Элементы, обеспечивающие превосходную конструкцию контактной площадки печатной платы для QFN

С развитием технологий корпусов электронных компонентов в сторону миниатюрности, легкости и высокой производительности, тенденция развития электронных компонентов заключается в увеличении плотности функций компонентов и уменьшении расстояния между входными и выходными клеммами, что лучше всего проявляется в технологии автоматической сборки. SMT (технология поверхностного монтажа). Для осуществления поверхностного монтажа компонентов первым шагом является изготовление соответствующих контактных площадок на печатной плате, чтобы можно было получить структурированную печатную плату. Затем применяется технология трафаретной печати для нанесения паяльной пасты на поверхность контактных площадок печатной платы. Наконец, осуществляется нагрев для превращения паяльной пасты в жидкость, которая образует жидкий мостик между выводами компонентов и контактной площадкой печатной платы. Под воздействием паяльной маски на печатной плате плавление паяльной пасты ограничивается в соответствующей области припойной площадки, чтобы предотвратить образование перемычек между паяными соединениями, чтобы реализовать автоматическую сборку микросхемы на печатной плате. В соответствии с различными типами корпусов в основном выбираются круглые и прямоугольные контактные площадки для пайки, то есть корпус BGA (решетка с шариками) и корпус QFN (квадратный плоский без выводов). Если вы хотите узнать больше о BGA, достаточно всего ЧЕТЫРЕХ шагов.

Вики QFN

По сравнению с другими компонентами с другими типами корпусов, корпус QFN предназначен для непосредственной пайки на подложке печатной платы или FPC. Он способен обеспечить лучший отвод тепла благодаря открытым металлическим накладкам в нижней части. Кроме того, корпус QFN отличается превосходными электрическими характеристиками, так как его контакты короче, чем у компонентов с расширенным корпусом. Поэтому очень важно разработать контактные площадки QFN на печатной плате, чтобы можно было поддерживать и обеспечивать высокую надежность и производительность печатной платы.

Угол смачивания

Поскольку размер выводов QFN и расстояние между выводами относительно малы, паяный мостик или псевдопайка могут быть вызваны точным нанесением оловянной пасты. Таким образом, разумный дизайн по размеру контактной площадки печатной платы в зависимости от толщины трафарета (h₀ ) очень помогает для успеха пайки. Предположим, что угол смачивания оловом припоя на площадке припоя (θ_a ) составляет 30°, а угол смачивания припоя оловом на маске припоя (θ_r ) составляет 160°. Если пренебречь шероховатостью поверхности колодки, угол смачивания можно приблизительно рассматривать как угол опережения или отступания трехфазной линии контакта. В соответствии с практическими методами пайки компонентов QFN разумный контроль температурных кривых пайки оплавлением в идеальных условиях с полностью расплавленным оловом и смоченной поверхностью контактной площадки способен как обеспечить эффективность пайки, так и помочь компонентам достичь баланса пайки при автоматической сборке. Если контактная площадка спроектирована разумно, идеальное состояние паяных соединений не только соответствует требованиям к электрическим характеристикам печатной платы и механическому соединению, но также позволяет избежать выхода из строя паяных соединений, таких как мостовое соединение и псевдопайка. В связи с этим состояние паяных соединений должно соответствовать следующим формулам:

а. Когда паяные соединения внутри QFN полностью распределены по площадке печатной платы, θ_a ≤θ_j (Z_и )≤θ_r , θ_j (0)=30°, x₃ (0)=х₄ (0)=D_x4

б. Когда олово вне QFN растет в боковой прокладке,

(1) θ_j (Z_и )=θ_s3 +90°, θ₄ (0)=30°, θ₃ (0)=30°,

(2) х₃ (0)=х₄ (0)=D_x4 (0), х₃ (Z_и )=0.

Дизайн пэда

В этой формуле θ_s3 равно θ_a оба из которых являются углом смачивания оловянного припоя на боковой площадке.

В вертикальном направлении уравнение статического равновесия кольматирующей жидкости имеет вид:
P_d Л_г (х₃ (0)-x₄ (0)+L_х )+W_г -[Т(х₃ (0)-x₄ (0)+L_х )(sinθ₂ (0)+sinθ₁ (0))+TL_y (sinθ₃ (0)+sinθ₄ (0))]-ρgV₀ =0

Интенсивность давления на дно паяных соединений (P_d ) равно:P_d =[Т(х₃ (0)-x₄ (0)+L_х )(sinθ₂ (0)+sinθ₁ (0))+TL_y (sinθ₃ (0)+sinθ₄ (0))+ρgV₀ -W_г ]/[L_г (х₃ (0)-x₄ (0)+L_х )]

В этих формулах ρ относится к плотности жидкого припоя; T относится к поверхностному натяжению жидкости припоя; х₃ (0) и х₄ (0) относится к проскальзыванию двух концов жидких припоев на нижней поверхности припоя; θ₁ (0) и θ₂ (0) относятся к краевым углам с обеих сторон, образованным границей раздела жидкость-газ на обеих сторонах паяных соединений и поверхности нижней площадки, в то время как θ₃ (0) и θ₄ (0) относятся к краевым углам на обоих концах, образованным границей раздела жидкость-газ с обеих сторон; В₀ относится к объему паяного соединения; Вт_г относится к приложенной силе контактной площадки на конце чипа и паяного соединения в вертикальном направлении.

В пределе формул (1) и (2) каркасные кривые паяных соединений могут сделать граничные условия эквивалентными на верхнем конце паяных соединений начальным условиям на основе эффективного метода решений начального значения. Поскольку решение для начального значения не может удовлетворить требованию, чтобы z было равно 0, оно преобразуется в эквивалентную проблему с точки зрения минимизации целевой функции, которая отображается в уравнении (3).

Эта минимизированная целевая функция может применяться для определения идеального расчетного размера контактной площадки D_x4. .

Кроме того, необходимо учитывать геометрические особенности угла намотки олова на контактную площадку печатной платы. В связи с этим размер расширения подушки должен соответствовать приведенному ниже уравнению:

В этом уравнении D_h относится к толщине открытой боковой площадки снаружи стружки. Благодаря оптимизации неявных переменных требование ожидаемой ошибки удовлетворяется целевой функцией и расчетным размером контактных площадок внутри и снаружи (D_x4 &D_x3 ) можно рассчитать с учетом необходимости бокового значения на нижнем конце.

Этот метод гарантирует, что контактная площадка, подходящая для QFN, может быть хорошо спроектирована для достижения высоких электрических характеристик как этого компонента, так и печатной платы. Затем, благодаря профессиональным и квалифицированным возможностям сборки, PCBCart сможет воплотить ваш идеальный дизайн в реальность.

Полезные ресурсы
• Введение в технологию Via-in-pad (VIP)
• Требования к конструкции печатных плат SMT, часть первая:конструкция контактной площадки для некоторых обычных компонентов
• Требования к конструкции печатных плат SMT, часть вторая:Настройки соединения Pad-Trace, сквозных отверстий, контрольной точки, паяльной маски и шелкографии
• Требование к дизайну трафарета для компонентов QFN для оптимальной производительности печатной платы
• Полнофункциональная услуга по изготовлению печатных плат от PCBCart — Несколько значений — добавлены опции
• Усовершенствованная услуга сборки печатных плат от PCBCart — от 1 штуки