Diseño óptimo e impresión de soldadura en pasta compatible con el montaje de componentes QFN

La mejora constante de la densidad de ensamblaje de productos electrónicos lleva tanto a los componentes electrónicos como a los dispositivos a la miniaturización, el paso fino e incluso a la ausencia de cables. Este artículo discutirá las excelentes tecnologías de impresión de soldadura en pasta compatibles con los componentes QFN (quad-flat no-leads) e introducirá los componentes QFN y los componentes LCCC (portador de chip de cerámica sin plomo) cuyas características se elaborarán. La estructura QFN y el diseño de la almohadilla también se presentarán en función del diseño de apariencia del paquete QFN, el diseño de la almohadilla QFN y el diseño de apertura de la plantilla QFN. Finalmente, se analizarán las excelentes tecnologías de impresión de pasta de soldadura de los componentes QFN desde la perspectiva del ingrediente de la pasta de soldadura, las propiedades y parámetros de la plantilla de acero inoxidable, el entorno de impresión, el diseño de la tecnología de impresión de soldadura en pasta y el equipo de impresión con los principales defectos de la impresión de pasta de soldadura del componente QFN discutidos y prácticos. experiencia introducida de excelente implementación de impresión de pasta de soldadura compatible con componentes QFN.

QFN y LCCC son los dos tipos más comunes de componentes sin plomo que son inusuales. En comparación con los componentes de plomo, tanto la almohadilla de PCB (placa de circuito impreso) como la abertura de la plantilla de metal presentan almohadillas diferentes de las almohadillas para cables finos y largos, especialmente en términos de tecnología de impresión de pasta de soldadura.

Ventajas esenciales de QFN

El material principal de los paquetes LCCC es la cerámica, mientras que el de QFN son los plásticos con precios tan bajos que son más aceptados por los productos electrónicos de consumo. Como resultado, los QFN se aplican ampliamente en electrodomésticos a pequeña escala. Los componentes QFN funcionan como cuadrados o rectángulos, lo que es similar a CSP (paquete de tamaño de chip). La única diferencia entre ellos es que los componentes QFN no tienen bolas de soldadura debajo, por lo que la conexión eléctrica y mecánica entre la placa PCB y el QFN depende totalmente de la pasta de soldadura que se derrite durante la soldadura por reflujo y se convertirá en conexiones de soldadura después del enfriamiento. Debido a que la distancia de contacto es la más corta entre las almohadillas QFN y PCB, lo que conduce a un mejor rendimiento eléctrico y térmico que la mayoría de los componentes de plomo, lo que es especialmente más adecuado para productos electrónicos que requieren mayores requisitos de disipación térmica y rendimiento eléctrico. En comparación con los componentes tradicionales de PLCC (portador de chips con plomo de plástico), los componentes QFN disminuyen drásticamente en términos de área del paquete, grosor y peso con una inductancia parásita reducida en un 50 % para que funcionen mejor, especialmente para teléfonos celulares y computadoras.

Diseño de placa de circuito impreso para componentes QFN

• Diseño de formas de paquetes QFN

Como forma de paquete de IC (circuito integrado) más reciente, los componentes QFN contienen un extremo de soldadura que es paralelo a las almohadillas en la placa de circuito. El cobre desnudo generalmente se diseña en el medio de los componentes, lo que proporciona una mejor conductividad térmica y rendimiento eléctrico. En consecuencia, los extremos de soldadura de E/S para la conexión eléctrica se pueden distribuir alrededor de las aletas de enfriamiento centrales, lo que hace que sea más flexible realizar el rastreo de PCB. Los extremos de soldadura de E/S vienen en dos tipos:uno es para exponer la parte inferior del componente con otras partes empaquetadas en el componente, mientras que el otro tipo es un extremo de soldadura parcial expuesto en el costado del componente.

Con la aplicación de tipo punzonado o en zigzag, los cables de cobre se utilizan para hacer una oblea interna y un chip de cobre del extremo de soldadura central y los extremos de soldadura circundantes se conectan para generar una estructura de marco. Luego, la resina se aprovecha para fijarla a través de la fijación del molde y la encapsulación, lo que lleva a que los extremos de soldadura central y los extremos de soldadura periféricos queden expuestos en el exterior del paquete.

