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1. Introduzione di base alla progettazione PCB del pacchetto QFN
QFN (Quad Flat No Lead) è una forma relativamente nuova di imballaggio IC, ma grazie ai suoi vantaggi unici, le sue applicazioni sono cresciute rapidamente. QFN è un pacchetto senza piombo, che aiuta a ridurre l'auto-induttanza tra i perni ed ha evidenti vantaggi nelle applicazioni ad alta frequenza. L'aspetto di QFN è quadrato o rettangolare e la dimensione è vicina a CSP, quindi è molto sottile e leggero. Il fondo del componente ha un'estremità di saldatura che è livellata con la superficie inferiore. C'è una grande estremità di saldatura esposta nel centro per la conduzione del calore. Ci sono estremità di saldatura I/O per il collegamento elettrico intorno alla periferia della grande estremità di saldatura. Ci sono due tipi di estremità di saldatura I/O: un tipo espone solo un lato del fondo del componente e altre parti sono incapsulate nel componente; l'altro tipo ha una parte esposta sul lato del componente sull'estremità di saldatura.
QFN utilizza perni periferici per rendere il cablaggio PCB più flessibile e l'estremità di saldatura in rame esposta al centro fornisce una buona conducibilità termica e prestazioni elettriche. Queste caratteristiche consentono di riutilizzare QFN in alcuni prodotti elettronici che richiedono volume, peso, prestazioni termiche e prestazioni elettriche elevate.
Poiché QFN è una forma relativamente nuova di imballaggio IC, nessun contenuto rilevante è incluso nelle linee guida di progettazione PCB come IPC-SM-782. Questo articolo può aiutare gli utenti nella progettazione del pad QFN e nella progettazione del processo di produzione. Tuttavia, va notato che questo articolo fornisce solo alcune conoscenze di base per riferimento. Gli utenti devono accumulare continuamente esperienza nella produzione effettiva e ottimizzare la progettazione del pad e la progettazione del processo di produzione per ottenere risultati di saldatura soddisfacenti.
2. Descrizione del pacchetto QFN
Le dimensioni di QFN possono riferirsi al suo manuale del prodotto, che è conforme agli standard generali del settore. QFN adotta solitamente il profilo standard della serie JEDEC MO-220, è possibile fare riferimento a queste dimensioni del contorno quando si progetta il pad
Tre, guida generale di progettazione PCB QFN
L'estremità centrale di saldatura nuda e le estremità periferiche di saldatura I/O del QFN formano un telaio piatto in piombo di rame, che viene poi fuso in resina per fissarlo con una resina di stampo. L'estremità di saldatura nuda centrale esposta e l'estremità periferica di saldatura I/O sulla superficie inferiore, tutto deve essere saldato al PCB.
Il design del pad PCB dovrebbe essere adattato alla capacità di processo effettiva della fabbrica al fine di ottenere la finestra di processo più grande e ottenere buoni giunti di saldatura ad alta affidabilità. Va notato che per la saldatura dell'estremità di saldatura nuda centrale, attraverso l'"ancoraggio" del componente, non solo si può ottenere un buon effetto di dissipazione del calore, ma anche la resistenza meccanica del componente può essere migliorata, il che è utile per migliorare l'affidabilità del giunto di saldatura dell'estremità di saldatura I/O periferica. Il pad di dissipazione del calore PCB progettato per l'estremità di saldatura nuda centrale del QFN dovrebbe essere progettato con un cavo termico per collegarsi allo strato metallico nascosto dello strato interno del PCB. Questo tipo di progettazione verticale di dissipazione del calore attraverso il foro via può rendere il QFN ottenere un perfetto effetto di dissipazione del calore.
Quattro, guida di progettazione del pad QFN
1. Pad I/O periferici
Il design del pad I/O PCB dovrebbe essere leggermente più grande dell'estremità di saldatura I/O del QFN e il lato interno del pad dovrebbe essere progettato per essere rotondo per adattarsi alla forma dell'estremità di saldatura
Se il PCB ha spazio di progettazione, l'estensione esterna (Tout) del pad I / O è superiore a 0,15 mm, il che può migliorare significativamente la formazione dei giunti di saldatura esterni. Se l'estensione interna (stagno) è superiore a 0,05 mm, deve essere considerata tra il pad centrale di dissipazione del calore Lasciare spazio sufficiente per evitare il ponte.
