Design ideal e impressão com pasta de solda compatível com montagem de componentes QFN

A melhoria constante da densidade de montagem do produto eletrônico leva tanto os componentes quanto os dispositivos eletrônicos à miniaturização, ao passo fino e até mesmo à ausência de fios. Este artigo discutirá excelentes tecnologias de impressão de pasta de solda compatíveis com componentes QFN (quad-flat no-leads) e apresentará componentes QFN e componentes LCCC (leadless ceramic chip carrier) cujos recursos serão elaborados. A estrutura QFN e o design do pad também serão introduzidos com base no design da aparência do pacote QFN, no design do pad QFN e no design de abertura do estêncil QFN. Finalmente, excelentes tecnologias de impressão de pasta de solda de componentes QFN serão analisadas a partir das perspectivas do ingrediente de pasta de solda, propriedades e parâmetros de estêncil inoxidável, ambiente de impressão, design de tecnologia de impressão de pasta de solda e equipamento de impressão com defeitos principais de impressão de pasta de solda componente QFN discutido e prático experiência introduzida de excelente implementação de impressão de pasta de solda compatível com componentes QFN.


QFN e LCCC são os dois tipos mais comuns de componentes sem chumbo que são incomuns. Em comparação com os componentes de chumbo, tanto a placa de circuito impresso (PCB) quanto a abertura do estêncil de metal apresentam almofadas diferentes das almofadas para fios finos e longos, especialmente em termos de tecnologia de impressão de pasta de solda.

Vantagens essenciais do QFN

O principal material das embalagens do LCCC é a cerâmica enquanto o do QFN são os plásticos com preços tão baixos que são mais aceitos pelos produtos eletrônicos de consumo. Como resultado, os QFNs são amplamente aplicados em eletrodomésticos de pequena escala. Os componentes QFN funcionam como quadrados ou retângulos, o que é semelhante ao do CSP (chip size package). A única diferença entre eles é que os componentes QFN não contêm bolas de solda abaixo, de modo que a conexão elétrica e mecânica entre a placa PCB e o QFN depende totalmente da pasta de solda que é derretida durante a solda de refluxo e se tornará conexões de solda após o resfriamento. Porque a distância de contato é a mais curta entre as almofadas QFN e PCB, levando a um melhor desempenho elétrico e térmico do que a maioria dos componentes de chumbo, o que é especialmente mais adequado para produtos eletrônicos que exigem maior exigência de dissipação térmica e desempenho elétrico. Em comparação com os componentes tradicionais de PLCC (portador de chip com chumbo de plástico), os componentes QFN diminuem drasticamente em termos de área de embalagem, espessura e peso com indutância parasita reduzida em 50% para que funcionem melhor especialmente para telefones celulares e computadores.

Design de placa de PCB para componentes QFN

• Design de Forma de Pacotes QFN


Como uma forma de pacote IC (circuito integrado) mais recente, os componentes QFN contêm uma extremidade de solda paralela às almofadas na placa de circuito. O cobre nu geralmente é projetado no meio dos componentes, proporcionando melhor condutividade térmica e desempenho elétrico. Assim, as extremidades de solda de E/S para conexão elétrica podem ser distribuídas ao redor das aletas de resfriamento centrais, o que torna mais flexível realizar o rastreamento de PCB. As extremidades de solda de E/S vêm em dois tipos:uma é para expor a parte inferior do componente com outras partes embaladas no componente, enquanto o outro tipo é a extremidade de solda parcial exposta na lateral do componente.


Com o tipo de perfuração ou ziguezague aplicado, os cabos de cobre são então usados ​​para fazer a pastilha interna e o chip de cobre da extremidade de solda central e as extremidades de solda circundantes conectadas para gerar uma estrutura de quadro. A resina é então aproveitada para fixá-la através da fixação e encapsulamento do molde, levando as pontas de solda central e as pontas de solda periféricas a serem expostas fora da embalagem.


• Design de almofada para QFN


Como grandes chapas de cobre para dissipação térmica estão disponíveis na parte inferior dos componentes QFN, um excelente design de placa de PCB e design de estêncil de metal devem ser implementados para gerar conexões de solda confiáveis ​​em componentes QFN. O design do pad para QFN contém três aspectos:


uma. Design de pad de pinos de E/S periférica


A almofada para E/S na placa PCB deve ser projetada para ser um pouco maior do que as extremidades de solda de E/S do QFN. O lado interno da almofada deve ser projetado para ser um círculo para ser compatível com a forma da almofada. Se o PCB tiver espaço de design suficiente, o comprimento perimétrico do bloco de E/S na placa de circuito deve ser de pelo menos 0,15 mm, enquanto o comprimento interno deve ser de pelo menos 0,05 mm para garantir espaço suficiente entre os blocos que estão em torno de QFN e aqueles na parte central, proibindo a realização de pontes.


b. Design de máscara de solda PCB


O design da máscara de solda PCB vem principalmente em duas categorias:SMD (máscara de solda definida) e NSMD (máscara sem solda definida). A primeira categoria de máscara de solda apresenta aberturas menores que as almofadas de metal, enquanto a última categoria de máscara de solda apresenta aberturas maiores que as almofadas de metal. Como a tecnologia NSMD é mais fácil de ser controlada na tecnologia de corrosão de cobre, a pasta de solda pode ser colocada ao redor da almofada de metal com a confiabilidade das conexões de solda muito melhorada. A tecnologia SMD deve ser adotada no design da máscara de solda da almofada de dissipação térmica central com uma área relativamente grande.


