Экспертное руководство по монтажу QFN компонентов: дизайн и решения печати паяльной пасты

Постоянное улучшение плотности сборки электронных изделий приводит к миниатюризации, мелкому шагу и даже безвыводным исполнениям как электронных компонентов, так и устройств. В этой статье будут обсуждаться отличные технологии печати паяльной пасты, совместимые с QFN (quad-flat no-leads) компонентами, и представлены QFN компоненты и LCCC (leadless ceramic chip carrier — безвыводные керамические корпусы) компоненты, чьи особенности будут разработаны. Структура QFN и дизайн площадок также будут представлены на основе дизайна внешнего вида QFN корпуса, дизайна площадок QFN и дизайна отверстий трафарета QFN. Наконец, отличные технологии печати паяльной пасты QFN компонентов будут проанализированы с точки зрения состава паяльной пасты, свойств и параметров нержавеющей стальной трафареты, среды печати, дизайна технологии печати паяльной пасты и печатного оборудования, с обсуждением ведущих дефектов печати паяльной пасты QFN компонентов и введением практического опыта отличной реализации печати паяльной пасты, совместимой с QFN компонентами.

QFN и LCCC — два наиболее распространенных типа безвыводных компонентов, которые необычны. По сравнению с выводными компонентами, как печатная плата (PCB) площадка, так и отверстие металлической трафареты имеют разные площадки от площадок для тонких и длинных выводов, особенно в плане технологии печати паяльной пасты.

Основные преимущества QFN

Ведущий материал LCCC корпусов — керамика, в то время как у QFN — пластик с такими низкими ценами, которые более приняты потребительской электроникой. В результате QFN широко применяются в мелких бытовых приборах. QFN компоненты выполняются в виде квадратов или прямоугольников, что похоже на CSP (chip size package). Единственное различие между ними в том, что QFN компоненты не имеют шаров припоя снизу, поэтому электрическое и механическое соединение между печатной платой и QFN полностью полагается на паяльную пасту, которая плавится при рефлоу-пайке и становится пайкиными соединениями после охлаждения. Поскольку контактное расстояние между QFN и печатными площадками минимально, это приводит к лучшей электрической и тепловой производительности, чем большинство выводных компонентов, что особенно более подходит для электронных изделий, требующих более высоких требований к теплоотводу и электрической производительности. По сравнению с традиционными PLCC (plastic leaded chip carrier) компонентами, QFN компоненты резко уменьшаются в плане площади корпуса, толщины и веса с уменьшением паразитной индуктивности на 50%, поэтому они работают лучше, особенно для мобильных телефонов и компьютеров.

Дизайн печатных площадок для QFN компонентов

• Дизайн формы QFN корпусов

Как более новая форма корпуса IC (интегральной схемы), QFN компоненты содержат пайкиный конец, параллельный площадкам на печатной плате. Нагая медь обычно проектируется в середине компонентов, обеспечивая лучшую теплопроводность и электрическую производительность. Соответственно, I/O пайкиные концы для электрического соединения могут быть распределены вокруг центральных охлаждающих ребер, что делает более гибкой проведение трассировки печатной платы. I/O пайкиные концы бывают двух типов: один — открыть дно компонента с упаковкой других частей в компоненте, другой тип — частичный пайкиный конец открыт сбоку компонента.

С применением штамповки или зигзаг-типа, медные выводы затем используются для соединения внутреннего кристалла и центрального пайкиного конца медного чипа и окружающих пайкиных концов для генерации рамочной структуры. Смола затем используется для фиксации через формовку и инкапсуляцию, приводя центральные пайкиные концы и периферийные пайкиные концы к экспонированию снаружи корпуса.

• Дизайн площадок для QFN

Поскольку большие медные листы для теплоотвода доступны на дне QFN компонентов, отличный дизайн печатных площадок и дизайн металлической трафарета должны быть реализованы для генерации надежных пайкиных соединений на QFN компонентах. Дизайн площадок для QFN содержит три аспекта:

a. Дизайн периферийных площадок I/O выводов

Площадка для I/O на печатной плате должна быть спроектирована немного больше, чем I/O пайкиные концы QFN. Внутренняя сторона площадки должна быть спроектирована как круг для совместимости с формой площадки. Если печатная плата имеет достаточное проектное пространство, периметрическая длина I/O площадки на печатной плате должна быть не менее 0.15 мм, а внутренняя длиная длина — не менее 0.05 мм для гарантии достаточного пространства между площадками вокруг QFN и теми в центральной части, запрещая бриджинг.

b. Дизайн паяльной маски печатной платы

Дизайн паяльной маски печатной платы основно делится на две категории: SMD (solder mask defined) и NSMD (non-solder mask defined). Первая категория паяльной маски имеет отверстия, меньшие металлических площадок, в то время как вторая категория — отверстия, большие металлических площадок. Поскольку NSMD технология легче контролируется в технологии коррозии меди, паяльная паста может быть размещена вокруг металлической площадки с огромным улучшением надежности пайкиных соединений. SMD технологию следует выбирать в дизайне паяльной маски центральной теплоотводящей площадки с относительно большой площадью.

Отверстия паяльной маски должны быть на 120-150 мкм больше площадок, то есть расстояние 60-75 мкм должно сохраняться между паяльной маской и металлической площадкой. Изогнутый дизайн площадки должен иметь соответствующее изогнутое отверстие паяльной маски, совместимое с ним. Особенно достаточное паяльное масло должно сохраняться в углу для предотвращения бриджинга. Паяльная маска должна покрывать каждый I/O площадку.