2. Pad centrale di dissipazione del calore
Il pad centrale di dissipazione del calore dovrebbe essere progettato per essere 0-0,15 mm più grande di ogni lato dell'estremità centrale di saldatura nuda QFN, cioè, la lunghezza totale del lato è 0-0,3 mm più grande, ma il pad centrale di dissipazione del calore non dovrebbe essere troppo grande, altrimenti, influenzerà l'I / O Un divario ragionevole tra i pad aumenta la probabilità di ponte. Lo spazio minimo è 0.15mm, se possibile, è meglio essere 0.25mm o più.
3. dissipazione di calore vias
I vias di dissipazione del calore dovrebbero essere distribuiti uniformemente sul pad centrale di dissipazione del calore con uno spazio di 1.0mm-1.2mm. I vias dovrebbero essere collegati allo strato di terra metallico dello strato interno del PCB. Il diametro dei vias è raccomandato per essere 0.3mm-0.33mm.
Sebbene aumentando i vias (riducendo il divario via), sembra che le prestazioni termiche possano essere migliorate sulla superficie, ma poiché aumentando i vias aumenta anche il canale di ritorno del calore, l'effetto effettivo è incerto e deve essere determinato in base alla situazione effettiva del PCB (come la dimensione del pad termico PCB, piano di terra).
4. Design della maschera di saldatura
Attualmente ci sono due tipi di maschera di saldatura: SMD (Solder Mask Defined) e NSMD (Non-Solder Mask Defined). SMD: L'apertura della maschera di saldatura è più piccola del pad metallico; NSMD: L'apertura della maschera di saldatura è più grande del pad metallico.
Poiché è più facile da controllare nel processo di corrosione del rame, il processo NSMD è più preferito. Inoltre, il processo SMD concentrerà la pressione nell'area sovrapposta della maschera di saldatura e nello strato metallico del pad, che romperà facilmente i giunti di saldatura in condizioni estreme di fatica. Il processo NSMD fa la saldatura intorno al bordo del pad metallico, che può migliorare significativamente l'affidabilità del giunto di saldatura.
A causa delle ragioni di cui sopra, il processo NSMD è generalmente raccomandato nella progettazione della maschera di saldatura del pad centrale di dissipazione del calore e dei pad I/O periferici. Tuttavia, il processo SMD dovrebbe essere utilizzato nella progettazione della maschera di saldatura per il pad termico centrale di dimensioni relativamente grandi.
Quando si utilizza il processo NSMD, l'apertura della maschera di saldatura dovrebbe essere 120um-150um più grande del pad, cioè ci dovrebbe essere uno spazio di 60um-75um tra la maschera di saldatura e il pad metallico e il pad ad arco dovrebbe essere progettato con una corrispondente maschera di saldatura ad arco. L'apertura dello strato è abbinata, soprattutto agli angoli, ci dovrebbe essere abbastanza maschera di saldatura per evitare il ponte.
Ogni pad I/O deve essere progettato individualmente con un'apertura della maschera di saldatura, in modo che i pad I/O adiacenti possano essere coperti con una maschera di saldatura e impedire la formazione di ponti tra pad adiacenti. Tuttavia, per la larghezza del pad I/O di 0,25 mm e il passo fine QFN con un passo di solo 0,4 mm, tutti i pad I/O su un lato possono essere progettati uniformemente solo con un'ampia apertura, in modo che i pad I/O adiacenti Non ci sono maschere di saldatura in mezzo.
Alcune estremità di saldatura nuda centrale di QFN sono progettate per essere troppo grandi, in modo che lo spazio con l'estremità di saldatura I/O periferica sia molto piccolo, il che può facilmente causare ponti. In questo caso, il design della maschera di saldatura del pad termico PCB dovrebbe adottare il processo SMD, cioè l'apertura della maschera di saldatura dovrebbe essere ridotta di 100um su ogni lato per aumentare l'area della maschera di saldatura tra il pad termico centrale e il pad I/O.
Lo strato della maschera di saldatura dovrebbe coprire i vias sul pad termico per evitare che la saldatura venga persa dai vias termici, in modo che si possa formare una saldatura vuota tra l'estremità di saldatura nuda centrale del QFN e il pad termico centrale del PCB. Il diametro della maschera di saldatura passante dovrebbe essere 100um più grande del diametro della via. Si consiglia di applicare l'olio della maschera di saldatura sul retro del PCB per bloccare la via, in modo che molte cavità si formeranno sul pad di dissipazione del calore anteriore. Queste cavità sono favorevoli al processo di saldatura di riflusso. Il gas viene rilasciato e si formano bolle più grandi intorno alle vie. Va notato che l'esistenza di queste bolle non influenzerà le prestazioni termiche, le prestazioni elettriche e l'affidabilità del giunto di saldatura, che è accettabile.
