摘要：针对树脂塞孔表贴焊盘在焊接过程中出现的虚焊和溢锡缺陷，文中以某项目中选用的 MIS 封装细密间距引脚器件为研究对象，通过剖析影响该类型器件表面组装质量的关键要素，从印制电路板中内圈盘中孔的非阻焊限定设计 ( NSMD) 、树脂塞孔加工工艺控制、丝印锡膏量改善对

失效分析 赵工 半导体工程师 2025年10月11日 09:21 北京

摘要:

针对树脂塞孔表贴焊盘在焊接过程中出现的虚焊和溢锡缺陷，文中以某项目中选用的 MIS 封装细密间距引脚器件为研究对象，通过剖析影响该类型器件表面组装质量的关键要素，从印制电路板中内圈盘中孔的非阻焊限定设计 ( NSMD) 、树脂塞孔加工工艺控制、丝印锡膏量改善对策、贴片压力优化、焊接工艺参数调整等环节提出了改进措施，经试验验证结果表明，措施有效可行，焊接质量满足标准要求。

0 引言

在SMT领域，QFN封装器件具有体型小、质量轻、散热性强等特性，但其封装形式受限于引脚间距的持续缩小，为满足更薄、更小尺寸的封装发展需求，一种可行的解决方案就是通过QFN封装向MIS［1］封装转变。MIS封装外观与QFN封装相似，但其拥有更多的I/O口设计和更优异的电性能，外观形式等效于双圈、三圈甚至多圈焊盘的QFN封装。由于引脚的细间距限制，无法实现表层布线，只能通过钻孔来实现电路连接，针对该类封装器件的盘中孔加工工艺，制板厂商通常会采用机械钻孔→沉铜→电镀→树脂塞孔［2］→沉铜→电镀的工艺流程实现表面焊盘制作，满足表贴元件组装焊接要求，这种设计和加工方式在行业中被称为“盖帽”［3］。目前，通过树脂塞孔后再进行水平沉铜加工的方式完成导通孔连接，其加工工艺控制难度会随着板层数量增加而递增，塞孔树脂与多层线路板在高温下的热膨胀系数失配而导致表贴焊盘凹凸不平，焊盘平整度控制一致性差，为器件在表面组装质量控制方面引入了许多工艺技术难题。

文中基于 MIS 封装器件在表面组装环节中出现的焊接质量缺陷，简述了采用树脂塞孔的印制焊盘及与其对应的细间距 MIS 封装器件面临的加工和组装工艺控制难点，通过设计优化、加工控制和组装工艺参数寻优提出了焊接质量的控制措施及方法，有效解决了虚焊和溢锡缺陷。

1 MIS 封装概述

MIS 封装器件是由振芯科技开发的GMDXXXC系列国产数模转换器。MIS124 封装器件外形如图 1所示，其尺寸为 9mm × 9mm，厚度为 0. 75 mm，间距为 0. 25 mm，节距为 0. 5 mm，信号脚焊端采用腹部内外圈焊盘设计，共计 124 个引脚，散热焊端采用腹部大面积接地设计。

焊接缺陷分析

MIS 封装采用引脚缩回 + 引脚底部蚀刻结构设计，不能通过目视或镜检等常规检验手段判定焊接质量，只能通过 X-Ｒay 检测设备来识别缺陷并剔除不合格品。根据产品组装件 X-Ｒay 检测结果发现，焊接缺陷主要集中在器件内圈盘中孔位置，表现为焊点虚 焊 和 溢 锡 2 种缺 陷，焊接 缺 陷 检 测 如 图 2所示。

盘中孔是通过树脂塞孔并电镀镀铜形成的表贴焊盘加工而成，但对于本试验中选取的 MIS 封装器件，内圈焊盘平整度超差是导致焊接缺陷的主要成因。采用显微镜对加工印制焊盘进行检查，发现树脂塞孔印制焊盘周边的绿油阻焊直接与焊盘相连，如图 3a 所示，阻焊下层为电镀镀铜表贴焊盘，而内圈非树 脂 塞 孔 焊 盘 周 边 则 采 用 了 非 阻 焊 限 定［4］( NSMD) 设计，直接 导致 内 圈 2 种焊 盘 存 在 高 度差，经锡膏印刷验证发现内圈焊盘之间的锡膏印刷量出现了明显差异，如图 3b 所示，致使焊接过程中锡量偏少的焊点出现虚焊。而阻焊未与塞孔裸焊盘进行隔离，当塞孔焊盘凸起时，锡膏焊料熔融后将直接从焊盘 ( 高点) 流向阻焊层 ( 低点) ，形成多余的锡珠，导致焊点之间短路; 当塞孔焊盘凹陷时，焊点锡膏量比其他焊盘的多，在同种真空汽相焊接条件真空抽取阶段，锡膏焊料里的多余空气挥发易导致炸锡，在焊点周边形成散射锡珠，最终产生焊接缺陷。因此，盘中孔的阻焊设计缺陷与树脂塞孔表贴焊盘加工的平整度超差是导致焊接质量缺陷产生的主要原因。