As aberturas da máscara de solda devem ser de 120 a 150μm maiores que os pads, ou seja, deve-se manter um espaçamento de 60 a 75μm entre a máscara de solda e o pad de metal. O design da almofada curvada deve ter uma abertura de máscara de solda curvada correspondente que seja compatível com ela. Uma máscara de solda especialmente suficiente deve ser mantida em um canto para impedir a ocorrência de pontes. A máscara de solda deve ser coberta em cada pad de E/S.


A máscara de solda deve cobrir os orifícios na almofada para dissipação térmica para impedir que a pasta de solda flua dos orifícios térmicos, pois possivelmente causará soldagem vazia entre a extremidade de solda nua central do QFN e a almofada de dissipação térmica central da PCB. A máscara de solda passante vem principalmente em três tipos:máscara de solda superior, máscara de solda inferior e furo passante. O diâmetro da máscara de solda do orifício deve ser 100μm maior que o do orifício. Sugere-se que o óleo da máscara de solda seja revestido para bloquear os orifícios na parte traseira do PCB, o que pode gerar muitas cavidades na parte frontal da almofada de dissipação térmica, o que é benéfico para a liberação de gás durante o processo de soldagem por refluxo.


c. Almofada Térmica Central e Design de Orifício de Passagem


Como a almofada foi projetada para dissipação térmica na parte inferior central do QFN, ela apresenta excelente desempenho térmico. Para conduzir eficientemente o calor da parte interna do IC para a placa PCB, uma almofada térmica correspondente e um orifício de dissipação térmica devem ser projetados na parte inferior da PCB. A almofada térmica fornece área de solda confiável e o orifício de dissipação térmica fornece função de dissipação térmica.


Orifícios de ar serão gerados durante a soldagem por grandes almofadas na parte inferior dos componentes. Para reduzir o número de orifícios de ar ao mínimo, orifícios térmicos devem ser abertos na almofada térmica, conduzindo rapidamente o calor e benéfico para a dissipação térmica. O design do número e tamanho dos orifícios térmicos depende do campo de aplicação dos pacotes, extensão da potência do IC e requisitos de desempenho elétrico.


• Design de Abertura de Estêncil QFN


uma. Projeto de furo de vazamento da almofada de E/S periférica


O design da abertura do estêncil de metal geralmente está em conformidade com o princípio da razão de área e razão largura-espessura, uma vez que certos tipos de componentes possivelmente tiram vantagem do princípio de espessamento local ou afinamento local.


b. Design de abertura de almofada grande com dissipação térmica central


Uma vez que a almofada de dissipação térmica central pertence a uma grande escala e o gás tende a ser escapado com bolhas geradas. Se uma grande quantidade de pasta de solda for aplicada, mais furos de gás serão causados ​​com inúmeros defeitos gerados, como respingos e bolas de solda etc. Para reduzir o número de furos de gás ao mínimo e obter a quantidade ideal de pasta de solda durante a dissipação design de almofada grande, uma matriz de orifícios de vazamento líquido é selecionada para substituir um orifício de vazamento grande e cada orifício de vazamento pequeno pode ser projetado para ser um círculo ou quadrado cujo tamanho é ilimitado, desde que a quantidade de revestimento de pasta de solda esteja dentro da faixa de 50% a 80%.


c. Tipo e espessura do estêncil


O design da abertura da almofada de dissipação térmica do estêncil de metal está diretamente associado à espessura do revestimento da pasta de solda, determinando a altura da conexão dos componentes montados.

Excelente tecnologia de impressão de pasta de solda

Os elementos que determinam a qualidade de impressão da pasta de solda QFN incluem principalmente pasta de solda, almofada PCB, estêncil de metal, impressora de pasta de solda e operações manuais.


A pasta de solda apresenta um ingrediente muito mais complicado do que a liga de estanho puro, contendo partículas de liga de solda, fluxo, regulador reológico, agente de controle de viscosidade e solvente. Como os componentes QFN são dispositivos sem chumbo contendo uma grande almofada de dissipação térmica na parte central, a exigência relativamente alta foi definida para a tecnologia de controle de viscosidade e viscosidade. A viscosidade da pasta de solda não deve ser muito alta, pois uma viscosidade muito alta dificultará a passagem pelas aberturas do estêncil. Além disso, os traços de impressão são incompletos com baixa viscosidade.


Quanto menores forem as partículas de pasta de solda, mais viscosa será a pasta de solda. Quanto maior a quantidade de partículas incluídas, mais viscosa será a pasta de solda. A pasta de solda apresenta a maior viscosidade com partículas circulares e vice-versa. Quando se trata de impressão com espaçamento ultrafino, a pasta de solda com partículas mais finas deve ser usada para obter uma melhor resolução da pasta de solda.


A impressão com pasta de solda é um processo tão complicado que contém tantos parâmetros técnicos, cada um dos quais trará muitos danos se forem ajustados inadequadamente. Todos esses parâmetros incluem principalmente pressão do raspador, espessura de impressão, velocidade de impressão, método de impressão, parâmetro do raspador, velocidade de desmoldagem e frequência de limpeza do estêncil. Quando o raspador apresenta baixa pressão, a pasta de solda não chega efetivamente ao fundo da abertura do estêncil e cai na almofada. Quando o raspador apresenta pressão muito grande, a pasta de solda será muito fina ou até danificará o estêncil. O espessamento agradável da impressão da pasta de solda é bom para melhorar a confiabilidade da montagem dos componentes QFN.

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