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如何改善QFN側邊焊點的吃錫效果：讓非可焊側邊(Non-Wettable Flank)也能達成良好爬錫的實務經驗

QFN (Quad Flat No-leads) 封裝具有體積小、散熱佳、電氣特性優異等優點，已被廣泛應用於現代電子產品中。然而，其側邊焊點的吃錫問題卻總是讓SMT工程師們頭痛不已。許多客戶在目檢時，因為看到 QFN 側邊有「未焊接」完整的外觀就拒收，尤其是汽車產業，但根據 IPC-A-610 標準，對於一般非可焊側邊(non-wettable flank)的 QFN，並未強制要求側邊必須形成完整焊角(fillet)，因為 QFN 的側壁通常是導線架切斷後的裸銅面，暴露於空氣中，就容易氧化，難以形成有效的吃錫。

儘管IPC工業標準對QFN側邊焊點無要求，但客戶的需求往往高於標準。下面，就來看看我們是如何逐步改善 0.4mm pitch 的 QFN 側邊焊錫效果，達成連續且部分爬錫的效果。

一、了解問題根源

• 側壁裸銅：QFN 封裝在導線架切割後，端點的側邊多為裸銅，暴露在空氣中就會開始氧化，而且隨著時間的推移，吃錫會更加的困難。所以，越是新鮮的 QFN 封裝，其焊錫性就會越好，再者，QFN 離開真空防潮包裝後，裸銅處氧化的速度會更快，氧化越嚴重，吃錫就越差。

  

• IPC立場：標準允許側邊無明顯焊角，只要底部焊點與散熱墊(EPad)吃錫良好即可。但汽車電子等高可靠度領域常要求側邊可視檢查，因此有「Wettable Flank」（可焊側邊）特殊QFN封裝出現。

• 常見誤區：直接增加錫膏量常導致零件浮起、橋接或底部空焊，反而惡化整體品質。

二、改善策略與實作經驗分享

以下實驗在 0.4mm 間距的 QFN 上逐項實施與驗證：

1. 優化鋼板(Stencil)設計增加錫量

   • 方案一，我們嘗試增加鋼板的厚度來增加 QFN 焊點的錫量。試驗結果卻發現 QFN 零件浮起，反而增加空焊(open)的不良率。
     經過檢討，發現 EPad 位置的錫量增加反而會使得 QFN 零件浮起或傾斜，最終導致空焊增加。增加鋼板厚度後如果沒有適當縮小鋼板開孔，所有焊點的錫量都會跟著增加，這其實非常不利細間距(fine-pitch)與0201以下零件的焊接品質，錫量一多就容易造成短路。所以，個人建議，如果要增加鋼板厚度來改善QFN側邊焊錫效果，建議也要適當的檢視其他零件的錫量，而 EPad 的錫量也要適當減少，採用多格子狀印刷，避免讓錫膏在一開始融化就迅速聚集在一起，才能免去 QFN 浮起或傾斜的問題。

   • 方案二，改用Step-up階梯鋼板。試驗結果發現橋接短路(short)不良率增加。經過檢討，我們認為是印刷在 QFN 四周引腳焊點的錫膏太厚，導致錫膏融化成液體的瞬間，無處宣洩，於是溢出焊墊，與相鄰焊墊橋接短路。

   • 方案三，鋼板開孔外擴內切。將 QFN 引腳處的鋼板開孔寬度內切(trim)0.05~0.1mm並將長度外擴(extend)0.4~05mm。此方案實施的效果良好，不但可以增加了錫膏量，促進了側壁爬錫的效果，還有效降低了錫膏融化時與相連焊墊短路的風險。

   • 原則上，以上三個方案中以方案三為優。不過，方案一及二也有可取之處，只是在增加錫膏量，改善側邊焊點爬錫的同時，還得適當調整鋼板開孔大小，以避免零件浮高的副作用產生。

2. 調整回焊溫度曲線(Reflow Profile)

