Conception électronique - Qfn pad Design Guide pour la conception de cartes PCB

1. Introduction de base à la conception de PCB d'encapsulation qfn

Qfn (Quad flat no Lead) est une forme relativement nouvelle d'emballage IC, mais son application a rapidement évolué en raison de ses avantages uniques. Le qfn est un boîtier sans fil qui aide à réduire la sensation de soi entre les broches, avec des avantages évidents dans les applications à haute fréquence. Le qfn a un aspect carré ou rectangulaire avec des dimensions proches de celles du CSP, il est donc très fin et léger. La partie inférieure du composant a une extrémité soudée affleurant la surface inférieure. Il y a une grande extrémité soudée exposée au Centre pour la conduction thermique. A la périphérie de la grande extrémité de soudage se trouvent des extrémités de soudage I / o pour les connexions électriques. Il existe deux types d'extrémités de soudage I / o: un type ne révèle qu'un côté du fond de l'assemblage et les autres composants sont encapsulés dans l'assemblage; Un autre type présente une partie exposée sur le côté de la pièce sur l'extrémité soudée.

Qfn utilise des broches périphériques pour rendre le câblage PCB plus flexible, et l'extrémité centrale nue brasée offre une bonne conductivité thermique et électrique. Ces caractéristiques permettent à qfn d'être réutilisé dans certains produits électroniques nécessitant un volume élevé, un poids élevé, des performances thermiques et électriques élevées.

Étant donné que qfn est une forme relativement nouvelle d'encapsulation de circuits intégrés, rien de pertinent n'est inclus dans les guides de conception de PCB tels que IPC - SM - 782. Cet article est utile pour guider les utilisateurs dans la conception des plots qfn et la conception des processus de production. Cependant, il est important de noter que cet article ne fournit que quelques connaissances de base pour référence. Les utilisateurs ont besoin d'accumuler constamment de l'expérience dans la production réelle et d'optimiser la conception des plots et la conception du processus de production pour obtenir un effet de soudage satisfaisant.

2. Description de l'encapsulation qfn

Les dimensions de qfn peuvent être référencées à son manuel produit, qui répond aux normes générales de l'industrie. Qfn adopte généralement le profil standard de la série jedec Mo - 220, auquel on peut se référer lors de la conception des plots

Iii. Guide de conception de PCB universel qfn

L'extrémité centrale de soudage nue et l'extrémité périphérique de soudage d'E / s du qfn forment un cadre structurel plat de plomb en cuivre qui est ensuite coulé dans une résine pour être fixé avec une résine moulée. L'extrémité centrale de soudure nue exposée sur la surface inférieure et l'extrémité périphérique de soudure d'E / s, toutes doivent être soudées sur le PCB.

La conception de pad PCB doit être adaptée à la capacité de processus réelle de l'usine pour obtenir la plus grande fenêtre de processus et obtenir un bon point de soudure de haute fiabilité. Il est à noter que pour le soudage de l'extrémité centrale de soudage nue, par "ancrage" de la pièce, on obtient non seulement un bon effet de dissipation thermique, mais aussi un renforcement de la résistance mécanique de la pièce, favorable à l'amélioration de la fiabilité du point de soudure de l'extrémité périphérique de soudage I / O. Les Dissipateurs de chaleur de PCB conçus pour l'extrémité centrale nue soudée du qfn doivent être conçus avec des trous de conduction thermique pour se connecter à la couche métallique cachée de la couche interne du PCB. Cette conception de dissipation thermique verticale à travers les trous traversants permet à qfn d'obtenir un effet de dissipation thermique parfait.

Iv. Qfn PAD DESIGN GUIDE

1. Périphérique I / o pad

La conception des plots d'E / s de PCB devrait être légèrement plus grande que l'extrémité de soudage d'E / s de qfn, et le côté intérieur des plots devrait être conçu pour être rond pour correspondre à la forme de l'extrémité de soudage

Si le PCB dispose d'un espace de conception, l'extension externe (tout) des plots d'E / s est supérieure à 0,15 mm, ce qui peut améliorer considérablement la formation des plots externes. Si l'extension interne (TiN) est supérieure à 0,05 mm, il faut envisager de laisser un espace suffisant entre les coussins Dissipateurs centraux pour éviter les pontages.

