Optimales Design und Lötpastendruck kompatibel mit QFN-Komponentenmontage

Die ständige Verbesserung der Montagedichte elektronischer Produkte führt sowohl bei elektronischen Komponenten als auch bei elektronischen Geräten zu Miniaturisierung, feinem Raster und sogar zum Verzicht auf Anschlüsse. In diesem Artikel werden ausgezeichnete Lötpastendrucktechnologien diskutiert, die mit QFN-Komponenten (Quad-Flat No-Leads) kompatibel sind, und QFN-Komponenten und LCCC-Komponenten (Leadless Ceramic Chip Carrier) vorgestellt, deren Merkmale ausgearbeitet werden. Die QFN-Struktur und das Pad-Design werden ebenfalls basierend auf dem Aussehen des QFN-Gehäuses, dem QFN-Pad-Design und dem QFN-Schablonenöffnungsdesign eingeführt. Schließlich werden ausgezeichnete Lotpastendrucktechnologien von QFN-Komponenten aus der Perspektive von Lotpasteninhaltsstoffen, rostfreien Schabloneneigenschaften und -parametern, Druckumgebung, Lotpastendrucktechnologiedesign und Druckausrüstung mit führenden Mängeln des QFN-Komponentenlotpastendrucks diskutiert und praktisch analysiert Erfahrung mit einer hervorragenden Implementierung des Lötpastendrucks, die mit QFN-Komponenten kompatibel ist.

QFN und LCCC sind die häufigsten zwei Arten von bleifreien Komponenten, die ungewöhnlich sind. Im Vergleich zu Bleikomponenten weisen sowohl PCB (Printed Circuit Board)-Pads als auch Metallschablonenöffnungen unterschiedliche Pads von Pads für feine und lange Leads auf, insbesondere in Bezug auf die Lotpastendrucktechnologie.

Wesentliche Vorteile von QFN

Das führende Material von LCCC-Gehäusen ist Keramik, während das von QFN Kunststoffe mit so niedrigen Preisen sind, die von Produkten der Unterhaltungselektronik eher akzeptiert werden. Infolgedessen werden QFNs in kleinen Haushaltsgeräten weit verbreitet eingesetzt. QFN-Komponenten funktionieren als Quadrate oder Rechtecke, ähnlich wie bei CSP (Chip Size Package). Der einzige Unterschied zwischen ihnen besteht darin, dass QFN-Komponenten unten keine Lötkugeln enthalten, sodass die elektrische und mechanische Verbindung zwischen Leiterplatte und QFN vollständig auf Lötpaste beruht, die während des Reflow-Lötens geschmolzen wird und nach dem Abkühlen zu Lötverbindungen wird. Da der Kontaktabstand zwischen QFN und PCB-Pads am kürzesten ist, führt dies zu einer besseren elektrischen Leistung und thermischen Leistung als die meisten Bleikomponenten, was insbesondere besser für elektronische Produkte geeignet ist, die höhere Anforderungen an die Wärmeableitung und die elektrische Leistung stellen. Im Vergleich zu herkömmlichen PLCC-Komponenten (Plastic Leaded Chip Carrier) nehmen QFN-Komponenten in Bezug auf Gehäusefläche, Dicke und Gewicht dramatisch ab, wobei die parasitäre Induktivität um 50 % reduziert wird, sodass sie insbesondere für Mobiltelefone und Computer besser funktionieren.

PCB-Pad-Design für QFN-Komponenten

• Formdesign von QFN-Gehäusen

Als neuere IC-Gehäuseform (Integrated Circuit) enthalten QFN-Komponenten ein Lötende, das parallel zu Pads auf der Leiterplatte ist. Blankes Kupfer wird normalerweise in der Mitte von Komponenten entworfen und bietet eine bessere Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leistung. Dementsprechend können I/O-Lötenden für den elektrischen Anschluss an der Umgebung von zentralen Kühlrippen verteilt werden, was es flexibler macht, eine Leiterplattenverfolgung durchzuführen. Es gibt zwei Arten von E/A-Lötenden:Bei der einen Art wird die Unterseite der Komponente freigelegt, wobei andere Teile in der Komponente verpackt sind, während bei der anderen Art das teilweise Lötende an der Seite der Komponente freigelegt wird.

