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1. introducción básica al diseño de PCB encapsulados qfn
Qfn (quad Flat no lead) es una forma relativamente nueva de encapsulamiento ic, pero debido a sus ventajas únicas, sus aplicaciones se han desarrollado rápidamente. Qfn es un encapsulamiento sin alambre que ayuda a reducir la autoinducción entre los pines y tiene ventajas obvias en aplicaciones de alta frecuencia. Qfn tiene una apariencia cuadrada o rectangular y un tamaño cercano al csp, por lo que es muy delgado y ligero. La parte inferior del componente tiene un extremo de soldadura que está alineado con la superficie inferior. El Centro tiene un gran extremo de soldadura expuesto para la conducción de calor. En la periferia del gran extremo de soldadura hay un extremo de soldadura de E / s para conexiones eléctricas. Hay dos tipos de terminales de soldadura I / o: un tipo solo expone un lado de la parte inferior del componente, y otros componentes están encapsulados en el componente; Otro tipo tiene una parte expuesta al lado del componente en el extremo de soldadura.
Qfn utiliza Pins periféricos para hacer que el cableado de PCB sea más flexible, y el extremo de soldadura de cobre desnudo en el Centro proporciona una buena conductividad térmica y propiedades eléctricas. Estas características permiten a qfn reutilizarse en algunos productos electrónicos que requieren alto volumen, alto peso, alto rendimiento térmico y alto rendimiento eléctrico.
Debido a que qfn es una forma relativamente nueva de encapsulamiento ic, no contiene contenido relevante en guías de diseño de PCB como IPC - SM - 782. Este artículo ayuda a guiar a los usuarios en el diseño de almohadillas qfn y el diseño del proceso de producción. Sin embargo, hay que tener en cuenta que este artículo solo proporciona algunos conocimientos básicos para referencia. Los usuarios necesitan acumular experiencia en la producción real y optimizar el diseño de la almohadilla y el diseño del proceso de producción para lograr un efecto de soldadura satisfactorio.
2. instrucciones de encapsulamiento qfn
El tamaño de qfn se puede consultar en su manual de producto, que cumple con los estándares generales de la industria. Qfn suele adoptar los perfiles estándar de la serie jedec mo - 220, que se pueden consultar al diseñar las almohadillas.
III. guía general de diseño de PCB qfn
El extremo de soldadura desnudo central y el extremo de soldadura I / o periférico de qfn forman un marco de estructura de alambre de cobre plano, que luego se vierte en resina y se fija con resina moldeada. El extremo central de soldadura desnudo y el extremo periférico de soldadura de E / s expuestos en la superficie inferior deben soldarse al pcb.
El diseño de la almohadilla de PCB debe adaptarse a la capacidad de proceso real de la fábrica para obtener la ventana de proceso máxima y obtener buenos puntos de soldadura de alta fiabilidad. Cabe señalar que para la soldadura del extremo de soldadura desnudo del centro, a través del "ancla" del componente, no solo se puede obtener un buen efecto de disipación de calor, sino también mejorar la resistencia mecánica del componente, lo que favorece la mejora de la fiabilidad de los puntos de soldadura en el extremo de soldadura I / o periférico. Las almohadillas de disipación de calor de PCB diseñadas para el extremo central de soldadura desnuda de qfn deben diseñarse con agujeros de conducción térmica para conectarse a la capa metálica oculta de la capa interior de pcb. Este diseño de disipación de calor vertical a través del agujero permite a qfn obtener un efecto de disipación de calor perfecto.
IV. guía de diseño de almohadillas qfn
1. almohadillas periféricas de E / s
Las almohadillas de E / s de PCB deben diseñarse ligeramente más grandes que el extremo de soldadura de E / s de qfn, y el interior de la almohadilla debe diseñarse como un círculo para coincidir con la forma del extremo de soldadura.
Si el PCB tiene espacio de diseño, la extensión externa (tout) de la almohadilla de E / s es superior a 0,15 mm, lo que puede mejorar significativamente la formación de puntos de soldadura externos. Si la extensión interna (tin) es superior a 0,05 mm, se debe considerar dejar suficiente espacio entre las almohadillas centrales de disipación de calor para evitar puentes.
2. almohadilla central de disipación de calor
La almohadilla central de disipación de calor debe diseñarse 0 - 0,15 mm más grande que cada lado del extremo de soldadura desnuda central de qfn, es decir, el borde total debe crecer 0 - 0,3 mm, pero la almohadilla central de disipación de calor no debe ser demasiado grande, de lo contrario afectará el I / O. una brecha razonable entre las almohadillas aumentará la posibilidad de puente. El hueco mínimo es de 0,15 mm y, si es posible, preferentemente de 0,25 mm o más.
