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為何汽車電子總要求QFN側邊焊點完整？三種可潤濕側邊設計與做法比較
汽車電子為了確保安全及可靠性，要求四方平面無引腳(QFN, Quad Flat No-Lead)封裝的側面焊點也必須要吃錫完整，眾所周知，QFN封裝屬於底部終端零件(BTC, Bottom Termination Components)的一種，其真正焊點藏在封裝的底部，但封裝側面依然有裸露的焊點，通常是裸銅，而客戶為了確保其焊接品質，總是要求QFN側邊焊點也必須要吃錫完整，這對電子組裝廠來說，往往就是一個相當棘手的挑戰，裸銅一旦暴露在空氣中就會開始氧化，而且會影響到焊錫潤濕效果。
因此，業界發展出所謂的「可潤濕側邊（Wettable Flanks）」或「端面鍍層引腳（Plated End Leads）」的設計，目的就是要讓焊錫可以在QFN這類元件的側邊形成看得見的焊點弧角(solder fillet)，這樣就能用一般的 AOI（自動光學檢查）設備來檢查焊接品質。
要讓一般 2D AOI 能夠正確判斷出焊接是否良好，這個側邊焊錫弧角(fillet)的爬錫高度(wetting height)至少要高於 100µm (0.1mm)，而且製程穩定度最好達到 Cpk ≈ 1.67，否則再好的 AOI 也很難分辨焊接的良品與不良。
注意：這裡說的 100µm (0.1mm) 焊錫弧角爬錫高度，是指使用 AOI 設備來檢查並判斷焊點是否形成有效爬錫弧度的最小閾值，並不是說爬錫高度最小要求是100µm。參考文獻標題：Wettable-Flanks: Enabler for the Use of Bottom-Termination Components in Mass Production of High-Reliability Electronic Control Units；作者：Udo Welzel, Marco Braun, Stefan Scheller, Sven Issing, Harald Feufel Robert Bosch GmbH Schwieberdingen, Germany。在IPC-A-610的規範中，爬錫高度(Fillet Height)的最低要求通常為端點高度的25%或0.5mm(兩者取最小者)，有些行業會要求最低爬錫高度要有端點高度的50%。詳細請參考IPC-A-610。
目前市面上常見的可潤濕側邊QFN，大致有下列幾種做法：
第一種是 Step-cut（階梯切割）。在QFN封裝完成模封（Mold）與固化後，先在導線架上進行一次部分深度的切割（Partial sawing），在銅引腳末端建立一個小階梯(step)特徵，然後再進行電鍍，這個一來，就能在引腳側邊形成可潤濕的結構，之後才裁切成單顆。這種方式的優點是可以沿用既有的導線架設計，就能在引腳側邊形成可潤濕的結構。缺點就是要在封裝製程中多出鋸切與電鍍製程。
第二種是 Dimpled Leadframe（凹點式導線架）或 Hollow-groove Leadframe (中空槽導線架)。這是目前業界廣泛採用的方案。這些凹點(dimple)是在導線架製造階段就預先壓製出來的，由於凹點位於導線架切割線位上，在QFN封裝完畢，切除多餘導線架時，自然就會露出保有鍍層的凹點，SMT焊接時自然可以形成側邊焊錫弧角。
不過，dimpled lead-frame 也不是沒有代價。如果用在鋸切分割的 QFN 上，當引腳間距小於 1 mm 時，鋸切容易在凹點區域產生毛邊（burr），反而容易造成短路，影響焊接品質。也因此，對於 lead pitch < 1 mm 的鋸切 QFN，step-cut 通常會是比較好的選擇。
第三種則是 浸錫鍍層（Immersion Tin Plating）。這種浸鍍錫層是德州儀器（TI）提出的一種較新穎的做法（製程不算新啦）。這種方式是讓 QFN 封裝依照原本的標準製程組裝(壓模及固化)後，先在底部電鍍霧錫(matte tin)來增強底部Epad的抗氧化能力並確保可潤濕性，然後才進行壓模切割(mold singulation)成為單顆封裝，並切除多餘導線架，這時 QFN 側邊焊點會暴露出裸銅，就是我們一般看到QFN的樣子，接著再對這些裸銅做化學處理去除氧化，並進行化學浸錫(Immersion Tin)作業，讓錫層可以均勻覆蓋整個側壁焊點。
工作熊個人疑問
工作熊個人一直有個疑問，為何業界不太願意在QFN完成封裝、被分割成單顆、去除多餘導線架後，再針對側邊的裸銅做一次電鍍處理，在其上面覆蓋一層表面處理呢？下面是我自己想出來的答案，我知道這應該不是最正確的答案，歡迎大家提供你的意見：
- 電鍍(Plating)作業必需要在被電鍍區域連接導電，如果想要在已經被切成單顆QFN側邊的每個裸銅處接上導電，會很麻煩，也很困難。不過這個問題應該可以採用化學浸錫以及治具來克服。
- QFN側邊裸銅的切割斷面容易產生鋸切毛邊(burr)，而且表面會比較粗糙，讓浸鍍錫難以均勻附著在其表面，易產生局部過厚或空洞，也就是浸錫的品質可能不穩，會影響爬錫效果和AOI檢測結果。也就是說，QFN切割成單體時必須嚴格控制刀具與模具的品質，才能保證切斷面的品質。總結來說，最直接的結果就是會增加製造成本。
補充說明：
一般可潤濕側邊QFN，大多會選擇在部分切割階段後、切割成單顆前進行 Ni/Pd/Au 或 Sn 電鍍，利用導線架的可導電連續性，確保鍍層可以均勻覆蓋於焊點，以避開單顆後再進行鍍層處理所帶來的製程困難。
因此，預先在導線架上設計 dimple 或 step-cut，等到切割成單體時才暴露出既有鍍層，已成為目前市場上的主流趨勢，同時也能降低浸鍍錫所可能帶來的IMC生長和錫鬚風險。
延伸閱讀：
- 討論QFN封裝在SMT組裝焊接的品質允收標準
- BTC及QFN封裝中譯名稱及EPad氣泡空洞率允收標準
- BGA、QFN導通孔在墊(Vias-in-pad)的缺點及處理原則
- QFN及BTC散熱墊焊接空洞的3個形成原因及5個可能解決方案
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