Beim Stanzen oder Zickzack-Typ werden dann Kupferleitungen verwendet, um den Kupferchip des inneren Wafers und des zentralen Lötendes und die umgebenden Lötenden miteinander zu verbinden, um eine Rahmenstruktur zu erzeugen. Harz wird dann genutzt, um es durch Formfixierung und Einkapselung zu fixieren, wobei zentrale Lötenden und periphere Lötenden zur Außenseite des Gehäuses freigelegt werden.

• Pad-Design für QFN

Da große Kupferbleche zur Wärmeableitung an der Unterseite von QFN-Komponenten verfügbar sind, sollte ein hervorragendes PCB-Pad-Design und Metallschablonendesign implementiert werden, um zuverlässige Lötverbindungen auf QFN-Komponenten zu erzeugen. Das Pad-Design für QFN umfasst drei Aspekte:

a. Peripheres E/A-Pin-Pad-Design

Das Pad für I/O auf der Leiterplatte sollte etwas größer als die I/O-Lötenden von QFN sein. Die Innenseite des Kissens sollte kreisförmig gestaltet sein, um mit der Form des Kissens kompatibel zu sein. Wenn die Leiterplatte über ausreichend Platz für das Design verfügt, sollte die Umfangslänge des E/A-Pads auf der Leiterplatte mindestens 0,15 mm betragen, während die innere Dauerlänge mindestens 0,05 mm betragen sollte, um ausreichend Platz zwischen den Pads rund um das QFN und denen im zentralen Teil zu gewährleisten. Überbrückung zu verbieten.

b. PCB-Lötmaskendesign

Das PCB-Lötmaskendesign wird hauptsächlich in zwei Kategorien eingeteilt:SMD (Lötmaskendefiniert) und NSMD (Nicht-Lötmaskendefiniert). Die erstere Kategorie von Lötmasken weist Öffnungen auf, die kleiner als Metallpads sind, während die letztere Kategorie von Lötmasken Öffnungen aufweist, die größer als Metallpads sind. Da die NSMD-Technologie in der Kupferkorrosionstechnologie einfacher zu kontrollieren ist, kann Lötpaste um das Metallpad herum platziert werden, wobei die Zuverlässigkeit der Lötverbindungen stark verbessert wird. Die SMD-Technologie sollte im Lötstoppmaskendesign mit zentraler Wärmeableitung und relativ großer Fläche aufgegriffen werden.

Lötstopplacköffnungen sollten 120 bis 150μm größer sein als Pads, d.h. zwischen Lötstopplack und Metallpad sollte ein Abstand von 60 bis 75μm eingehalten werden. Das gewölbte Pad-Design sollte eine entsprechende gewölbte Lötmaskenöffnung haben, die damit kompatibel ist. Besonders an einer Ecke sollte ausreichend Lötstopplack vorhanden sein, um das Auftreten von Brücken zu verhindern. Die Lötmaske sollte an jedem I/O-Pad abgedeckt werden.

Die Lötmaske sollte die Durchgangslöcher auf dem Pad zur Wärmeableitung abdecken, um zu verhindern, dass Lötpaste aus den thermischen Durchgangslöchern abfließt, da dies möglicherweise zu einem Leerlöten zwischen dem zentralen blanken Lötende des QFN und dem zentralen Wärmeableitungspad der Leiterplatte führt. Durchgangsloch-Lötstoppmasken gibt es hauptsächlich in drei Typen:obere Lötstoppmaske, untere Lötstoppmaske und Durchgangsloch. Der Durchmesser der Durchgangsloch-Lötmaske sollte 100 μm größer sein als der des Durchgangslochs. Es wird empfohlen, Lötmaskenöl aufzutragen, um Durchgangslöcher auf der Rückseite der Leiterplatte zu blockieren, wodurch viele Hohlräume auf der Vorderseite des Wärmeableitungspads entstehen können, was für die Gasfreisetzung während des Reflow-Lötprozesses von Vorteil ist.

c. Zentrales Wärmeleitpad und Durchgangslochdesign

Da das Pad für die Wärmeableitung an der zentralen Unterseite des QFN ausgelegt ist, weist es eine hervorragende Wärmeleistung auf. Um die Wärme effizient vom internen Teil des IC zur Leiterplatte zu leiten, müssen ein entsprechendes Wärmeleitpad und ein Wärmeableitungs-Durchgangsloch an der Unterseite der Leiterplatte vorgesehen werden. Das Wärmeleitpad bietet einen zuverlässigen Lötbereich und das Wärmeableitungs-Durchgangsloch bietet eine Wärmeableitungsfunktion.

