Elementen die zorgen voor een uitstekend PCB-padontwerp voor QFN

Met de ontwikkeling van elektronische componentenpakkettechnologieën in de richting van miniatuur, lichtgewicht en hoge prestaties, is het een ontwikkelingstrend van elektronische componenten om de functiedichtheid van componenten te vergroten en de afstand tussen invoerterminals en uitvoerterminals te verkleinen, wat het best wordt weergegeven door automatische assemblagetechnologie die wordt gekenmerkt door SMT (surface mount technology). Om oppervlaktemontage van componenten te implementeren, is de eerste stap het vervaardigen van overeenkomstige pads op PCB's, zodat gestructureerde PCB's kunnen worden verkregen. Vervolgens wordt stencildruktechnologie toegepast om soldeerpasta op het oppervlak van PCB-pads te bedekken. Ten slotte wordt verhitting uitgevoerd om soldeerpasta om te zetten in vloeistof die wordt gevormd tot een vloeibare brug tussen pinnen van componenten en PCB-pad. Onder invloed van soldeermasker op PCB wordt smeltende soldeerpasta beperkt in het overeenkomstige soldeerpad-gebied om overbrugging tussen soldeerverbindingen te voorkomen, zodat automatische assemblage van chip op PCB wordt geïmplementeerd. Volgens verschillende pakkettypes worden voornamelijk ronde en rechthoekige soldeerkussens geselecteerd, dat wil zeggen BGA (ball grid array) en QFN (quad flat no-lead) pakket. Als u meer wilt weten over BGA, zijn slechts VIER stappen voldoende.

QFN Wiki

In vergelijking met andere componenten met verschillende soorten pakketten, is het QFN-pakket ontworpen om direct op PCB- of FPC-substraat te worden gesoldeerd. Het is in staat om een ​​betere warmteafvoer te bieden dankzij de zichtbare metalen pads aan de onderkant. Bovendien biedt het QFN-pakket uitstekende elektrische prestaties, omdat de pinnen korter zijn dan die van componenten met een uitgebreid pakket. Daarom is het van groot belang om QFN-pads op PCB's te ontwerpen, zodat hoge betrouwbaarheid en prestaties van PCB's kunnen worden gehandhaafd en gegarandeerd.

Bevochtigingshoek

Omdat de grootte van QFN-pinnen en de afstand tussen de pinnen relatief klein zijn, kan een soldeerverbindingsbrug of pseudo-solderen worden veroorzaakt door een nauwkeurige hoeveelheid tinpasta-coating. Dus redelijk ontwerp op padgrootte van PCB op basis van de dikte van stencil (h₀ ) is zeer nuttig voor het succespercentage van solderen. Stel dat de bevochtigingshoek van soldeertin op het soldeerpad (θ_a ) is 30° en de bevochtigingshoek van soldeertin op het soldeermasker (θ_r ) is 160°. Als de ruwheid van het oppervlak van het kussen wordt verwaarloosd, kan de bevochtigingshoek ongeveer worden beschouwd als een voortschrijdende of afnemende hoek van de driefasige contactlijn. In overeenstemming met het praktische soldeerambacht van QFN-componenten, is een redelijke controle op temperatuurcurven van reflow-solderen onder een ideale conditie met volledig gesmolten soldeertin en bevochtigd oppervlak in staat om zowel soldeerefficiëntie te garanderen als componenten te helpen de automatische soldeerbalans te bereiken. Als de pad redelijk is ontworpen, voldoet de ideale staat van soldeerverbindingen niet alleen aan de vereiste van elektrische prestaties van PCB en mechanische verbinding, maar vermijdt het ook het falen van soldeerverbindingen zoals overbrugging en pseudo-solderen. In dat licht moet de staat van soldeerverbindingen voldoen aan de volgende formules:

a. Wanneer soldeerverbindingen binnen QFN volledig zijn verdeeld over PCB-pad, θ_a ≤θ_j (Z_u )≤θ_r , θ_j (0)=30°, x₃ (0)=x₄ (0)=D_x4

b. Wanneer tin buiten QFN groeit in het zijkussen,

(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.