   • 延長浸潤區(soak zone，也稱吸熱區)時間至60~120秒。根據研究，較長的浸潤時間，可以讓錫膏中的助焊劑有更充足的時間來活化，並清潔金屬表面的輕微氧化，有助後續進入回焊區(reflow zone)時，焊錫可以快速向 QFN 側邊焊點潤濕。請注意：如果是斜昇式(RTS)的SAC305曲線，浸潤區的溫度應該在 150~200°C (或150~217°C) 之間，如果是馬鞍式(RSS)曲線，則在150~180°C之間。

   • 回焊的峰值溫度(peak temperature)控制在245±5°C。較高的溫度可以提供更多的熱量，使錫膏可以進一步潤濕稍有氧化的側邊銅面，但不可超過零件的耐熱極限。

   • 建議使用 RSS(Ramp-Soak-Spike) 或是 RSS+RTS(Ramp-To-Spike) 折衷方案溫度曲線。這其實也是變相的延長浸潤區的時間。採用 RSS 溫度曲線可以讓 QFN 底部在進入回焊區(reflow zone)前的溫度更為均勻，這樣也可以降低 QFN 底部焊錫居不熔化導致零件浮起傾斜。當然，還得配合在 EPad 處的鋼板做多格開孔，以避免焊錫熔化瞬間聚集。

3. 選擇高活性助焊劑(Flux)的錫膏

   • 使用活性較高的錫膏。也就是使用去氧化效果更好的錫膏，可以大幅提升 QFN 側壁的潤濕性。
   • 只是，使用高活性錫膏，通常就意味著要在錫膏的助焊劑中添加了較強的酸劑，因為酸性越強，對金屬氧化的清潔效果就越好，但腐蝕性也就相對越強，魚與熊掌無法兼得。建議要要再採用高活性錫膏前，評估長期可靠度是否可以接受，或是評估焊接後水洗。

4. 其他輔助措施

   • 零件與PCB儲存管理：想要降低裸銅側壁氧化的速度，建議使用防潮袋包裝並嚴控庫存時間，最好還要實施先進先出。QFN 一旦從防潮袋開封，就要開始管控暴露大氣的時間，務必要求在最短時間內用完，否則需回收重新乾燥及防潮包裝。

   • PCB設計配合：焊墊尺寸適當，避免 vias-in-pad 設計（除非電鍍塞孔），中間 EPad 可採用「田」字型印刷降低浮起風險。

   • 氮氣回焊：氮氣可降低焊接時的氧化，提升焊接效果，但成本較高，建議在上述方法仍不足時再考慮。
     (建議延伸閱讀：整理SMT回焊爐添加氮氣(N2)對各種焊接不良的影響與效果)

三、驗證改善結果

透過上述綜合優化（鋼板延伸設計 + 延長浸潤時間 + 高活性助焊劑），在300片以上板子的測試中，側邊焊點的爬錫良率提升至96%以上。即使無法達到Wettable Flank的25%/50%爬錫高度標準，裸銅側壁仍能達成客戶可接受的視覺效果。

注意事項：

• QFN 側邊焊點吃錫效果會隨著其底部錫量而變化，需同步使用 X-ray 監控其空洞率與底面焊接完整性。
• 最終仍建議與客戶溝通IPC標準，必要時改用Wettable Flank版本的QFN零件以根本解決目檢爭議。

結語：

QFN側壁吃錫問題本質上是「裸銅可焊性」與「客戶期望」的落差，透過鋼板設計、製程參數最佳化與錫膏選用的系統性優化，即使在標準非可焊側邊的QFN上，也能大幅改善效果。實務上，工程改善比爭論標準更有價值。

補充說明：

為了要符合汽車電子以及一些挑剔客人對QFN側邊焊點的要求，有廠商推出了「側面可焊式QFN封裝（wettable flank-plated QFN）」，這種封裝會在QFN側邊焊點保留25%~50%的可焊性表面處理鍍層(通常是鍍錫)，讓QFN側邊焊點可以順利吃錫，也有利組裝後自動視覺檢查 (AVI, Automatic Visual Inspection)判斷，只是羊毛還是得出在羊身上，這種側面可焊QFN的價格就是比傳統QFN來得貴，目前真正願意導入的使用者不多。

延伸閱讀：

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