Beim Löten entstehen durch große Pads an der Unterseite der Bauteile Luftlöcher. Um die Anzahl der Luftlöcher auf ein Minimum zu reduzieren, sollten thermische Durchgangslöcher am Wärmeleitpad geöffnet werden, die Wärme schnell leiten und der Wärmeableitung zuträglich sind. Anzahl und Größe der thermischen Durchgangslöcher hängen vom Anwendungsbereich der Gehäuse, dem Umfang der IC-Leistung und den Anforderungen an die elektrische Leistung ab.

• QFN-Schablonenöffnungsdesign

a. Peripheres E/A-Pad-Leckloch-Design

Das Design der Metallschablonenöffnung entspricht im Allgemeinen dem Prinzip des Flächenverhältnisses und des Breiten-Dicken-Verhältnisses, da bestimmte Arten von Komponenten möglicherweise das Prinzip der lokalen Verdickung oder lokalen Verdünnung ausnutzen.

b. Design mit zentraler Wärmeableitung und großer Pad-Öffnung

Da ein zentrales Wärmeableitungspad zu einem großen Maßstab gehört und Gas dazu neigt, mit erzeugten Blasen zu entweichen. Wenn eine große Menge Lötpaste aufgetragen wird, werden mehr Gaslöcher mit zahlreichen erzeugten Defekten wie Spritzern und Lötkugeln usw. verursacht. Um die Anzahl der Gaslöcher auf ein Minimum zu reduzieren und eine optimale Menge an Lötpaste während des Wärme- Dissipation großes Pad-Design, eine Netto-Leckloch-Anordnung wird ausgewählt, um ein großes Leckloch zu ersetzen, und jedes kleine Leckloch kann so gestaltet werden, dass es ein Kreis oder ein Quadrat ist, dessen Größe unbegrenzt ist, solange die Lotpastenbeschichtungsmenge im Bereich von 50 % liegt auf 80 %.

c. Schablonentyp und -dicke

Das Design der Öffnung des Wärmeableitungspads der Metallschablone steht in direktem Zusammenhang mit der Dicke der Lötpastenbeschichtung und bestimmt die Verbindungshöhe der montierten Komponenten.

Hervorragende Lotpastendrucktechnologie

Zu den Elementen, die die QFN-Lötpastendruckqualität bestimmen, gehören hauptsächlich Lötpaste, PCB-Pad, Metallschablone, Lötpastendrucker und manuelle Vorgänge.

Lötpaste weist einen viel komplizierteren Inhaltsstoff als reine Zinn-Blei-Legierung auf, die Lötlegierungspartikel, Flussmittel, rheologische Regler, Viskositätsregler und Lösungsmittel enthält. Da QFN-Komponenten bleifreie Bauelemente sind, die im zentralen Teil ein großes Wärmeableitungspad enthalten, wurden relativ hohe Anforderungen an die Viskositäts- und Viskositätssteuerungstechnologie gestellt. Die Viskosität der Lötpaste sollte nicht zu hoch sein, da eine zu hohe Viskosität es schwierig macht, durch Öffnungen auf der Schablone zu gehen. Außerdem sind Druckspuren bei niedriger Viskosität unvollständig.

Je kleiner die Lotpastenpartikel sind, desto viskoser wird die Lotpaste. Je mehr Partikel enthalten sind, desto viskoser wird die Lötpaste. Lötpaste hat die höchste Viskosität mit kreisförmigen Partikeln und umgekehrt. Wenn es um das Drucken mit ultrafeinen Abständen geht, muss Lötpaste mit dünneren Partikeln verwendet werden, um eine bessere Lötpastenauflösung zu erreichen.

Der Lotpastendruck ist ein so komplizierter Prozess, der so viele technische Parameter enthält, von denen jeder bei ungeeigneter Einstellung großen Schaden anrichten kann. Alle diese Parameter umfassen hauptsächlich Schaberdruck, Druckdicke, Druckgeschwindigkeit, Druckverfahren, Schaberparameter, Entformungsgeschwindigkeit und Schablonenreinigungshäufigkeit. Wenn der Schaber einen niedrigen Druck aufweist, wird die Lötpaste nicht effektiv am Boden der Schablonenöffnung ankommen und auf das Pad fallen. Wenn der Schaber einen zu großen Druck ausübt, wird die Lötpaste zu dünn oder beschädigt sogar die Schablone. Eine angenehme Verdickung des Lötpastendrucks ist gut, um die Montagezuverlässigkeit von QFN-Komponenten zu verbessern.

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