3 焊接质量控制措施

3. 1 印制焊盘设计

IPC7351 标准 BTC 焊盘 设 计 指 南 推 荐 PCB 焊盘一般要大于芯片焊端，但在焊盘边缘间距为0. 2mm 时 ( PCB 加工、焊膏印刷、贴装、回流焊均是极限工艺能力，间距再减少风险会成倍增加) ，建议只增加长度，宽度与芯片焊端宽度保持 1∶1 设计( 芯片焊端宽度 极 限 值) 。有 2 种类 型 的 焊 盘 图 形用于表面贴装封装: “非阻焊限定” 焊盘 ( NSMD)和 “阻焊限定” 焊盘 ( SMD) 。NSMD 开窗略大于焊盘尺寸，而 SMD 阻焊膜开窗小于金属焊盘尺寸，因为铜蚀刻制程比阻焊膜制程控制更严格，一般优先选用 NSMD，同时为保证 PCB 焊盘平整度和焊接性，推荐 使 用 化 学 镍/浸金 ( ENIIG) 表面 处 理 方式，镀金层厚度应在 0. 05 ～ 0. 20 μm，以避免焊点金脆化。

综合考虑标准、实际芯片焊端间距及 PCB 加工能力条件下，推荐焊盘尺寸如下:

( 1) 若贴装焊盘边缘间距设置为0. 2 mm ( 对于装联工艺来说是极限能力) ，PCB 实际加工也存在误差，实际距离可能比 0. 2 mm 还小，极易导致焊盘间 连 锡。因此，PCB 印制 焊 盘 边 缘 间 距 的 加工精度应不小于 0. 2 mm，焊盘设计推荐为器件焊端的 宽 度 中 间 值 ( 外圈 0. 25 mm × 0. 5 mm，内圈0. 25 mm×0. 25 mm) ，以保证 PCB 焊盘边缘间距 ＞0. 2 mm，给 PCB 加工 及 PCB 工艺 组 装 留 足 够 的余量。

( 2) 建议 PCB 散热焊盘内缩到 5mm×5mm，内圈与外部连线通过过孔的方式连接，推荐过孔内径0. 25 mm，外径 0. 4 mm，同时应进行树脂塞孔、绿油覆盖处理，防止焊锡流入过孔。

( 3) 为了能有效地从 PCB 正面金属层传递热量至内层或底部金属层里，推荐在 EPAD 上制作热导通孔。推荐散热过孔内径 0. 25 mm，外径 0. 4 mm，过孔间隔＞1 mm，采用塞孔填平工艺。

推荐印制焊盘设计尺寸如图 4 所示。

3. 2 印制焊盘加工

钻孔精度和树脂塞孔质量是影响表贴焊盘锡焊焊接的关键工序。钻刀的选择取决于焊盘孔径大小，对于本试验 18 层的多层电路板，考虑到其表面盘中钻孔的工艺难度，通常选用钻刀尺寸较盘中孔孔径大0. 05 ～ 0. 1 mm，该型焊盘推荐选用 0. 25 mm 的钻刀，确保钻孔位置处于印制焊盘中心位，同时保证钻孔精度可控。根据 GJB 362C—2021 要求，塞孔焊盘平整度需控制在 － 76 ～ 50 μm，但根据工程实际应用情况，该平整度要求加严控制在 － 25 ～ 25 μm，严格控制上述加工因数可保证内圈树脂塞孔表贴焊盘的加工质量。

3. 3 共面度匹配性

在再流焊焊接过程中，共面度主要取决于器件本体与印制线路板上元件丝印区域的贴合性。采用环氧树脂对器件本体进行灌封，封装材料暴露在空气中极易吸收潮气，导致器件在焊接过程中因本体内外气压失衡而出现开裂现象，因此在焊接前需执行预烘处理 ( 温度: ( 125±5) ℃ ，时间: 12 h) 对器件进行去潮。对于真空包装的印制线路板则无需进行预烘处理，但在焊接过程中，鉴于线路板上的器件布局、覆铜层分布不均衡及覆铜板中各种材料之间的 CTE 失配，经过再流焊后印制线路板容易出现翘曲，导致焊接区域共面度超标，因此需通过专用工装辅助焊接，以保证共面度控制在合理范围内，避免产生焊点虚焊缺陷。

3. 4 锡膏量控制

鉴于成本考虑，本试验中印制电路板表面未采用镀金处理，而是采用行业通用的热风整平工艺，树脂塞孔镀铜表贴焊盘的凹凸不平问题直接导致内圈通孔与非通孔印制焊盘之间的预镀锡出现了较大的高度差。为此，需重点解决因表贴焊盘预镀锡高度偏高，在与钢模板贴合印刷时直接对钢网开口进行了封堵导致无法漏锡的问题，经试验验证，可在锡膏印刷工序前对热风整平的表贴焊盘上的预镀锡进行手工清除，确保印制焊盘与钢网在锡膏印刷过程中能够贴合良好。

