Expertgids voor QFN-componentmontage: ontwerp & soldeerpasta-printoplossingen

De voortdurende verbetering van elektronische productassembledichtheid leidt zowel elektronische componenten als apparaten tot miniaturisatie, fijnere pitch en zelfs geen leads. Dit artikel bespreekt uitstekende soldeerpasta-printtechnologieën compatibel met QFN (quad-flat no-leads) componenten en introduceert QFN-componenten en LCCC (leadless ceramic chip carrier) componenten wier kenmerken worden uitgewerkt. QFN-structuur en pad-ontwerp worden ook geïntroduceerd gebaseerd op QFN-verpakkingsuiterlijk-ontwerp, QFN-pad-ontwerp en QFN-schabloonopening-ontwerp. Ten slotte worden uitstekende soldeerpasta-printtechnologieën van QFN-componenten geanalyseerd vanuit de perspectieven van soldeerpasta-samenstelling, roestvrij schablooneigenschappen en -parameters, printomgeving, soldeerpasta-printtechnologie-ontwerp en printapparatuur, met toonaangevende defecten van QFN-component soldeerpasta-printen besproken en praktische ervaring geïntroduceerd van uitstekende soldeerpasta-printimplementatie compatibel met QFN-componenten.

QFN en LCCC zijn de twee meest voorkomende typen leadloze componenten die ongewoon zijn. Vergeleken met lead-componenten, hebben zowel PCB-pad (Printed Circuit Board) als metaal schabloonopening verschillende pads dan pads voor fijn en lange leads, met name wat betreft soldeerpasta-printtechnologie.

Essentiële voordelen van QFN

Het leidende materiaal van LCCC-verpakkingen is keramisch, terwijl dat van QFN kunststof is met dergelijke lage prijzen die meer geaccepteerd worden door consumentenelektronica-producten. Als resultaat worden QFNs wijd toegepast in kleinschalige huishoudelijke apparaten. QFN-componenten vertonen vierkante of rechthoekige vorm, wat vergelijkbaar is met CSP (chip size package). Het enige verschil is dat QFN-componenten geen soldeerballen onderaan hebben, zodat elektrische en mechanische verbinding tussen PCB-bord en QFN volledig berust op soldeerpasta die gesmolten wordt tijdens reflow-solderen en na afkoeling soldeerverbindingen wordt. Omdat contactafstand het kortst is tussen QFN en PCB-pads, leidt dit tot betere elektrische prestaties en thermische prestaties dan de meerderheid van lead-componenten, wat vooral geschikter is voor elektronische producten die hogere eisen stellen aan warmteafvoering en elektrische prestaties. Vergeleken met traditionele PLCC (plastic leaded chip carrier) componenten, dalen QFN-componenten dramatisch in verpakkingsoppervlak, dikte en gewicht met parasitaire inductie verminderd met 50%, zodat ze beter werken, met name voor mobiele telefoons en computers.

PCB-pad-ontwerp voor QFN-componenten

Vormontwerp van QFN-verpakkingen

Als een nieuwere IC (geïntegreerde schakeling) verpakkingsvorm, bevatten QFN-componenten een soldering-einde dat parallel is aan pads op printplaat. Naakt koper wordt meestal in het midden van componenten ontworpen, wat betere thermische geleiding en elektrische prestaties biedt. Daarom kunnen I/O-soldering-einden voor elektrische verbinding verdeeld worden rond de centrale koelvinnen, wat het flexibeler maakt om PCB-routing uit te voeren. I/O-soldering-einden komen in twee typen: één is om componentbodem bloot te leggen met andere delen verpakt in component, terwijl het andere type deels soldering-einde blootgesteld is aan de zijde van component.

Met punching- of zigzag-type toegepast, worden koperleidingen gebruikt om interne wafer en centrale soldering-einde koperchip en omringende soldering-einden te verbinden om een framestructuur te genereren. Hars wordt vervolgens gebruikt om het te fixeren door vormfixatie en encapsulatie, waardoor centrale soldering-einden en perifere soldering-einden buiten verpakking blootgelegd worden.