3. disipación de calor a través del agujero
Los agujeros de disipación de calor deben distribuirse uniformemente en la almohadilla central de disipación de calor, con una brecha de 1,0 mm - 1,2 mm. los agujeros de disipación de calor deben conectarse a la formación de contacto metálico de la capa interior del pcb. Se recomienda un diámetro de 0,3 mm - 0,33 mm a través del agujero.
Aunque aumentar el paso de agujeros (reducir el espacio entre los agujeros) parece mejorar el rendimiento térmico en la superficie, debido a que aumentar el paso de agujeros también aumenta el canal de recuperación de calor, el efecto real es incierto y debe determinarse de acuerdo con la situación real del PCB (como el tamaño de la almohadilla térmica del pcb, el plano de tierra).
4. diseño de máscaras de soldadura
Actualmente hay dos tipos de diseños de soldadura bloqueada: SMd (definición de soldadura bloqueada) y nsmd (definición de soldadura no bloqueada). Smd: la apertura de la máscara de soldadura es menor que la de la almohadilla metálica; Nsmd: la apertura de la máscara de soldadura es mayor que la de la almohadilla metálica.
Debido a que es más fácil de controlar durante el proceso de corrosión del cobre, se prefiere el proceso nsmd. Además, el proceso SMD concentra la presión en áreas superpuestas de la máscara de soldadura y la capa metálica de la almohadilla, lo que facilitará la ruptura de la soldadura en condiciones de fatiga extrema. El proceso nsmd permite que la soldadura rodee el borde de la almohadilla metálica, lo que puede mejorar significativamente la fiabilidad de las juntas de soldadura.
Por las razones anteriores, el proceso nsmd se recomienda generalmente para el diseño de máscaras de soldadura para almohadillas centrales de disipación de calor y almohadillas periféricas de E / S. Sin embargo, el proceso SMD se aplica al diseño de máscaras de soldadura para almohadillas térmicas centrales de tamaño relativamente grande.
Cuando se utiliza el proceso nsmd, la apertura de la máscara de soldadura debe ser 120um - 150um mayor que la almohadilla, es decir, debe haber una brecha de 60um - 75um entre la máscara de soldadura y la almohadilla metálica, y la almohadilla curvada debe diseñarse con la máscara de soldadura curvada correspondiente. Las aberturas de las capas coinciden, especialmente en las esquinas, y debe haber suficientes máscaras de soldadura para evitar puentes.
Cada almohadilla de E / s debe diseñarse con una apertura de soldadura de bloqueo separada para que las almohadillas de E / s adyacentes puedan cubrirse con soldadura de bloqueo y evitar la formación de puentes entre las almohadillas adyacentes. Sin embargo, para un qfn de espaciado fino de solo 0,4 mm de ancho y espaciado de almohadillas de E / s de 0,25 mm, todas las almohadillas de E / s de un lado solo pueden diseñarse uniformemente con una gran apertura, de modo que no haya máscaras de soldadura en las almohadillas de E / S adyacentes.
Algunos extremos de soldadura desnudos centrales de qfn están diseñados demasiado grandes, por lo que la brecha con los extremos de soldadura I / o periféricos es muy pequeña, lo que puede conducir fácilmente al puente. En este caso, el diseño de la soldadura de bloqueo de la almohadilla térmica de PCB debe utilizar el proceso smd, es decir, la apertura de la soldadura de bloqueo por lado debe reducirse en 100 um para aumentar el área de soldadura de bloqueo entre la almohadilla térmica central y la almohadilla de E / S.
La capa de máscara de soldadura debe cubrir el agujero de paso en la almohadilla térmica para evitar que la soldadura se pierda del agujero de paso térmico, lo que permite formar soldadura vacía entre el extremo de soldadura expuesto en el Centro de qfn y la almohadilla térmica central del pcb. El diámetro de la máscara de soldadura a través del agujero debe ser 100 micras mayor que el diámetro del agujero. Se recomienda aplicar aceite de soldadura en la parte posterior del PCB para bloquear el agujero, lo que formará muchas cavidades en la almohadilla térmica delantera. Estas cavidades favorecen el proceso de soldadura por retorno. El gas se libera y se forman grandes burbujas de aire alrededor del agujero. Cabe señalar que la presencia de estas burbujas no afectará las propiedades térmicas, eléctricas y la fiabilidad de los puntos de soldadura, lo cual es aceptable.