根据工程经验，结合 MIS 封装双圈焊盘 Gerber文件中多层数据及 PCB 实际加工焊盘大小，重新开刻钢网进行锡膏下锡效果验证。

方案 1: 钢模板厚度为 0. 12 mm，按焊盘尺寸与钢模板开口比值分别为 1∶ 1. 1，1∶ 1，1∶ 0. 8 进行开口设计，印刷效果为部分内圈焊盘漏锡量较少，不满足锡膏印刷要求。

方案 2: 为达到更好的漏锡效果，采用激光切割并进行电抛光的纳米钢模板完成焊膏印刷，即对首次验证的钢模板脱模面与孔壁喷涂纳米涂层，同时将钢模板厚度减薄至 0. 1 mm，对比验证在焊盘设计尺寸上进行钢模板开口缩放设计。较首次验证，内圈非通孔焊盘上锡膏沉积效果得到明显改善，但内圈通孔焊盘上锡膏量还有待增加，焊盘漏锡量的一致性不满足锡膏印刷要求。

方案3:为控制钢模板开口下锡量的一致性，进一步减薄钢模板厚度，选用0.08mm，对比验证在焊盘设计尺寸上进行钢模板开口缩放设计。经过锡膏印刷沉积效果验证，内、外圈焊盘锡膏沉积量一致性较好，满足在线式锡膏厚度检测仪器检测质量要求。锡膏印刷示意图如图5所示。

通过设计不同钢网开口，对比验证产生的下锡效果，经统 计 分 析 表 明，当钢 网 厚 度 为 0. 08 mm，内圈 开 口 1∶0. 8， 缩小 20%， 外圈 焊 盘 向 外 移0. 1 mm且外圈开孔延长出焊盘 0. 1 mm，经 SPI 检测漏锡效果最佳; 钢网中间区域开口尺寸占接地热沉散热印制焊盘 60%，按 6×6 矩阵式排列开口时，腹部接地焊盘空洞率可控制在 5%以内。

3. 5 贴装压力控制

表贴元件采用高速贴片机实现快速贴装，以保证产线生产效率和贴片精度。细密间距 MIS 封装器件内圈焊盘间距为 0. 25 mm，考虑到锡膏的流动性，通过纳米钢模板漏印的锡膏至内圈印制焊盘上后，实际锡膏的扩展尺寸应大于印制焊盘尺寸，印刷效果可见图 5。因此，自动化设备在贴装该类元件时，需严格控制贴装压力，器件贴装压力过大，易导致器件焊端过度挤压锡膏产生桥连; 贴装压力过小，易将器件悬浮于锡膏表面，导致锡膏对器件粘接力不足，在印制板传输和轻微抖动时易出现移位现象。经调整贴片机压力，反复贴放、拾取器件确认锡膏在印制焊盘上的扩展挤压程度，将贴装压力控制在3. 5 N 时，焊接效果显示最佳。

3. 6 焊接参数控制

焊接试验选用沸点为 230 ℃ 的汽相液作为媒介，通过冷凝转化为液态过程中释放的大量热量完成组件加热，迅速提高组件整板温度来实现焊接。树脂塞孔镀铜表贴焊盘呈现凹陷加工缺陷时，锡膏印刷后易导致凹陷处存在空气被截留，为防止锡膏中的助焊剂及一些挥发物在焊锡熔融凝固过程被截留产生空洞，同时避免真空抽取参数控制不佳导致助焊剂挥发气体从熔融焊锡逃逸过快，携带部分焊锡脱离焊点本体形成 锡 珠 多 余 物，即炸 锡 现 象，X-Ｒay 检查 发 现，焊点周边出现大量锡珠散射点，导致焊点锡量减少甚至虚焊。因此，合理设置和调整优化真空汽相焊接工艺参数是控制炸锡和空洞缺陷的重要手段。

工艺试验采用无铅有铅混装工艺进行焊接试验，通过热电偶采集的实时数据显示，峰值温度为226℃，温度高于Sn－96.5%Ag－3.0%Cu－0.5%的熔点217℃，焊料熔融持续74s，在第2和第3阶段进行真空抽取，将室内真空度降至650mbar，分别持续4s和5s，最后进行X-Ｒay无损检测，检测结果如图6所示。

试验焊接参数见表 1，温度曲线如图 7所示。其中，接地焊盘空洞率 ＜5%，经电性能验证，满足设计指标电路工作要求。

4 结论

国产 MIS 封装器件因其轻薄小、I/O口多等特性被广泛应用于各类工程项目。同时，在多层电路板加工制造过程中，盘中孔采用的树脂塞孔工艺也为表面焊盘加工制造和组装带来了困难，笔者通过工程实践应用，对印制板焊盘设计、加工制造、表面组装工艺参数进行了改进优化，有效解决了国产MIS 封装双圈焊盘器件内圈盘中孔焊接过程中产生的虚焊和溢锡缺陷，保障了双圈焊盘焊接质量的一致性，并验证了改进工艺方法的有效性和可行性，为该类封装器件在 SMT 领域的广泛应用提供了电路设计和组装工艺质量控制方法。

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来源：芯片测试赵工