huán)期間連續(xù)測(cè)量接頭電阻。最適合的溫度循環(huán)條件是：

緩慢的斜坡速率，即溫度的緩慢變化，以允許焊料蠕變

停留時(shí)間長(zhǎng)，允許應(yīng)力松弛

由于疲勞損壞導(dǎo)致的開(kāi)路焊點(diǎn)而發(fā)生故障。

審核編輯：郭婷