Optimaal ontwerp en printen met soldeerpasta compatibel met QFN-componentmontage

De constante verbetering van de dichtheid van elektronische productassemblage leidt zowel elektronische componenten als apparaten tot miniaturisatie, fijne toonhoogte en zelfs geen leads. Dit artikel bespreekt uitstekende printtechnologieën voor soldeerpasta die compatibel zijn met QFN-componenten (quad-flat no-leads) en introduceert QFN-componenten en LCCC-componenten (leadless ceramic chip carrier) waarvan de kenmerken zullen worden uitgewerkt. QFN-structuur en padontwerp zullen ook worden geïntroduceerd op basis van QFN-pakketontwerp, QFN-padontwerp en QFN-stencilopeningsontwerp. Ten slotte zullen uitstekende soldeerpasta-afdruktechnologieën van QFN-componenten worden geanalyseerd vanuit het perspectief van soldeerpasta-ingrediënt, roestvrijstalen stencileigenschappen en parameters, afdrukomgeving, ontwerp van soldeerpasta-afdruktechnologie en afdrukapparatuur met leidende defecten van QFN-component soldeerpasta-afdrukken besproken en praktisch ervaring geïntroduceerd van uitstekende implementatie van soldeerpasta-afdrukken die compatibel is met QFN-componenten.

QFN en LCCC zijn de meest voorkomende twee typen loodvrije componenten die ongebruikelijk zijn. In vergelijking met leadcomponenten hebben zowel de PCB-pad (Printed Circuit Board) als de metalen stencilopening andere pads dan pads voor fijne en lange leads, vooral op het gebied van soldeerpasta-afdruktechnologie.

Essentiële voordelen van QFN

Het belangrijkste materiaal van LCCC-verpakkingen is keramiek, terwijl dat van QFN kunststoffen zijn met zulke lage prijzen die meer worden geaccepteerd door consumentenelektronica. Als gevolg hiervan worden QFN's veel toegepast in kleinschalige huishoudelijke apparaten. QFN-componenten presteren als vierkanten of rechthoeken, wat vergelijkbaar is met die van CSP (chip size package). Het enige verschil tussen beide is dat QFN-componenten geen soldeerballen bevatten, zodat de elektrische en mechanische verbinding tussen printplaat en QFN volledig afhankelijk is van soldeerpasta die wordt gesmolten tijdens reflow-solderen en na afkoeling soldeerverbindingen worden. Omdat de contactafstand de kortste is tussen QFN en PCB-pads, wat leidt tot betere elektrische prestaties en thermische prestaties dan de meeste loodcomponenten, wat vooral geschikter is voor elektronische producten die hogere eisen stellen aan thermische dissipatie en elektrische prestaties. Vergeleken met traditionele PLCC-componenten (plastic leaded chip carrier) nemen QFN-componenten drastisch af in termen van verpakkingsoppervlak, dikte en gewicht, waarbij parasitaire inductantie met 50% is verminderd, zodat ze beter werken, vooral voor mobiele telefoons en computers.

PCB-padontwerp voor QFN-componenten

• Vormontwerp van QFN-pakketten

Als een nieuwere IC (geïntegreerde schakeling) pakketvorm bevatten QFN-componenten een soldeeruiteinde dat parallel is aan de pads op de printplaat. Naakt koper wordt meestal ontworpen in het midden van componenten, wat zorgt voor een betere thermische geleidbaarheid en elektrische prestaties. Dienovereenkomstig kunnen I/O-soldeeruiteinden voor elektrische verbinding worden verdeeld rond de centrale koelribben, waardoor het flexibeler is om PCB-tracering uit te voeren. I/O-soldeeruiteinden zijn er in twee soorten:de ene is om de onderkant van het onderdeel bloot te leggen met andere onderdelen die in een onderdeel zijn verpakt, terwijl het andere type een gedeeltelijk soldeeruiteinde is dat aan de zijkant van het onderdeel wordt blootgelegd.

Met ponsen of zigzag type toegepast, worden koperen draden vervolgens gebruikt om interne wafel en centrale soldeeruiteinde koperen chip te maken en omringende soldeeruiteinden verbonden om een ​​framestructuur te genereren. Hars wordt vervolgens gebruikt om het te fixeren door middel van malfixatie en inkapseling, waardoor de centrale soldeeruiteinden en perifere soldeeruiteinden buiten de verpakking worden blootgesteld.

