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»Zum Rework gehört weit mehr als heiße Luft!«

Wie repariert man QFNs?

11. Juli 2012, 17:28 Uhr | Karin Zühlke

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

QFN-Bauteile – Herausforderung beim Rework

Eine besondere Herausforderung im Rework-Prozess sind die QFN-Bauteile, da sie weniger fehlertolerant sind als andere Gehäuseformen. »Die Nacharbeit bzw. Reparatur ist nur schwer möglich, insbesondere wenn das Exposed-Pad des QFNs thermisch sehr gut an die Baugruppe angebunden ist. Hierfür benötigt man entsprechendes Equipment«, schildert Kraus.
Dennoch gibt es gute Gründe, warum viele Halbleiterhersteller diese Bauform verwenden: QFNs brauchen wenig Platz trotz hoher Packungsdichte, sie sind nur bis zu einem 1 mm hoch und in punkto Anschlüsse sehr flexibel, nämlich von 8 bis 200 Pins. Vor allem punkten sie aber durch einen geringen Wärmewiderstand, bedingt durch das Exposed bzw. Thermal Pad. Zur Wärmeabführung befinden sich häufig ein oder mehrere Exposed oder Thermal Pads an der Unterseite zur thermischen Anbindung an die Leiterplatte. Außerdem können QFNs sehr gute elektrische Parameter vorweisen, was sie auch besonders für Hochfrequenz-Applikationen prädestiniert.

Als wesentlicher Unterschied zu einer QFP-Bauform ragen die Anschlüsse nicht seitlich über das Kunststoffgehäuse hinaus, sondern befinden sich als flache Pads an der Unterseite. Anders als BGAs bringen QFNs kein eigenes Lotdepot mit, das Gehäuse lässt sich also nicht direkt mit Hilfe von Flussmitteln im Reworkprozess auf der Baugruppe verlöten. Um die Anzahl der Anschlüsse zu erhöhen, gibt es darüber hinaus QFN-Bausteine mit mehreren Anschlussringen. »Die Inspektion der Anschlüsse insbesondere der inneren Reihen ist optisch nicht möglich«, erklärt Kraus. Bei vielen Bauteilherstellern sind die Bauteilanschlüsse vom äußeren Ring bis an die Bauteilstirnseite geführt, so dass man eine optische Inspektion mittels AOI am Meniskus durchführen kann. Diese Benetzung ist nicht qualitätsrelevant, funktioniert aber in den meisten Fällen.
Häufige Fehler bei den QFNs sind offene bzw. magere Lötstellen am Anschlusspad, eingebettete großflächige Lunker im Exposed-Pad und Kurzschlüsse. Oft resultieren die Fehler aus einem ungünstigen Paddesign oder einer fehlerhaft dimensionierten Pastenschablone.
»Wenn QFN-Bauteile verwendet werden, kann der Layouter durch ein gutes Design die Verarbeitung und die Qualität der Baugruppe wesentlich beeinflussen«, betont Kraus. Er empfiehlt daher unbedingt einen engen Austausch zwischen Entwickler und dem Leiterplattenhersteller, Schablonenhersteller und Baugruppenfertiger. Eine röntgentechnische Untersuchung ist ebenfalls für die Erstmuster und stichprobenartig bei der Serienfertigung unerlässlich, um kostspielige Serienfehler rechtzeitig zu entdecken.