Elementos que garantizan un excelente diseño de placa de circuito impreso para QFN

Con el desarrollo de tecnologías de paquetes de componentes electrónicos hacia miniaturas, peso ligero y alto rendimiento, ha sido una tendencia de desarrollo de componentes electrónicos aumentar la densidad de funciones de los componentes y disminuir el espacio entre los terminales de entrada y los terminales de salida, que se muestra mejor con la tecnología de ensamblaje automático que se presenta. por SMT (tecnología de montaje superficial). Para implementar el montaje en superficie de los componentes, el primer paso es fabricar las almohadillas correspondientes en la PCB para que se pueda obtener una PCB estructurada. Luego, se aplica la tecnología de impresión de plantillas para cubrir la pasta de soldadura en la superficie de las placas de circuito impreso. Finalmente, se lleva a cabo el calentamiento para transformar la pasta de soldadura en líquido que se forma en un puente líquido entre los pines de los componentes y la placa de circuito impreso. Bajo la influencia de la máscara de soldadura en la PCB, la fusión de la pasta de soldadura se limita en el área de la almohadilla de soldadura correspondiente para evitar la formación de puentes entre las uniones de soldadura para que se implemente el ensamblaje automático del chip en la PCB. De acuerdo con los diferentes tipos de paquetes, las almohadillas de soldadura circulares y rectangulares se seleccionan principalmente, es decir, BGA (matriz de rejilla de bolas) y paquete QFN (cuadrángulo plano sin plomo). Si desea saber más sobre BGA, basta con CUATRO pasos.

Wiki QFN

En comparación con otros componentes con diferentes tipos de paquetes, el paquete QFN está diseñado para soldarse directamente en sustrato de PCB o FPC. Es capaz de ofrecer una mejor disipación del calor debido a sus almohadillas metálicas expuestas en la parte inferior. Además, el paquete QFN presenta un excelente rendimiento eléctrico ya que sus pines son más cortos que los de los componentes con paquete extendido. Por lo tanto, es de gran importancia diseñar almohadillas QFN en PCB para que se pueda mantener y garantizar la alta confiabilidad y el rendimiento de la PCB.

Ángulo de humectación

Debido a que el tamaño de los pines QFN y el espacio entre los pines son relativamente pequeños, se puede producir un puente de unión de soldadura o una pseudo soldadura debido a la cantidad precisa de recubrimiento de pasta de estaño. Entonces, un diseño razonable en el tamaño de la placa de circuito impreso basado en el grosor de la plantilla (h₀ ) es de gran ayuda para la tasa de éxito de la soldadura. Suponga que el ángulo de humectación del estaño de soldadura en la almohadilla de soldadura (θ_a ) es de 30° y el ángulo de humectación del estaño de soldadura en la máscara de soldadura (θ_r ) es de 160°. Si se desprecia la rugosidad de la superficie de la almohadilla, el ángulo de humectación se puede considerar aproximadamente como el ángulo de avance o retroceso de la línea de contacto trifásica. De acuerdo con la artesanía de soldadura práctica de los componentes QFN, el control razonable de las curvas de temperatura de la soldadura por reflujo en condiciones ideales con el estaño de soldadura completamente derretido y la superficie de la almohadilla mojada es capaz de garantizar la eficiencia de la soldadura y ayudar a los componentes a alcanzar el equilibrio de soldadura de ensamblaje automático. Si la almohadilla tiene un diseño razonable, el estado ideal de las uniones soldadas no solo cumple con los requisitos de rendimiento eléctrico de la placa de circuito impreso y la conexión mecánica, sino que también evita fallas en las uniones soldadas, como puentes y pseudosoldaduras. En ese sentido, el estado de las juntas de soldadura debe cumplir con las siguientes fórmulas:

una. Cuando las juntas de soldadura dentro de QFN están completamente distribuidas en la placa de circuito impreso, θ_a ≤θ_j (Z_u )≤θ_r , θ_j (0)=30°, x₃ (0)=x₄ (0)=D_x4

b. Cuando el estaño fuera de QFN está creciendo en la almohadilla lateral,

(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.