Pad-ontwerp

In deze formule, θ_s3 is gelijk aan θ_a beide zijn de bevochtigingshoek van soldeertin op het zijkussen.

In de verticale richting is de vergelijking van het statisch evenwicht van overbruggingsvloeistof:
P_d L_j (x₃ (0)-x₄ (0)+L_x )+W_z -[T(x₃ (0)-x₄ (0)+L_x )(sinθ₂ (0)+sinθ₁ (0))+TL_j (sinθ₃ (0)+sinθ₄ (0))]-ρgV₀ =0

De drukintensiteit aan de onderkant van soldeerverbindingen (P_d ) is:P_d =[T(x₃ (0)-x₄ (0)+L_x )(sinθ₂ (0)+sinθ₁ (0))+TL_j (sinθ₃ (0)+sinθ₄ (0))+ρgV₀ -W_z ]/[L_j (x₃ (0)-x₄ (0)+L_x )]

In deze formules verwijst ρ naar de vloeistofdichtheid van soldeertin; T verwijst naar de oppervlaktespanning van soldeerverbindingsvloeistof; x₃ (0) en x₄ (0) verwijs naar het slippen van twee uiteinden van vloeibare soldeerverbindingen aan de onderkant van de soldeerpadvloeistof; θ₁ (0) en θ₂ (0) verwijzen naar contacthoeken aan beide zijden gevormd door vloeistof-gas-interface aan beide zijden van soldeerverbindingen en onderste padoppervlak terwijl θ₃ (0) en θ₄ (0) verwijzen naar contacthoeken aan beide uiteinden gevormd door vloeistof-gasinterface aan beide zijden; V₀ verwijst naar het volume van de soldeerverbinding; W_z verwijst naar de uitgeoefende kracht van het kussen aan het einde van de chip en de soldeerverbinding in verticale richting.

Onder de limiet van formule (1) en (2) kunnen framekrommen van soldeerverbindingen de randvoorwaarden aan de bovenkant van soldeerverbindingen equivalent maken aan beginvoorwaarden op basis van de effectieve methode van oplossingen voor de beginwaarde. Aangezien de oplossing voor de beginwaarde niet kan voldoen aan de eis dat z gelijk is aan 0, wordt deze omgezet in een equivalente kwestie in termen van objectieve functieminimalisatie die wordt weergegeven in vergelijking (3).

Deze geminimaliseerde objectieffunctie kan worden toegepast om de ideale ontwerpgrootte van pad D_x4 . te bepalen .

Bovendien moet rekening worden gehouden met geometrische kenmerken van de tinwikkelhoek van de PCB-pad. In dat licht moet de expansiegrootte van het kussen voldoen aan de onderstaande vergelijking:

In deze vergelijking, D_h verwijst naar de dikte van de blootgestelde zijpad buiten de chip. Door de optimalisatie van impliciete variabelen wordt aan de verwachte foutvereiste voldaan door de objectieve functie en de ontwerpgrootte van de pads binnen en buiten (D_x4 &D_x3 ) kan worden berekend met de behoefte aan nevenwaarde aan de onderkant.

Deze methode zorgt ervoor dat een pad dat geschikt is voor QFN goed kan worden ontworpen om de hoge elektrische prestaties van zowel dit onderdeel als de PCB te bereiken. Vervolgens is PCBCart, met professionele en gekwalificeerde montagemogelijkheden, in staat om uw ideale ontwerp om te zetten in realiteit.

Handige bronnen
• Introductie van Via-in-pad (VIP)-technologie
• Ontwerpvereiste van SMT-PCB's Deel één:Bonding Pad-ontwerp van enkele gewone componenten
• Ontwerpvereiste van SMT-PCB's Deel twee:Instellingen van pad-trace-verbinding, doorgaande gaten, testpunt, soldeermasker en zeefdruk
• Stencilontwerpvereiste op QFN-componenten voor optimale prestaties van PCBA
• Full-feature PCB-productieservice van PCBCart - Meerdere waarden- toegevoegde opties
• Geavanceerde PCB-assemblageservice van PCBCart - Start vanaf 1 stuk