電子設計 - PCBボード設計のためのQFNパッド設計ガイド

1. QFNパッケージ入門 PCB設計

qfn（quad flat no lead）はicパッケージの比較的新しい形であるが，そのユニークな利点のために，その応用は急速に成長した。qfnはリード間の自己インダクタンスを減少させ，高周波用途では明らかな利点を持つリードレスパッケージである。QFNの外観は正方形または長方形であり、サイズはCSPに近いので、それは非常に薄いと軽いです。コンポーネントの下部には、底面とレベルの溶接端があります。熱伝導のために大きな露出した溶接端が中心にある。大きな溶接端部の周囲には電気接続用のI／O溶接端がある。つのタイプのI / O溶接端があります：1つのタイプは、コンポーネントの底の片側を露出させます、そして、他の部品はコンポーネントにカプセル化されます；他のタイプは、はんだ付け端部の部品の側面に露出した部分を有する。

QFNは周辺ピンを使用して製造する PCB配線 フレキシブル, そして、露出した銅のはんだ付け端は、良好な熱伝導率および電気性能を提供する. これらの特性は、Qfnを高容量を必要とするいくつかの電子製品で再利用することを可能にする, 重量, 熱性能, 電気性能.

QFNはICパッケージの比較的新しい形であるので、関連するコンテンツは、IPC - SM - 782などのPCB設計ガイドラインに含まれない。この記事は、QFNパッド設計と生産プロセス設計のユーザーを助けるのを助けることができます。しかし、この記事は参照のための基礎知識だけを提供することに注意されるべきです。ユーザーは継続的に実際の生産の経験を蓄積し、パッドの設計と生産プロセスの設計を最適化し、満足のいく溶接結果を達成する必要があります。

2 . qfnパッケージの説明

QFNの寸法は、一般的な業界標準に準拠した製品マニュアルを参照することができます。QFNは通常、JEDEC MO - 220シリーズ標準アウトラインを採用し、パッドを設計する際にこれらのアウトライン寸法を参照することができます

3つのQFN一般PCB設計ガイド

QFNの中央のベアハンダエンド及び周辺I／Oはんだ付け端は平坦な銅リード構造フレームを形成し、その後、樹脂にキャストされてモールド樹脂で固定される。露出された中央の裸のはんだ付け端および周辺のI／Oハンダ端は、PCBにはんだ付けされなければならない。

PCBパッド設計は、最大のプロセスウィンドウを得て、良好な高信頼性はんだ接合を得るために、工場の実際のプロセス能力に適応されるべきである。なお、中央素溶接端部の溶接は、部品の「アンカー」により良好な放熱効果を得ることができるだけでなく、部品の機械的強度を高めることができ、周辺I／O溶接端部の半田接合信頼性を向上させることができる。QFNの中央の裸のはんだ付け端のために設計されたPCB放熱パッドは、PCB内部層の隠れた金属層に接続するために、ビアを介して設計されなければならない。バイアホールを通るこの種の垂直放熱設計は、QFNを完全な放熱効果を得ることができる。

つのQFNパッド設計ガイド

周辺I / Oパッド

PCB I／Oパッドの設計は、QFNのI／Oはんだ端よりわずかに大きくなければならず、パッドの内側は、はんだ端部の形状と一致するように丸く設計されるべきである

PCBが設計スペースを有する場合、I／Oパッドのアウター延長（Tout）は0.15 mmより大きく、それは外部半田接合の形成を著しく改善することができる。内側の延長（TiN）が0.05 mmより大きいならば、それは橋を避けるのに十分なクリアランスを残している中央の放熱パッドの間で考慮されなければなりません。

セントラル放熱パッド

中央熱放散パッドは、QFN中央のベアはんだ付け端の両側よりも0～0.15 mmであるように設計されなければならない。すなわち、全側長さは0－0.3 mmであるが、中央放熱パッドはあまり大きくないべきではない。それ以外の場合、パッドの間の合理的なギャップは、ブリッジの確率を増加させる。最小間隙は0.15 mmであり、できれば0.25 mm以上である。

放熱ロス

熱放散ビアは，1 . 0 mm‐1 . 2 mmのギャップをもつ中央放熱パッド上に均一に分布する。ビアは、PCBの内部層の金属接地層に接続されるべきである。ビアの直径は0.3 mm〜0.33 mmとする。

ビアを増加させる（ビアギャップを減少させる）が、表面で熱的性能を向上させることができるが、ビアを増加させることによって、熱復帰チャネルも増加するので、実際の効果は不確かであり、実際のPCB状況（PCBのサーマルパッドサイズ、グランドプレーンなど）に従って決定する必要がある。

ソルダーマスク設計

現在、2つのタイプのはんだマスク設計があります：SMD（Ultra Mask Defined）とNSMD（非はんだマスク定義）。SMD：はんだマスク開口部は金属パッドより小さいnsmd：はんだマスク開口部は金属パッドより大きい。

銅の腐食プロセスを制御するのがより容易であるので、NSMDプロセスはより好ましい。さらに、SMDプロセスは、はんだマスクとパッドの金属層とのオーバーラップ領域に圧力を集中させ、これは極端な疲労条件下で半田接合を容易にクラックする。nsmd法では，はんだの信頼性を大幅に向上させることができる。

上記の理由により、NSMDプロセスは、一般的に中央放熱パッド及び周辺I／Oパッドの半田マスク設計において推奨される。しかし、SMDプロセスは、比較的大きなサイズを有する中央熱パッド用の半田マスクの設計に使用されるべきである。

NSMDプロセスを使用する場合、はんだマスクの開口部はパッドよりも120μm 150μmでなければならず、すなわち、はんだマスクと金属パッドとの間に60 um 75μmのギャップが存在し、円弧状パッドは対応するアーク形状の半田マスクで設計されるべきである。層の開口は、特にコーナーでは、ブリッジを防ぐために十分なソルダーマスクが必要と整合されます。

各I／Oパッドは、半田マスク開口部で個別に設計され、隣接するI／Oパッドは、半田マスクで覆われ、隣接するパッド間のブリッジの形成を防止することができる。しかし、I／Oパッド幅が0.25 mm、ファインピッチQFNが0.4 mmのピッチでは、片側の全てのI／Oパッドは、大きな開口で均一に設計することができ、隣接するI／Oパッドの間に半田マスクが存在しない。

若干のQFNの中央の裸のはんだ付け終わりは、大きすぎるように設計されています, だから私は周辺のギャップ/はんだ付け端は非常に小さい, 簡単にブリッジングを引き起こす. この場合は, のはんだマスク設計 PCBサーマルパッド SMDプロセスを採用すべきである, それで, はんだマスク開口部は、中央の熱パッドとI 1との間の半田マスク領域を増加させるために、それぞれの側で100μm減少させるべきである/Oパッド .

はんだマスク層は、はんだが熱ビアから失われるのを防止するために、熱パッド上のビアを覆っていなければならず、その結果、空の半田は、QFNの中央の裸のはんだ付け端とPCBの中央の熱パッドとの間に形成され得る。スルーホール半田マスクの直径は、ビアの直径よりも100μm大きい。多くのキャビティが前面放熱パッドの上に形成されるように、ビアを妨げるためにPCBの後ろにソルダーマスク油を適用することが推奨されます。これらの空洞はリフローはんだ付けプロセスに寄与する。ガスが放出され、ビアの周りに大きな気泡が形成される。これらの気泡の存在は、熱性能、電気的性能及びはんだ接合信頼性に影響を与えないことに留意されたい。