Оптимизация сборки печатных плат: рекомендации по дизайну трафарета для QFN компонентов

QFN корпус

Последние годы стали свидетелями широкого применения QFN (Quad Flat No-lead) корпусов компонентов благодаря их комплексным преимуществам, включая отличную электрическую и тепловую производительность, легкий вес и малый размер. Как безвыводный корпус, QFN компоненты получили многочисленные фокусы от отрасли, поскольку они обладают низкой индуктивностью между выводами. QFN корпус компонентов имеет квадратную или прямоугольную форму, формы корпуса похожи на BGA (Ball Grid Array) корпус компонентов. В отличие от BGA, QFN не имеет шаров припоя на нижней стороне, и его электрическое и механическое соединение с другими компонентами достигается через пайкиные соединения, генерируемые через рефлоу-пайку, перед которой паяльная паста должна быть напечатана на площадках на поверхности печатной платы (PCB).

Печать паяльной пасты — такая значимая фаза в процессе PCBA (сборки печатных плат), что она далее определяет конечное качество и производительность сборки. Печать паяльной пасты никогда не может быть гладкой или точной, если не спроектированы и не используются соответствующие трафареты, поэтому эта статья и была создана.

Дизайн трафарета

Печать паяльной пасты играет такую существенную роль в поверхностном монтаже (SMA) и технологии электронной сборки, что качество печати паяльной пасты через трафарет напрямую ассоциировано с First Time Yield (FTY) пайки поверхностно-монтируемых электронных/электрических компонентов. Сделан вывод, что 60%-70% дефектов пайки происходят из-за низкого качества печати паяльной пасты, выполненной через трафарет. Поэтому необходимо реализовать комплексное изучение всех аспектов, касающихся печати паяльной пасты через технологию трафарета.

Когда речь идет о дизайне трафарета, отличное отверстие — первый элемент, гарантирующий оптимальные и надежные пайкиные соединения.

• Дизайн рамы трафарета

Рама трафарета обычно изготавливается из алюминиевого сплава с размером, совместимым с параметрами принтера. Автоматизированное производство требует, чтобы трафарет попадал на производственную линию, и размер трафарета должен быть принят принтером. Ни слишком большой, ни слишком маленький размер не могут обеспечить гладкое производство.

• Дизайн натяжения трафарета

Натяжение относится к процессу, в ходе которого нержавеющая стальная пластина трафарета приклеивается к раме. Клей и алюминиевая лента обычно используются в натяжении. Клейовой агент сначала наносится на соединение алюминиевой рамы и нержавеющей стальной пластины трафарета, а затем защитное покрытие равномерно скребется. В процессе натяжения внутреннее расстояние 25-50 мм должно быть оставлено между нержавеющей стальной пластиной трафарета и рамой для гарантии отличной плоскости и натяжения при печати паяльной пасты. Только что изготовленный трафарет должен поддерживать натяжение в диапазоне 40-50 Н на сантиметр.

• Дизайн фидуциальных маркеров трафарета

Автоматическое позиционирование должно выполняться принтером во время автоматической производственной линии, поэтому трафарет должен содержать фидуциальные маркеры. Дизайн фидуциальных маркеров основан на размерах маркеров в Gerber файле печатной платы, а затем отверстие устанавливается в соотношении 1:1 с травлением на обратной стороне трафарета. Вообще говоря, на трафарете требуется не менее двух фидуциальных маркеров в двух противоположных углах.

• Дизайн трафарета для периферийных I/O площадок вокруг QFN компонентов

Размер отверстия трафарета должен быть эквивалентен периферийным I/O площадкам, чтобы такой размер отверстия мог обеспечить формирование пайкиных соединений с высотой паяльной пасты 50-75 мкм после рефлоу-пайки вокруг площадки. Когда речь идет о мелколинейных QFN компонентах, особенно тех, чей I/O шаг менее 0.4 мм, ширина отверстия трафарета должна быть немного уменьшена по сравнению с печатными площадками для избежания бриджинга между окружающими I/O площадками. Соотношение отверстия трафарета между шириной и толщиной (W/T) должно быть более 1.5.

• Дизайн трафарета для центральных теплоотводящих площадок QFN компонентов

Неподходящий центральный термопад дизайн отверстия вызовет все виды дефектов. Когда QFN компоненты проходят через рефлоу-пайку, паяльная паста на больших площадках плавится с плавящимся флюсом, генерирующим некоторый воздух, протекающий поверх, приводя к таким проблемам, как воздушные отверстия, игольчатые отверстия, брызги припоя и шары припоя. Хотя практически невозможно устранить эти проблемы, их плохой эффект может быть уменьшен через некоторые меры. Например, выбирается множественная мелкая сетчатая массив отверстий вместо большого отверстия. Форма каждого малого отверстия может быть либо кругом, либо квадратом, пока 50%-80% площадок для центрального теплоотвода покрыты паяльной пастой, что обеспечит высоту паяльной пасты 50-75 мкм.

• Категория трафарета и толщина трафарета

Материал трафарета предлагается нержавеющей сталью, а метод травления — лазерная резка. Электролитическое полирование проводится на стенке отверстия, так что стенка отверстия будет гладкой с уменьшенным трением, благоприятным для снимания и формовки паяльной пасты.

Толщина трафарета играет решающую роль в количестве паяльной пасты, напечатанной на печатной плате. Либо слишком много, либо слишком мало паяльной пасты приведет к генерации дефектов при рефлоу-пайке. Слишком много паяльной пасты склонно вызывать бриджинг, в то время как слишком мало — открытые пайки. Предлагается, что мелкошаговые QFN компоненты (шаг 0.4 мм и ниже) зависят от трафаретов с толщиной в диапазоне 0.12-0.13 мм, а высокошаговые QFN компоненты (шаг 0.4 мм и выше) зависят от трафаретов с толщиной в диапазоне 0.15-0.2 мм.

• Инспекция трафарета

Трафарет должен быть тщательно инспектирован перед аутентичной SMT сборкой со следующими пунктами инспекции:
a. Визуальная инспекция для проверки плоскости натяжения и обеспечения, что отверстие расположено в центре трафарета.
b. Визуальная инспекция для обеспечения, что позиции отверстий трафарета совместимы с печатными площадками.
c. Размер отверстия трафарета (длина, ширина) должен быть инспектирован.
d. Микроскоп используется для инспекции гладкости стенки отверстия и поверхности трафарета.
e. Тензиометр используется для измерения натяжения трафарета.
f. Толщина трафарета должна быть подтверждена через результат печати паяльной пасты.

Закажите высококачественный трафарет у PCBCart прямо онлайн

PCBCart предоставляет высококачественные и экономичные нержавеющие трафареты клиентам для вклада в высокую надежность и функциональность конечных изделий. У нас есть удобная онлайн-система котировки и заказа трафаретов, на которой вы можете легко делать котировки трафаретов, заполняя пару параметров, а затем напрямую заказывать после подтверждения всего.

Полезные ресурсы:
• PCBCart предлагает лазерные трафареты. Купить трафарет отдельно или вместе с печатными платами
• PCBCart производит печатные платы по стандартам IPC Class 3
• PCBCart обладает продвинутым сервисом сборки печатных плат — множество вариантов добавленной стоимости
• Сервис закупки компонентов от PCBCart — НЕТ поддельных электронных компонентов
• Требования к файлам для эффективного и гладкого производства печатных плат