Паяльная маска должна покрывать сквозные отверстия на площадке для теплоотвода, чтобы остановить вытекание паяльной пасты из тепловых сквозных отверстий, так как это может вызвать пустые пайки между центральным открытым пайкиным концом QFN и центральной теплоотводящей площадкой печатной платы. Сквозная паяльная маска в основном бывает трех типов: верхняя паяльная маска, нижняя паяльная маска и сквозное отверстие. Диаметр сквозной паяльной маски должен быть на 100 мкм больше диаметра сквозного отверстия. Предлагается, что паяльное масло наносится для блокировки сквозных отверстий на обратной стороне печатной платы, что может генерировать множество полостей на передней стороне теплоотводящей площадки, что полезно для выделения газа при рефлоу-пайке.

c. Центральная тепловая площадка и дизайн сквозных отверстий

Поскольку площадка спроектирована для теплоотвода в центральном дне QFN, она обладает отличной тепловой производительностью. Для эффективного проведения тепла из внутренней части IC в печатную плату, соответствующая тепловая площадка и теплоотводящие сквозные отверстия должны быть спроектированы в дне печатной платы. Тепловая площадка обеспечивает надежную пайку площадь, а теплоотводящие сквозные отверстия обеспечивают функцию теплоотвода.

Воздушные отверстия будут генерироваться при пайке большими площадками внизу компонентов. Для уменьшения количества воздушных отверстий до минимума, тепловые сквозные отверстия должны быть открыты на тепловой площадке, быстро проводя тепло и благоприятствуя теплоотводу. Количество и размер дизайна тепловых сквозных отверстий зависят от области применения корпусов, степени мощности IC и требований электрической производительности.

• Дизайн отверстий трафарета QFN

a. Дизайн отверстий утечки периферийных I/O площадок

Дизайн отверстий металлической трафарета обычно соответствует принципу отношения площадей и отношения ширины к толщине, так как определенный тип компонентов может воспользоваться принципом локального утолщения или локального утончения.

b. Дизайн отверстия большой центральной теплоотводящей площадки

Поскольку центральная теплоотводящая площадка принадлежит к большому масштабу, и газ склонен выходить с генерацией пузырей. Если применяется большое количество паяльной пасты, больше газовых отверстий будет вызвано с множеством дефектов, таких как брызги и шары припоя. Для уменьшения количества газовых отверстий до минимума и получения оптимального количества паяльной пасты при дизайне большой теплоотводящей площадки, выбирается массивная сетка мелких отверстий вместо большого отверстия, и каждое малое отверстие может быть спроектировано как круг или квадрат, размер которого неограничен, пока количество паяльной пасты находится в диапазоне 50%-80%.

c. Тип трафарета и толщина

Дизайн отверстия металлической трафарета теплоотводящей площадки напрямую связан с толщиной покрытия паяльной пасты, определяющей высоту соединения собранных компонентов.

Отличная технология печати паяльной пасты

Элементы, определяющие качество печати паяльной пасты QFN, в основном включают паяльную пасту, печатную площадку печатной платы, металлическую трафарету, принтер паяльной пасты и ручные операции.

Паяльная паста имеет гораздо более сложный состав, чем чистый сплав олово-свинец, содержащий частицы сплава припоя, флюс, реологический регулятор, агент контроля вязкости и растворитель. Поскольку QFN компоненты являются безвыводными устройствами, содержащими большую теплоотводящую площадку в центральной части, относительно высокое требование было поставлено к вязкости и технологии контроля вязкости. Вязкость паяльной пасты не должна быть слишком высокой, так как слишком высокая вязкость сделает трудным прохождение через отверстия трафарета. Кроме того, следы печати неполные при низкой вязкости.

Чем меньше частицы паяльной пасты, тем более вязкой будет паяльная паста. Чем больше количество включенных частиц, тем более вязкой будет паяльная паста. Паяльная паста имеет наивысшую вязкость с круглыми частицами и наоборот. Когда речь идет об ультратонкой печати с шагом, паяльная паста с более тонкими частицами должна использоваться для получения лучшего разрешения паяльной пасты.

Печать паяльной пасты — такой сложный процесс, содержащий так много технических параметров, каждый из которых принесет большой вред, если они несоответственно настроены. Все эти параметры в основном включают давление ракла, толщину печати, скорость печати, метод печати, параметры ракла, скорость снимания и частоту очистки трафарета. Когда ракл имеет низкое давление, паяльная паста не сможет эффективно достичь дна отверстия трафарета и упасть на площадку. Когда ракл имеет слишком большое давление, паяльная паста будет слишком тонкой или даже повредит трафарет. Приятное утолщение печати паяльной пасты хорошо для улучшения надежности сборки QFN компонентов.

Нужен высококачественный сервис сборки печатных плат с QFN компонентами? PCBCart здесь, чтобы помочь!

PCBCart имеет богатый опыт в сборке почти всех видов электронных компонентов на печатные платы, включая QFN компоненты. Если у вас возникают потребности в PCBA, мы рекомендуем нажать кнопку ниже, чтобы запросить turnkey котировку сборки печатных плат. Мудро выбирать наиболее экономичный PCBA дом, сравнивая множество предложений.

Вы также можете быть заинтересованы:
• Элементы, обеспечивающие отличный дизайн печатных площадок для QFN
• Требования к дизайну трафарета для QFN компонентов для оптимальной производительности PCBA
• Полнофункциональный сервис производства печатных плат от PCBCart
• Продвинутый turnkey сервис сборки печатных плат от PCBCart