Requisito de design de estêncil em componentes QFN para desempenho ideal de PCBA

Pacote QFN

Os últimos anos testemunharam amplas aplicações de componentes de encapsulamento QFN (Quad Flat No-lead) devido às suas vantagens abrangentes, incluindo excelente desempenho elétrico e térmico, peso leve e tamanho pequeno. Como pacote sem chumbo, os componentes QFN receberam vários focos da indústria, uma vez que apresentam baixa indutância entre os terminais. Os componentes do pacote QFN apresentam quadrados ou retângulos cujas formas de pacote são semelhantes às dos componentes do pacote BGA (Ball Grid Array). Diferentemente do BGA, o QFN não possui esferas de solda na parte inferior e sua conexão elétrica e mecânica com outros componentes é feita através de juntas de solda que são geradas através de solda por refluxo antes da qual a pasta de solda deve ser impressa em pads que estão na superfície do impresso. placa de circuito (PCB).


A impressão com pasta de solda é uma fase tão significativa durante o processo de PCBA (Printed Circuit Board Assembly) que determinará ainda mais a qualidade final e o desempenho da montagem. A impressão com pasta de solda nunca pode ser feita de forma suave ou precisa, a menos que estênceis apropriados sejam projetados e usados, e é por isso que este artigo é gerado.

Design de estêncil

A impressão em pasta de solda desempenha um papel tão essencial na montagem em superfície (SMA) e na tecnologia de montagem eletrônica que a qualidade da impressão em pasta de solda através do estêncil está diretamente associada ao rendimento inicial (FTY) da soldagem de componentes eletrônicos/elétricos de montagem em superfície. Conclui-se que 60% a 70% dos defeitos de soldagem são decorrentes da baixa qualidade da impressão da pasta de solda realizada através do estêncil. Portanto, é necessário realizar um estudo abrangente sobre todos os aspectos relacionados à impressão de pasta de solda através da tecnologia stencil.


Quando se trata de design de estêncil, a excelente abertura é o primeiro elemento que garante juntas de solda ideais e confiáveis.


• Design de moldura de estêncil


A moldura do estêncil geralmente é feita de liga de alumínio com tamanho compatível com os parâmetros da impressora. A fabricação automática exige que o estêncil entre na linha de produção e o tamanho do estêncil seja aceito pela impressora. Nem o tamanho muito grande nem o tamanho muito pequeno podem impulsionar a fabricação suave.


• Design de alongamento de estêncil


O alongamento refere-se ao processo durante o qual a placa de estêncil inoxidável é presa ao quadro. Cola e fita de pasta de alumínio são geralmente usadas no alongamento. O agente de cola é primeiro revestido na conexão da estrutura de liga de alumínio e da placa de estêncil inoxidável e, em seguida, um revestimento protetor é raspado uniformemente. Durante o processo de estiramento, uma distância interna de 25mm a 50mm precisa ser deixada entre a placa de estêncil inoxidável e a moldura para garantir excelente planicidade e estiramento durante a impressão da pasta de solda. Um estêncil recém-fabricado deve manter a tensão na faixa de 40 a 50N por centímetro.


• Design de Marca Fiducial de Estêncil


O posicionamento automático deve ser realizado por impressora durante a linha de fabricação automática para que o estêncil precise conter marcas fiduciais. O desenho da marca fiducial é baseado nas dimensões das marcas em arquivo Gerber de PCB e, em seguida, a abertura é definida na proporção de 1:1 com a gravação realizada no verso do estêncil. De um modo geral, são necessárias pelo menos duas marcas fiduciais em um estêncil em dois ângulos opostos.


• Design de estêncil para almofadas de E/S em torno de componentes QFN


O tamanho da abertura do estêncil deve ser equivalente ao das almofadas de E/S periféricas, para que tal tamanho de abertura seja capaz de garantir que as juntas de solda possam ser formadas com uma altura de pasta de solda de 50 a 75 μm após a soldagem por refluxo ao redor da almofada. Quando se trata de componentes QFN de linha fina, especialmente aqueles cujo passo de E/S é inferior a 0,4 mm, a largura de abertura do estêncil deve ser um pouco reduzida do que os blocos de PCB para evitar pontes entre os blocos de E/S do ambiente. A relação de abertura do estêncil entre largura e espessura (W/T) deve ser superior a 1,5.


• Design de estêncil para almofadas centrais de dissipação térmica de componentes QFN


Almofada central inadequada para design de abertura de dissipação térmica causará todos os tipos de defeitos. Quando os componentes QFN estão passando por soldagem por refluxo, a pasta de solda em grandes almofadas será derretida com fluxo de fusão gerando algum ar escorrendo, levando a problemas como orifícios de ar, orifícios, respingos de solda e bolas de solda. Embora seja quase impossível eliminar esses problemas, seu efeito ruim pode ser reduzido por meio de algumas medidas. Por exemplo, várias matrizes de abertura de malha pequena são coletadas em vez de uma abertura grande. A forma de cada pequena abertura pode ser circular ou quadrada, desde que 50% a 80% das almofadas para dissipação de calor central sejam cobertas por pasta de solda, o que garantirá uma altura de pasta de solda de 50 a 75μm.


• Categoria do estêncil e espessura do estêncil


Sugere-se que o material do estêncil seja inoxidável, enquanto o método de gravação é sugerido como corte a laser. O polimento eletrolítico é realizado na parede do furo para que a parede do furo fique lisa com atrito reduzido, benéfico para a desmoldagem e moldagem da pasta de solda.


A espessura do estêncil desempenha um papel decisivo na quantidade de pasta de solda impressa no PCB. Muita ou pouca pasta de solda levará à geração de defeitos durante a soldagem por refluxo. Muita pasta de solda tende a causar pontes, enquanto pouca pasta de solda tende a causar solda aberta. Sugere-se que os componentes QFN de linha fina (passo é 0,4 mm abaixo) dependam de estênceis com espessura na faixa de 0,12 mm a 0,13 mm e componentes QFN de alto espaçamento (passo é 0,4 mm acima) dependam de estênceis com espessura na faixa de 0,15 mm a 0,2 mm.


• Inspeção de Estêncil


O estêncil deve ser cuidadosamente inspecionado antes da montagem autêntica do SMT com os seguintes itens de inspeção:
a. A inspeção visual deve ser feita para inspecionar o nivelamento do alongamento e certificar-se de que a abertura esteja localizada no centro do estêncil.
b. A inspeção visual deve ser feita para garantir que as posições de abertura do estêncil sejam compatíveis com as almofadas de PCB.
c. O tamanho da abertura do estêncil (comprimento, largura) deve ser inspecionado.
d. O microscópio é usado para inspecionar a lisura da parede do furo de abertura e da superfície do estêncil.
e. O tensiômetro é alavancado para medir a tensão do estêncil.
f. A espessura do estêncil deve ser validada através do resultado da impressão da pasta de solda.

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