• Padontwerp voor QFN

Aangezien grote koperen platen voor thermische dissipatie beschikbaar zijn aan de onderkant van QFN-componenten, moeten een uitstekend PCB-padontwerp en metalen stencilontwerp worden geïmplementeerd om betrouwbare soldeerverbindingen op QFN-componenten te genereren. Padontwerp voor QFN bevat drie aspecten:

a. Perifere I/O pinpad-ontwerp

Pad voor I/O op printplaat moet iets groter zijn dan de I/O-soldeeruiteinden van QFN. De binnenzijde van het kussen moet een cirkel vormen om compatibel te zijn met de vorm van het kussen. Als PCB over voldoende ontwerpruimte beschikt, moet de omtreklengte van het I/O-pad op de printplaat ten minste 0,15 mm zijn, terwijl de interne duurzame lengte ten minste 0,05 mm moet zijn om voldoende ruimte te garanderen tussen de pads rond de QFN en die in het centrale deel, het verbieden van overbrugging.

b. PCB-soldeermaskerontwerp

PCB-soldeermaskerontwerp komt hoofdzakelijk in twee categorieën:SMD (gedefinieerd soldeermasker) en NSMD (gedefinieerd niet-soldeermasker). De eerste categorie soldeermasker heeft openingen die kleiner zijn dan metalen pads, terwijl de laatste categorie soldeermasker openingen heeft die groter zijn dan metalen pads. Omdat NSMD-technologie gemakkelijker te controleren is in kopercorrosietechnologie, kan soldeerpasta rond metalen pad worden geplaatst, waarbij de betrouwbaarheid van de soldeerverbindingen aanzienlijk is verbeterd. SMD-technologie moet worden opgepikt in een soldeermaskerontwerp met centrale thermische dissipatie met een relatief groot oppervlak.

De openingen van het soldeermasker moeten 120 tot 150 m groter zijn dan de pads, dat wil zeggen dat er een afstand van 60 tot 75 m moet worden aangehouden tussen het soldeermasker en het metalen kussentje. Het gewelfde padontwerp moet een overeenkomstige gewelfde soldeermaskeropening hebben die hiermee compatibel is. Er moet vooral voldoende soldeermasker op een hoek worden gehouden om te voorkomen dat er brugvorming optreedt. Het soldeermasker moet bij elke I/O-pad worden afgedekt.

Het soldeermasker moet de doorgaande gaten op de pad bedekken voor thermische dissipatie om te voorkomen dat soldeerpasta uit de thermische doorgaande gaten wegvloeit, aangezien het mogelijk leegte solderen tussen het centrale naakte soldeeruiteinde van de QFN en het centrale thermische dissipatiepad van de PCB zal veroorzaken. Soldeermasker met doorgaand gat bestaat voornamelijk in drie soorten:bovenste soldeermasker, onderste soldeermasker en doorgaand gat. De diameter van het soldeermasker met doorlopende gaten moet 100 m groter zijn dan die van het doorlopende gat. Er wordt gesuggereerd dat soldeermaskerolie is gecoat om doorgaande gaten aan de achterkant van de PCB te blokkeren, wat veel holtes kan genereren aan de voorkant van het thermische dissipatiekussen, wat gunstig is voor het vrijkomen van gas tijdens het reflow-soldeerproces.

c. Centraal thermisch kussen en ontwerp met doorgaand gat

Omdat pad is ontworpen voor thermische dissipatie aan de centrale onderkant van QFN, biedt het uitstekende thermische prestaties. Om warmte efficiënt van het interne deel van de IC naar de printplaat te geleiden, moeten een overeenkomstige thermische pad en een doorgaand gat voor thermische dissipatie worden ontworpen aan de onderkant van de printplaat. Thermische pad biedt een betrouwbaar soldeergebied en thermische dissipatie door het gat biedt thermische dissipatiefunctie.

Luchtgaten worden tijdens het solderen gegenereerd door grote pads aan de onderkant van componenten. Om het aantal luchtgaten tot een minimum te beperken, moeten thermische doorgaande gaten worden geopend bij het thermische kussen, waardoor de warmte snel wordt geleid en de thermische dissipatie gunstig is. Aantal en grootte ontwerp van thermische doorgaande gaten hangt af van het toepassingsgebied van de pakketten, de omvang van het IC-vermogen en de vereiste elektrische prestaties.