2. Coussin central de dissipation de chaleur

La conception du dissipateur de chaleur central devrait être 0 - 0,15 mm plus grand que chaque côté de l'extrémité centrale de soudure nue de qfn, c'est - à - dire que le côté total grandit 0 - 0,3 mm, mais le dissipateur de chaleur central ne devrait pas être trop grand, sinon il affectera I / O. un espace raisonnable entre les tampons augmentera la probabilité de pontage. Le jeu minimum est de 0,15 mm et, si possible, de préférence de 0,25 mm ou plus.

3. Dissipation de chaleur à travers les trous

Les pores de dissipation de chaleur doivent être répartis uniformément sur le tapis central de dissipation de chaleur avec un espace de 1,0 mm à 1,2 mm. Les pores de dissipation de chaleur doivent être connectés à la couche de terre métallique de la couche interne du PCB. Le diamètre du perçage est recommandé de 0,3 mm à 0,33 MM.

Bien que l'augmentation des porosités (réduction des porosités) semble améliorer les performances thermiques en surface, comme l'augmentation des porosités augmente également les canaux de retour de chaleur, l'effet réel est incertain et doit être déterminé en fonction de la situation réelle du PCB (par exemple, la taille des plages chaudes du PCB, le plan de masse).

4. Conception de masque de soudage

Il existe actuellement deux types de modèles de soudage par résistance: SMD (qui définit le soudage par résistance) et nsmd (qui définit le soudage par résistance). SMD: l'ouverture du masque de soudure est plus petite que celle des plots métalliques; Nsmd: l'ouverture du masque de soudure est plus grande que celle des plots métalliques.

Le procédé nsmd est plus préféré car il est plus facile à contrôler lors de la corrosion du cuivre. De plus, le procédé SMD concentre la pression sur la zone de recouvrement du masque de soudure et de la couche métallique du plot, ce qui risque de fissurer le point de soudure dans des conditions de fatigue extrême. Le processus nsmd permet à la soudure d'entourer les bords des plots métalliques, ce qui peut améliorer considérablement la fiabilité des points de soudure.

Pour les raisons mentionnées ci - dessus, le procédé nsmd est généralement recommandé pour la conception de masques de soudure pour les Plots centraux de dissipation thermique et les Plots périphériques d'E / S. Cependant, le procédé SMD est appliqué à la conception de masques de soudure pour des plages chaudes centrales de dimensions relativement importantes.

Lorsque le procédé nsmd est utilisé, l'ouverture du masque de soudure doit être 120um - 150um plus grand que le Plot, c'est - à - dire qu'il doit y avoir un espace de 60um - 75um entre le masque de soudure et le Plot métallique, et le Plot d'arc doit être conçu avec le masque de soudure d'arc correspondant. Les ouvertures de couche sont assorties, en particulier dans les coins, et il devrait y avoir suffisamment de masques de soudure pour empêcher le pontage.

Chaque Plot d'E / s doit être conçu individuellement avec une ouverture de soudure de blocage de sorte que les Plots d'E / s adjacents puissent être recouverts de soudure de blocage et empêcher la formation de ponts entre les Plots adjacents. Cependant, pour une largeur de Plots d'E / s de 0,25 mm et un espacement qfn fin de seulement 0,4 mm, tous les Plots d'E / s d'un côté ne peuvent être conçus qu'uniformément avec une grande ouverture, de sorte qu'il n'y a pas de masque de soudure entre les Plots d'E / s adjacents.

Certains qfn ont une extrémité centrale de soudage nue conçue pour être trop grande, de sorte que l'écart avec l'extrémité périphérique de soudage E / s est faible et peut facilement conduire à un pontage. Dans ce cas, la conception de la soudure d'arrêt de la carte PCB Hot pad doit être faite avec le processus SMd, c'est - à - dire que chaque côté de l'ouverture de soudure d'arrêt doit être réduite de 100 µm pour augmenter la zone de soudure d'arrêt entre le central Hot PAD et I / o pad.

La couche de masque de soudure doit recouvrir les pores sur les Plots chauds pour éviter la perte de soudure des pores chauds, de sorte qu'une soudure vide peut être formée entre l'extrémité centrale de soudure nue du qfn et le Plot chaud central du PCB. Le diamètre du masque de soudure traversant doit être supérieur de 100 microns au diamètre du sur - trou. Il est recommandé d'appliquer de l'huile de soudage à l'arrière du PCB pour boucher les trous, ce qui créera de nombreuses cavités sur le dissipateur de chaleur avant. Ces cavités sont favorables au procédé de soudage par reflux. Le gaz est libéré et de plus grandes bulles se forment autour du trou traversant. Il est à noter que la présence de ces bulles n'affecte pas les performances thermiques, électriques et la fiabilité des points de soudure, ce qui est acceptable.