Pad-ontwerp voor QFN

Omdat grote koperbladen voor warmteafvoering beschikbaar zijn aan de onderkant van QFN-componenten, moeten uitstekende PCB-pad-ontwerp en metaal schabloon-ontwerp worden geïmplementeerd om betrouwbare soldeerverbindingen op QFN-componenten te genereren. Pad-ontwerp voor QFN bevat drie aspecten:

a. Perifere I/O-pin pad-ontwerp

Pad voor I/O op PCB-bord moet ontworpen worden iets groter dan I/O-soldering-einden van QFN. Interne zijde van pad moet als cirkel worden ontworpen om compatibel te zijn met de vorm van pad. Als PCB voldoende ontwerpruimte heeft, moet perimetrische lengte van I/O-pad op printplaat ten minste 0,15 mm zijn terwijl interne bestendige lengte ten minste 0,05 mm moet zijn om voldoende ruimte te garanderen tussen pads rond QFN en die in het centrale deel, waardoor brugvorming voorkomen wordt.

b. PCB Soldermasker-ontwerp

PCB-soldermasker-ontwerp komt voornamelijk in twee categorieën: SMD (solder mask defined) en NSMD (non-solder mask defined). De eerste categorie soldermasker heeft openings die kleiner zijn dan metalen pads, terwijl de tweede categorie soldermasker openings heeft die groter zijn dan metalen pads. Aangezien NSMD-technologie gemakkelijker te controleren is in koperets-technologie, kan soldeerpasta rond metalen pad worden geplaatst met de betrouwbaarheid van soldeerverbindingen sterk verbeterd. SMD-technologie moet worden gekozen in centrale thermische-afvoering pad soldermasker-ontwerp met een relatief groot oppervlak.

Soldermasker-openingen moeten 120 tot 150 μm groter zijn dan pads, dat wil zeggen, een afstand van 60 tot 75 μm moet worden gehouden tussen soldermasker en metalen pad. Gebogen pad-ontwerp moet een overeenkomstige gebogen soldermasker-opening hebben die compatibel is. Vooral voldoende soldermasker moet aan een hoek worden behouden om brugvorming te voorkomen. Soldermasker moet elk I/O-pad bedekken.

Soldermasker moet doorboorgaten op het pad voor warmteafvoering bedekken om soldeerpasta te stoppen van afvloeien van thermische doorboorgaten, aangezien dit lege soldering tussen QFN-centrale naakte soldering-einde en PCB-centrale thermische-afvoering pad kan veroorzaken. Doorboorgat-soldermasker komt voornamelijk in drie typen: boven soldermasker, onder soldermasker en doorboorgat. Diameter van doorboorgat-soldermasker moet 100 μm groter zijn dan die van doorboorgat. Het wordt voorgesteld dat soldermaskerolie wordt aangebracht om doorboorgaten op de achterkant van PCB te blokkeren, wat veel kaviteiten op de voorkant van thermische-afvoering pad kan genereren, wat gunstig is voor gasontlasting tijdens reflow-solderproces.

c. Centrale thermische pad en doorboorgat-ontwerp

Omdat pad voor warmteafvoering is ontworpen aan de centrale onderkant van QFN, heeft het uitstekende thermische prestaties. Om warmte efficiënt van interne deel van IC naar PCB-bord te geleiden, moeten een corresponderend thermisch pad en thermische-afvoering doorboorgat aan de onderkant van PCB worden ontworpen. Thermisch pad biedt betrouwbaar soldeeroppervlak en thermische-afvoering doorboorgat biedt warmteafvoerfunctie.

Luchtholtes zullen tijdens solderen worden gegenereerd door grote pads aan de onderkant van componenten. Om het aantal luchtholtes te minimaliseren, moeten thermische doorboorgaten op thermisch pad worden geopend, snel warmte geleidend en gunstig voor warmteafvoering. Aantal en grootte-ontwerp van thermische doorboorgaten hangt af van toepassingsveld van verpakkingen, mate van IC-vermogen en elektrische prestatie-eis.