• QFN-sjabloon openingsontwerp

a. Perifere I/O-pad Lekgatontwerp

Het ontwerp van de metalen stencilopening voldoet over het algemeen aan het principe van de oppervlakteverhouding en de breedte-dikteverhouding, aangezien bepaalde soorten componenten mogelijk profiteren van het principe van lokale verdikking of lokale verdunning.

b. Centrale thermische dissipatie grote pad opening ontwerp

Aangezien het centrale thermische dissipatiekussen tot een grote schaal behoort en gas de neiging heeft te ontsnappen met gegenereerde bellen. Als een grote hoeveelheid soldeerpasta wordt aangebracht, zullen er meer gasgaten ontstaan ​​met tal van defecten, zoals spatten en soldeerballen enz. Om het aantal gasgaten tot een minimum te beperken en een optimale hoeveelheid soldeerpasta te verkrijgen tijdens thermische- dissipatie groot kussenontwerp, een net-lekgatarray is geselecteerd om een ​​groot lekgat te vervangen en elk klein lekgat kan worden ontworpen als een cirkel of vierkant waarvan de grootte onbeperkt is, zolang de hoeveelheid soldeerpasta binnen het bereik van 50% ligt tot 80%.

c. Stenciltype en dikte

Het ontwerp van de opening van het thermische dissipatiepad van metalen stencil is direct geassocieerd met de dikte van de soldeerpasta, waardoor de verbindingshoogte van geassembleerde componenten wordt bepaald.

Uitstekende printtechnologie voor soldeerpasta

Elementen die de afdrukkwaliteit van QFN-soldeerpasta bepalen, omvatten voornamelijk soldeerpasta, PCB-pad, metalen stencil, soldeerpastaprinter en handmatige bewerkingen.

Soldeerpasta heeft een veel gecompliceerder ingrediënt dan pure tinloodlegering, die soldeerlegeringsdeeltjes, vloeimiddel, reologische regulator, viscositeitscontrolemiddel en oplosmiddel bevat. Omdat QFN-componenten een draadloos apparaat zijn met een groot warmtedissipatiekussen in het centrale deel, zijn er relatief hoge eisen gesteld aan de viscositeit en viscositeitscontroletechnologie. De viscositeit van soldeerpasta mag niet te hoog zijn, omdat een te hoge viscositeit het moeilijk maakt om door openingen in het sjabloon te gaan. Bovendien zijn afdruksporen onvolledig met een lage viscositeit.

Hoe kleiner de soldeerpastadeeltjes, hoe stroperiger de soldeerpasta zal zijn. Hoe hoger de hoeveelheid deeltjes, hoe viskeuzer de soldeerpasta zal zijn. Soldeerpasta heeft de hoogste viscositeit met cirkelvormige deeltjes en vice versa. Als het gaat om afdrukken met ultrafijne afstanden, moet soldeerpasta met dunnere deeltjes worden gebruikt om een ​​betere soldeerpasta-resolutie te verkrijgen.

Het printen van soldeerpasta is zo'n gecompliceerd proces dat zoveel technische parameters bevat die elk veel schade zullen aanrichten als ze niet op de juiste manier worden afgesteld. Al die parameters omvatten voornamelijk schraperdruk, afdrukdikte, afdruksnelheid, afdrukmethode, schraperparameter, ontvormsnelheid en stencilreinigingsfrequentie. Wanneer de schraper een lage druk heeft, zal soldeerpasta niet effectief bij de onderkant van de sjabloonopening komen en op de pad vallen. Wanneer de schraper een te grote druk uitoefent, zal de soldeerpasta te dun zijn of zelfs het stencil beschadigen. Aangename verdikking van het printen van soldeerpasta is goed om de assemblagebetrouwbaarheid van QFN-componenten te verbeteren.

Hoge kwaliteit PCB-assemblageservice nodig met QFN-componenten? PCBCart is hier om te helpen!

PCBCart heeft een rijke ervaring in het assembleren van bijna alle soorten elektronische componenten op printplaten, inclusief QFN-componenten. Als u PCBA-eisen heeft, raden we u aan op de onderstaande knop te klikken om een ​​kant-en-klare offerte voor PCB-assemblage aan te vragen. Het is verstandig om het meest kosteneffectieve PCBA-huis op te halen door meerdere aanbiedingen te vergelijken.

Mogelijk bent u ook geïnteresseerd in:
• Elementen die zorgen voor een uitstekend PCB-padontwerp voor QFN
• Stencilontwerpvereisten voor QFN-componenten voor optimale prestaties van PCBA
• Full-feature PCB-productieservice van PCBCart
> Geavanceerde kant-en-klare PCB-assemblageservice van PCBCart