• Diseño de almohadilla para QFN

Dado que en la parte inferior de los componentes QFN se encuentran disponibles grandes láminas de cobre para la disipación térmica, se debe implementar un excelente diseño de placa de circuito impreso y un diseño de plantilla de metal para generar conexiones de soldadura confiables en los componentes QFN. El diseño de pad para QFN contiene tres aspectos:

una. Diseño de almohadilla de contactos de E/S periférica

La almohadilla para E/S en la placa PCB debe diseñarse para que sea un poco más grande que los extremos de soldadura de E/S de QFN. El lado interno de la almohadilla debe diseñarse en forma de círculo para que sea compatible con la forma de la almohadilla. Si la placa de circuito impreso cuenta con suficiente espacio de diseño, la longitud perimétrica de la almohadilla de E/S en la placa de circuito debe ser de al menos 0,15 mm, mientras que la longitud duradera interna debe ser de al menos 0,05 mm para garantizar suficiente espacio entre las almohadillas que están alrededor de QFN y las de la parte central. prohibiendo que se produzcan puentes.

b. Diseño de máscara de soldadura de PCB

El diseño de la máscara de soldadura de PCB se divide principalmente en dos categorías:SMD (definido como máscara de soldadura) y NSMD (definido como máscara no soldada). La primera categoría de máscara de soldadura presenta aberturas que son más pequeñas que las almohadillas de metal, mientras que la última categoría de máscara de soldadura presenta aberturas que son más grandes que las almohadillas de metal. Dado que la tecnología NSMD es más fácil de controlar en la tecnología de corrosión del cobre, la pasta de soldadura se puede colocar alrededor de la almohadilla de metal con una confiabilidad de las conexiones de soldadura mejorada. La tecnología SMD debe incorporarse en un diseño de máscara de soldadura de almohadilla de disipación térmica central con un área relativamente grande.

Las aberturas de la máscara de soldadura deben ser de 120 a 150 μm más grandes que las almohadillas, es decir, se debe mantener un espacio de 60 a 75 μm entre la máscara de soldadura y la almohadilla de metal. El diseño de la almohadilla combada debe tener una abertura de máscara de soldadura combada correspondiente que sea compatible con él. Se debe mantener una máscara de soldadura especialmente suficiente en una esquina para evitar que se produzcan puentes. La máscara de soldadura debe cubrirse en cada pad de E/S.

La máscara de soldadura debe cubrir los orificios pasantes en la almohadilla para la disipación térmica para evitar que la pasta de soldadura fluya desde los orificios pasantes térmicos, ya que posiblemente cause una soldadura vacía entre el extremo de soldadura desnudo central QFN y la almohadilla de disipación térmica central PCB. La máscara de soldadura de orificio pasante viene principalmente en tres tipos:máscara de soldadura superior, máscara de soldadura inferior y orificio pasante. El diámetro de la máscara de soldadura del orificio pasante debe ser 100 μm mayor que el del orificio pasante. Se sugiere que el aceite de la máscara de soldadura se cubra para bloquear los orificios en la parte posterior de la PCB, lo que puede generar muchas cavidades en la parte frontal de la almohadilla de disipación térmica, lo que es beneficioso para la liberación de gas durante el proceso de soldadura por reflujo.

C. Almohadilla térmica central y diseño de orificio pasante

Debido a que la almohadilla está diseñada para la disipación térmica en la parte inferior central de QFN, presenta un excelente rendimiento térmico. Para conducir eficientemente el calor desde la parte interna del circuito integrado a la placa PCB, se debe diseñar una almohadilla térmica correspondiente y un orificio pasante de disipación térmica en la parte inferior de la PCB. La almohadilla térmica proporciona un área de soldadura confiable y la disipación térmica a través del orificio proporciona una función de disipación térmica.