QFN Schabloonopening-ontwerp

a. Perifere I/O-pad lekgaatje-ontwerp

Metaal schabloonopening-ontwerp voldoet doorgaans aan het principe van oppervlakteverhouding en breedte-dikte-verhouding, aangezien bepaald type component mogelijk voordeel trekt uit het principe van lokale verdikking of lokale verdunning.

b. Centrale thermische-afvoering grote pad opening-ontwerp

Omdat centrale thermische-afvoering pad tot grote schaal behoort en gas neigt te ontsnappen met bellen gegenereerd. Als een grote hoeveelheid soldeerpasta wordt toegepast, zullen meer gasholtes worden veroorzaakt met tal van defecten zoals spetteren en soldeerballen. Om het aantal gasholtes te minimaliseren en optimale hoeveelheid soldeerpasta te verkrijgen tijdens thermische-afvoering grote pad-ontwerp, wordt een net lekgaatje-array geselecteerd om een groot lekgaatje te vervangen en elk klein lekgaatje kan worden ontworpen als cirkel of vierkant zolang soldeerpasta-bekledingshoeveelheid binnen het bereik van 50% tot 80% ligt.

c. Schabloon-type en dikte

Metaal schabloon thermische-afvoering pad opening-ontwerp is direct geassocieerd met soldeerpasta-bekledingsdikte, wat de verbindingshoogte van gemonteerde componenten bepaalt.

Uitstekende soldeerpasta-printtechnologie

Elementen die QFN-soldeerpasta-printkwaliteit bepalen, omvatten voornamelijk soldeerpasta, PCB-pad, metaal schabloon, soldeerpasta-printer en handmatige operaties.

Soldeerpasta heeft een veel complexere samenstelling dan puur tin-lood legering, met soldeerlegeringsdeeltjes, flux, rheologische regelaar, viscositeitscontrole-agent en oplosmiddel. Omdat QFN-componenten leadloze apparaten zijn met een grote thermische-afvoering pad in het centrale deel, is een relatief hoge eis gesteld aan viscositeit en viscositeitscontrole-technologie. Viscositeit van soldeerpasta mag niet te hoog zijn, want te hoge viscositeit maakt het moeilijk om door openings in de schabloon te gaan. Bovendien zijn printsporen onvolledig met lage viscositeit.

Hoewel de soldeerpasta-deeltjes kleiner zijn, des te viskeuzer de soldeerpasta zal zijn. Hoe hoger de hoeveelheid deeltjes inbegrepen, des te viskeuzer de soldeerpasta. Soldeerpasta heeft de hoogste viscositeit met cirkelvormige deeltjes en vice versa. Bij ultra-fijn spacing printen, moet soldeerpasta met dunner deeltjes worden gebruikt om betere soldeerpasta-resolutie te verkrijgen.

Soldeerpasta-printen is zo'n complex proces dat zoveel technische parameters bevat, elk van welke veel schade kan aanrichten als ze ongeschikt worden aangepast. Die parameters omvatten voornamelijk schraper-druk, printdikte, printsnelheid, printmethode, schraper-parameter, demoulding-snelheid en schabloon-schoonmaakfrequentie. Wanneer schraper lage druk heeft, zal soldeerpasta niet effectief aan de bodem van schabloonopening komen en op pad vallen. Wanneer schraper te grote druk heeft, zal soldeerpasta te dun zijn of zelfs schabloon beschadigen. Acceptabele verdikking van soldeerpasta-printen is goed om QFN-componenten-assemblagebetrouwbaarheid te verbeteren.

Heeft u hoogwaardige PCB-assemblageservice met QFN-componenten nodig? PCBCart is er om te helpen!

PCBCart heeft rijke ervaring in het monteren van bijna alle soorten elektronische componenten op printplaten, inclusief QFN-componenten. Als u PCBA-eisen heeft, raden we aan om op de onderstaande knop te klikken om turnkey PCB-assemblage-offerte aan te vragen. Het is wijze om de meest kosteneffectieve PCBA-fabriek te kiezen door meerdere aanbiedingen te vergelijken.

U bent misschien ook geïnteresseerd in:

• Elementen die uitstekend PCB-pad-ontwerp voor QFN garanderen
• Schabloon-ontwerpvereiste op QFN-componenten voor optimale PCBA-prestaties
• Volledige PCB-fabricageservice van PCBCart
• Geavanceerde Turnkey PCB-assemblageservice van PCBCart