電路設計 - 用於PCB板設計的QFN焊盤設計指南

1 QFN包基本介紹 PCB設計

QFN（Quad Flat No Lead）是一種相對較新的集成電路封裝形式，但由於其獨特的優勢，其應用發展迅速。 QFN是一種無鉛封裝，有助於减少引脚之間的自感，在高頻應用中具有明顯優勢。 QFN的外觀為方形或矩形，尺寸接近CSP，囙此非常薄且輕。 部件底部有一個與底面平齊的焊接端。 中心有一個大的外露焊接端，用於熱傳導。 大焊接端周圍有用於電力連接的輸入/輸出焊接端。 有兩種類型的輸入/輸出焊接端：一種僅露出組件底部的一側，其他部件封裝在組件中； 另一種類型的部件暴露在焊接端的部件側面。

QFN使用週邊引脚製作 PCB佈線 更靈活, 中心裸露的銅焊端具有良好的導熱性和電力效能. 這些特性使QFN能够在一些需要高容量的電子產品中重用, 重量, 熱效能, 和電力效能.

由於QFN是一種相對較新的集成電路封裝形式，囙此在IPC-SM-782等PCB設計指南中沒有包含相關內容。 本文可以幫助指導用戶進行QFN焊盤的設計和生產工藝設計。 然而，需要注意的是，本文只提供了一些基本知識供參考。 用戶需要在實際生產中不斷積累經驗，優化焊盤設計和生產工藝設計，以達到滿意的焊接效果。

2.QFN包說明

QFN的尺寸可參攷其產品手册，該手册符合一般行業標準。 QFN通常採用JEDEC MO-220系列標準外形，在設計焊盤時可以參考這些外形尺寸

QFN通用PCB設計指南

QFN的中央裸露焊接端和週邊輸入/輸出焊接端形成扁平銅線結構框架，然後在樹脂中澆鑄，用模具樹脂固定。 底部表面上暴露的中央裸露焊接端和週邊輸入/輸出焊接端都必須焊接到PCB上。

PCB焊盤設計應適應工廠的實際工藝能力，以獲得最大的工藝視窗和良好的高可靠性焊點。 需要注意的是，對於中央裸露焊接端的焊接，通過部件的“錨”不僅可以獲得良好的散熱效果，而且可以提高部件的機械強度，這有利於提高週邊輸入/輸出焊接端的焊點可靠性。 為QFN的中央裸露焊接端設計的PCB散熱墊應設計有導熱通孔，以連接到PCB內層的隱藏金屬層。 這種通過通孔的垂直散熱設計可以使QFN獲得理想的散熱效果。

QFN焊盤設計指南

1、週邊輸入/輸出板

PCB輸入/輸出焊盤的設計應略大於QFN的輸入/輸出焊接端，焊盤的內側應設計為圓形，以匹配焊接端的形狀

如果PCB有設計空間，輸入/輸出焊盤的外部延伸（Tout）大於0.15mm，這可以顯著改善外部焊點的形成。 如果內部延伸（Tin）大於0.05mm，則必須考慮在中央散熱墊之間留有足够的間隙，以避免橋接。

2、中央散熱墊

中央散熱墊的設計應比QFN中央裸露焊接端的每側大0-0.15mm，即總邊長大0-0.3mm，但中央散熱墊不應太大，否則會影響輸入/輸出。墊之間的合理間隙會新增橋接的概率。 最小間隙為0.15mm，如果可能，最好為0.25mm或更大。

3、散熱孔

散熱孔應均勻分佈在中央散熱墊上，間隙為1.0mm-1.2mm。 過孔應連接到PCB內層的金屬接地層。 通孔直徑建議為0.3mm-0.33mm。

雖然新增過孔（减少過孔間隙），表面上的熱效能似乎可以改善，但由於新增過孔也會新增熱回流通道，實際效果不確定，需要根據PCB的實際情況（如PCB熱焊盤尺寸、接地層）確定。

4、阻焊板設計

目前有兩種類型的焊接掩模設計：SMD（定義的焊接掩模）和NSMD（定義的非焊接掩模）。 SMD：阻焊板開口小於金屬焊盤； NSMD：焊接掩模開口大於金屬焊盤。

由於銅腐蝕過程更容易控制，囙此更優選NSMD過程。 此外，表面貼裝工藝會將壓力集中在焊接掩模和焊盤金屬層的重疊區域，在極端疲勞條件下很容易使焊點開裂。 NSMD工藝使焊料圍繞金屬焊盤的邊緣，這可以顯著提高焊點的可靠性。

由於上述原因，通常建議在中央散熱墊和週邊輸入/輸出墊的焊接掩模設計中使用NSMD工藝。 然而，SMD工藝應用於設計尺寸相對較大的中央熱焊盤的焊接掩模。

使用NSMD工藝時，阻焊板的開口應比焊盤大120um-150um，即阻焊板和金屬焊盤之間應有60um-75um的間隙，弧形焊盤應設計有相應的弧形阻焊板。 層開口相匹配，尤其是在拐角處，應有足够的焊接掩模以防止橋接。

每個輸入/輸出焊盤應單獨設計一個焊接掩模開口，以便相鄰的輸入/輸出焊盤可以用焊接掩模覆蓋，並防止相鄰焊盤之間形成橋。 然而，對於0.25mm的輸入/輸出焊盤寬度和間距僅為0.4mm的細間距QFN，一側的所有輸入/輸出焊盤只能均勻設計為一個大開口，以便相鄰的輸入/輸出焊盤之間沒有阻焊板。

一些QFN的中央裸露焊接端設計得太大, 使與週邊I的間隙/O焊接端非常小, 這很容易導致橋接. 在這種情況下, 焊接掩模設計 PCB熱墊 應採用SMD工藝, 那就是, 每側的阻焊板開口應减少100um，以新增中央熱焊盤和I之間的阻焊板面積/O墊 .

阻焊層應覆蓋熱焊盤上的過孔，以防止焊料從熱過孔中流失，從而在QFN的中央裸焊端和PCB的中央熱焊盤之間形成空焊料。 通孔阻焊膜的直徑應比通孔的直徑大100um。 建議在PCB背面塗上阻焊油，以堵塞過孔，從而在前散熱墊上形成許多空腔。 這些空腔有利於回流焊接過程。 氣體被釋放，在通孔周圍形成較大的氣泡。 應注意，這些氣泡的存在不會影響熱效能、電力效能和焊點可靠性，這是可以接受的。