Elementos que garantem um excelente design de pad PCB para QFN

Com o desenvolvimento de tecnologias de pacotes de componentes eletrônicos para miniatura, peso leve e alto desempenho, tem sido uma tendência de desenvolvimento de componentes eletrônicos aumentar a densidade da função do componente e diminuir o espaçamento entre os terminais de entrada e os terminais de saída, o que é melhor exibido pela tecnologia de montagem automática apresentada por SMT (tecnologia de montagem em superfície). A fim de implementar a montagem em superfície dos componentes, o primeiro passo é fabricar as almofadas correspondentes no PCB para que o PCB estruturado possa ser obtido. Em seguida, a tecnologia de impressão de estêncil é aplicada para cobrir a pasta de solda na superfície das almofadas de PCB. Por fim, o aquecimento é realizado para transformar a pasta de solda em líquido que é formado em ponte líquida entre os pinos dos componentes e a placa de PCB. Sob a influência da máscara de solda no PCB, a pasta de solda derretida é limitada na área da almofada de solda correspondente para proibir a ponte entre as juntas de solda, de modo que a montagem automática do chip no PCB seja implementada. De acordo com os diferentes tipos de embalagem, as almofadas de solda circulares e retangulares são principalmente selecionadas, ou seja, pacote BGA (matriz de grade de esferas) e QFN (quad plano sem chumbo). Se você quiser saber mais sobre o BGA, apenas QUATRO passos são suficientes.

QFN Wiki

Comparado com outros componentes com diferentes tipos de encapsulamento, o encapsulamento QFN foi projetado para ser soldado diretamente no substrato PCB ou FPC. É capaz de oferecer uma melhor dissipação de calor devido às suas almofadas de metal expostas na parte inferior. Além disso, o pacote QFN apresenta excelente desempenho elétrico, pois seus pinos são mais curtos do que os componentes com pacote estendido. Portanto, é de grande importância projetar pads QFN em PCB para que a alta confiabilidade e desempenho do PCB possam ser mantidos e garantidos.

Ângulo de molhagem

Como o tamanho dos pinos QFN e o espaçamento entre os pinos são relativamente pequenos, a ponte da junta de solda ou a pseudo-solda podem ser causadas devido à quantidade precisa de revestimento de pasta de estanho. Portanto, design razoável no tamanho do bloco de PCB com base na espessura do estêncil (h₀ ) é muito útil para a taxa de sucesso da soldagem. Suponha que o ângulo de umedecimento do estanho de solda na almofada de solda (θ_a ) é de 30° e o ângulo de umedecimento do estanho de solda na máscara de solda (θ_r ) é 160°. Se a rugosidade da superfície da almofada for desprezada, o ângulo de molhagem pode ser considerado aproximadamente como o ângulo de avanço ou recuo da linha de contato trifásica. De acordo com a prática de soldagem de componentes QFN, o controle razoável nas curvas de temperatura da soldagem por refluxo sob uma condição ideal com estanho de solda totalmente derretido e superfície da almofada umedecida é capaz de garantir a eficiência da soldagem e ajudar os componentes a atingir o equilíbrio de soldagem de montagem automática. Se a almofada for razoavelmente projetada, o estado ideal das juntas de solda não apenas atende aos requisitos de desempenho elétrico da PCB e da conexão mecânica, mas também evita a falha das juntas de solda, como ponte e pseudo-soldagem. A essa luz, o estado das juntas de solda deve atender às seguintes fórmulas:

uma. Quando as juntas de solda dentro do QFN estão completamente distribuídas na placa PCB, θ_a ≤θ_j (Z_u )≤θ_r , θ_j (0)=30°, x₃ (0)=x₄ (0)=D_x4


b. Quando o estanho fora do QFN está crescendo na almofada lateral,

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

(2) x₃ (0)=x₄ (0)=D_x4 (0), x₃ (Z_u )=0.

Design do bloco

Nesta fórmula, θ_s3 é igual a θ_a ambos são o ângulo de umedecimento do estanho de solda na almofada lateral.


Na direção vertical, a equação de equilíbrio estático do líquido de ponte é:
P_d L_s (x₃ (0)-x₄ (0)+L_x )+W_z -[T(x₃ (0)-x₄ (0)+L_x )(senθ₂ (0)+senθ₁ (0))+TL_y (senθ₃ (0)+senθ₄ (0))]-ρgV₀ =0


A intensidade de pressão na parte inferior das juntas de solda (P_d ) é:P_d =[T(x₃ (0)-x₄ (0)+L_x )(senθ₂ (0)+senθ₁ (0))+TL_y (senθ₃ (0)+senθ₄ (0))+ρgV₀ -W_z ]/[L_s (x₃ (0)-x₄ (0)+L_x )]


Nestas fórmulas, ρ refere-se à densidade do líquido do estanho de solda; T refere-se à tensão superficial do líquido da junta de solda; x₃ (0) e x₄ (0) referem-se ao deslizamento de duas extremidades das juntas de solda líquidas na parte inferior da almofada de solda líquida; θ₁ (0) e θ₂ (0) referem-se a ângulos de contato em ambos os lados formados pela interface líquido-gás em ambos os lados das juntas de solda e superfície da almofada inferior enquanto θ₃ (0) e θ₄ (0) referem-se a ângulos de contato em ambas as extremidades formados por interface líquido-gás em ambos os lados; V₀ refere-se ao volume da junta de solda; W_z refere-se à força aplicada da almofada na extremidade do chip e da junta de solda na direção vertical.


Sob o limite das fórmulas (1) e (2), as curvas de estrutura das juntas de solda podem tornar as condições de contorno equivalentes na extremidade superior das juntas de solda às condições iniciais com base no método efetivo de soluções para o valor inicial. Como a solução para o valor inicial é incapaz de atender ao requisito de que z seja igual a 0, ela é transformada em uma questão equivalente em termos de minimização da função objetivo que é apresentada na Equação (3).

Esta função objetiva minimizada pode ser aplicada para determinar o tamanho ideal do projeto do bloco D_x4 .


Além disso, as características geométricas do ângulo de envoltório de estanho da placa de PCB devem ser levadas em consideração. Sob essa luz, o tamanho de expansão do bloco deve seguir a equação sobre abaixo:


Nesta equação, D_h refere-se à espessura do chip externo da almofada lateral exposta. Através da otimização de variáveis ​​implícitas, o requisito de erro esperado é atendido pela função objetivo e pelo tamanho do projeto dos blocos dentro e fora (D_x4 &D_x3 ) pode ser calculado com a necessidade do valor lateral na extremidade inferior atendida.

Este método garante que um pad adequado para QFN possa ser bem projetado para alcançar o alto desempenho elétrico tanto deste componente quanto da PCB. Então, com capacidade de montagem profissional e qualificada, a PCBCart é capaz de transformar seu projeto ideal em realidade.

Recursos Úteis
• Introdução à Tecnologia Via-in-pad (VIP)
• Requisitos de Projeto de PCBs SMT Parte Um:Projeto de Almofada de Ligação de Alguns Componentes Comuns
• Requisitos de Projeto de PCBs SMT Parte Dois:Configurações de conexão Pad-Trace, orifícios de passagem, ponto de teste, máscara de solda e serigrafia
• Requisito de design de estêncil em componentes QFN para desempenho ideal de PCBA
• Serviço completo de fabricação de PCB da PCBCart - Multiple Value- opções adicionadas
• Serviço Avançado de Montagem de PCB da PCBCart - Comece a partir de 1 peça