Se generarán orificios de aire durante la soldadura mediante almohadillas grandes en la parte inferior de los componentes. Para reducir al mínimo la cantidad de orificios de aire, se deben abrir orificios pasantes térmicos en la almohadilla térmica, que conducen el calor rápidamente y son beneficiosos para la disipación térmica. El diseño de la cantidad y el tamaño de los orificios pasantes térmicos depende del campo de aplicación de los paquetes, el alcance de la potencia del IC y los requisitos de rendimiento eléctrico.

• Diseño de apertura de plantilla QFN

una. Diseño de orificio de fuga de almohadilla de E/S periférica

El diseño de apertura de la plantilla de metal generalmente se ajusta al principio de la relación de área y la relación ancho-espesor, ya que cierto tipo de componentes posiblemente aprovecha el principio de engrosamiento local o adelgazamiento local.

b. Diseño de apertura de almohadilla grande de disipación térmica central

Dado que la almohadilla de disipación térmica central pertenece a gran escala y el gas tiende a escaparse con burbujas generadas. Si se aplica una gran cantidad de soldadura en pasta, se generarán más orificios de gas y se generarán numerosos defectos, como salpicaduras y bolas de soldadura, etc. Para reducir al mínimo el número de orificios de gas y obtener una cantidad óptima de soldadura en pasta durante diseño de almohadilla grande de disipación, se selecciona una matriz de orificios de fuga neta para reemplazar un orificio de fuga grande y cada orificio de fuga pequeño puede diseñarse para ser un círculo o un cuadrado cuyo tamaño es ilimitado siempre que la cantidad de recubrimiento de pasta de soldadura esté dentro del rango del 50% al 80%.

C. Tipo de plantilla y grosor

El diseño de apertura de la almohadilla de disipación térmica de la plantilla de metal está directamente asociado con el espesor del recubrimiento de pasta de soldadura, lo que determina la altura de conexión de los componentes ensamblados.

Excelente tecnología de impresión de soldadura en pasta

Los elementos que determinan la calidad de impresión de la soldadura en pasta QFN incluyen principalmente la soldadura en pasta, la almohadilla de PCB, la plantilla de metal, la impresora de soldadura en pasta y las operaciones manuales.

La soldadura en pasta presenta un ingrediente mucho más complicado que la aleación pura de estaño y plomo, que contiene partículas de aleación de soldadura, fundente, regulador reológico, agente de control de la viscosidad y solvente. Debido a que los componentes QFN son dispositivos sin plomo que contienen una gran almohadilla de disipación térmica en la parte central, se han establecido requisitos relativamente altos para la tecnología de control y viscosidad. La viscosidad de la soldadura en pasta no debe ser demasiado alta, ya que una viscosidad demasiado alta dificultará el paso por las aberturas del esténcil. Además, las huellas de impresión están incompletas con baja viscosidad.

Cuanto más pequeñas sean las partículas de pasta de soldadura, más viscosa será la pasta de soldadura. Cuanto mayor sea la cantidad de partículas incluidas, más viscosa será la soldadura en pasta. La soldadura en pasta presenta la mayor viscosidad con partículas circulares y viceversa. Cuando se trata de impresión de espaciado ultrafino, se debe usar pasta de soldar con partículas más delgadas para adquirir una mejor resolución de pasta de soldar.

La impresión de soldadura en pasta es un proceso tan complicado que contiene tantos parámetros técnicos, cada uno de los cuales causará mucho daño si no se ajustan adecuadamente. Todos esos parámetros incluyen principalmente la presión del raspador, el grosor de impresión, la velocidad de impresión, el método de impresión, el parámetro del raspador, la velocidad de desmoldeo y la frecuencia de limpieza de la plantilla. Cuando el raspador presenta baja presión, la soldadura en pasta no llegará efectivamente a la parte inferior de la abertura del esténcil y caerá sobre la almohadilla. Cuando el raspador presenta una presión demasiado grande, la pasta de soldadura será demasiado delgada o incluso dañará la plantilla. El espesamiento agradable de la impresión de soldadura en pasta es bueno para mejorar la confiabilidad del ensamblaje de los componentes QFN.

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