Diseño de almohadilla

En esta fórmula, θ_s3 es igual a θ_a ambos son el ángulo de humectación del estaño de soldadura en la almohadilla lateral.

En la dirección vertical, la ecuación de equilibrio estático del líquido puente es:
P_d L_y (x₃ (0)-x₄ (0)+L_x )+W_z -[T(x₃ (0)-x₄ (0)+L_x )(senθ₂ (0)+senθ₁ (0))+TL_y (senθ₃ (0)+senθ₄ (0))]-ρgV₀ =0

La intensidad de la presión en la parte inferior de las juntas de soldadura (P_d ) es:P_d =[T(x₃ (0)-x₄ (0)+L_x )(senθ₂ (0)+senθ₁ (0))+TL_y (senθ₃ (0)+senθ₄ (0))+ρgV₀ -W_z ]/[L_y (x₃ (0)-x₄ (0)+L_x )]

En estas fórmulas, ρ se refiere a la densidad líquida del estaño de soldadura; T se refiere a la tensión superficial del líquido de unión de soldadura; x₃ (0) y x₄ (0) se refieren al deslizamiento de dos extremos de las juntas de soldadura líquida en el líquido de la almohadilla de soldadura inferior; θ₁ (0) y θ₂ (0) se refieren a los ángulos de contacto en ambos lados formados por la interfaz líquido-gas en ambos lados de las juntas de soldadura y la superficie de la almohadilla inferior, mientras que θ₃ (0) y θ₄ (0) se refieren a los ángulos de contacto en ambos extremos formados por la interfaz líquido-gas en ambos lados; V₀ se refiere al volumen de la junta de soldadura; W_z se refiere a la fuerza aplicada de la almohadilla al final del chip y la junta de soldadura en dirección vertical.

Bajo el límite de la fórmula (1) y (2), las curvas de marco de las juntas de soldadura pueden hacer que las condiciones de contorno en el extremo superior de las juntas de soldadura sean equivalentes a las condiciones iniciales basadas en el método efectivo de soluciones al valor inicial. Dado que la solución al valor inicial es incapaz de cumplir el requisito de que z sea igual a 0, se transforma en un problema equivalente en términos de minimización de la función objetivo que se muestra en la Ecuación (3).

Esta función objetivo minimizada se puede aplicar para determinar el tamaño de diseño ideal del pad D_x4 .

Además, se deben tener en cuenta las características geométricas del ángulo de envoltura de estaño de la almohadilla de PCB. En ese sentido, el tamaño de expansión de la almohadilla debe cumplir con la siguiente ecuación:

En esta ecuación, D_h se refiere al grosor de la viruta exterior de la almohadilla lateral expuesta. A través de la optimización de variables implícitas, el requisito de error esperado se cumple mediante la función objetivo y el tamaño de diseño de las almohadillas internas y externas (D_x4 &D_x3 ) se puede calcular con la necesidad del valor lateral en el extremo inferior.

Este método garantiza que se pueda diseñar bien un pad adecuado para QFN para alcanzar el alto rendimiento eléctrico tanto de este componente como de la PCB. Luego, con capacidad de ensamblaje profesional y calificada, PCBCart es capaz de transformar su diseño ideal en realidad.

Recursos útiles
• Introducción a la tecnología Via-in-pad (VIP)
• Requisitos de diseño de PCB SMT, primera parte:diseño de almohadilla de unión de algunos componentes comunes
• Requisitos de diseño de PCB SMT, segunda parte:Configuración de la conexión Pad-Trace, orificios pasantes, punto de prueba, máscara de soldadura y serigrafía
• Requisito de diseño de plantilla en componentes QFN para un rendimiento óptimo de PCBA
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