Anforderungen an das Schablonendesign für QFN-Komponenten für eine optimale Leistung von PCBA

QFN-Paket

In den letzten Jahren wurden aufgrund ihrer umfassenden Vorteile, einschließlich ausgezeichneter elektrischer und thermischer Leistung, geringem Gewicht und geringer Größe, breite Anwendungen von QFN-Gehäusekomponenten (Quad Flat No-Lead) erlebt. Als bleifreies Gehäuse haben QFN-Komponenten zahlreiche Aufmerksamkeiten von der Industrie erhalten, da sie eine niedrige Induktivität zwischen den Anschlüssen aufweisen. QFN-Gehäusekomponenten verfügen über quadratische oder rechteckige Gehäuseformen, die denen von BGA-Gehäusekomponenten (Ball Grid Array) ähneln. Im Gegensatz zu BGA hat QFN keine Lötkugeln an der Unterseite und seine elektrische und mechanische Verbindung mit anderen Komponenten wird durch Lötverbindungen erreicht, die durch Reflow-Löten erzeugt werden, bevor Lötpaste auf Pads gedruckt werden muss, die sich auf der bedruckten Oberfläche befinden Platine (PCB).

Der Lötpastendruck ist eine so wichtige Phase während des PCBA-Prozesses (Printed Circuit Board Assembly), dass er die endgültige Qualität und Leistung der Bestückung weiter bestimmt. Der Lötpastendruck kann niemals reibungslos oder genau erfolgen, es sei denn, es werden geeignete Schablonen entworfen und verwendet, weshalb dieser Artikel erstellt wird.

Schablonendesign

Der Lötpastendruck spielt eine so wichtige Rolle in der Oberflächenmontage (SMA) und der elektronischen Montagetechnologie, dass die Qualität des Lötpastendrucks durch Schablonen direkt mit der Erstausbeute (FTY) beim Löten elektronischer/elektrischer Komponenten für die Oberflächenmontage verbunden ist. Es wird der Schluss gezogen, dass 60 % bis 70 % der Lötfehler auf die schlechte Qualität des Lötpastendrucks zurückzuführen sind, der durch Schablonen ausgeführt wird. Daher ist es notwendig, eine umfassende Studie zu allen Aspekten des Lotpastendrucks durch Schablonentechnologie durchzuführen.

Beim Schablonendesign ist eine hervorragende Öffnung das erste Element, das optimale und zuverlässige Lötstellen garantiert.

• Schablonenrahmendesign

Der Schablonenrahmen besteht normalerweise aus einer Aluminiumlegierung, deren Größe mit den Parametern des Druckers kompatibel ist. Die automatische Herstellung erfordert, dass die Schablone in die Produktionslinie geht und die Größe der Schablone vom Drucker akzeptiert wird. Weder eine zu große noch eine zu kleine Größe kann eine reibungslose Fertigung vorantreiben.

• Stencil-Stretching-Design

Das Dehnen bezieht sich auf den Prozess, bei dem die rostfreie Schablonenplatte auf den Rahmen geklebt wird. Beim Dehnen werden normalerweise Klebstoff und Aluminiumklebeband verwendet. An der Verbindung des Aluminiumlegierungsrahmens und der rostfreien Schablonenplatte wird zuerst Klebstoff aufgetragen und dann wird eine Schutzschicht gleichmäßig aufgeschabt. Während des Dehnungsprozesses muss zwischen der rostfreien Schablonenplatte und dem Rahmen ein Innenabstand von 25 mm bis 50 mm gelassen werden, um eine hervorragende Ebenheit und Dehnung während des Lotpastendrucks zu gewährleisten. Eine neu hergestellte Schablone sollte die Spannung im Bereich von 40 bis 50 N pro Zentimeter halten.

• Schablonen-Passermarken-Design

Die automatische Positionierung sollte vom Drucker während der automatischen Fertigungslinie durchgeführt werden, so dass die Schablone Passermarken enthalten muss. Das Design der Passermarken basiert auf den Abmessungen der Marken in der Gerber-Datei der Leiterplatte, und dann wird die Öffnung auf ein Verhältnis von 1:1 eingestellt, wobei auf der Rückseite der Schablone geätzt wird. Generell sind auf einer Schablone mindestens zwei Passermarken in zwei gegenüberliegenden Winkeln erforderlich.

• Schablonendesign für I/O-Pads um QFN-Komponenten

Die Größe der Schablonenöffnung sollte der von peripheren E/A-Pads entsprechen, damit eine solche Öffnungsgröße sicherstellen kann, dass Lötverbindungen mit einer Lötpastenhöhe von 50 bis 75 μm nach dem Reflow-Löten um das Pad herum gebildet werden können. Bei QFN-Komponenten mit feinen Leitungen, insbesondere solchen, deren E/A-Abstand weniger als 0,4 mm beträgt, sollte die Schablonenöffnungsbreite etwas reduziert werden als bei PCB-Pads, um eine Überbrückung zwischen umgebenden E/A-Pads zu vermeiden. Das Schablonenöffnungsverhältnis zwischen Breite und Dicke (W/T) sollte mehr als 1,5 betragen.

• Schablonendesign für zentrale Wärmeableitungspads von QFN-Komponenten

Ein ungeeignetes zentrales Pad für das Design der Wärmeableitungsöffnung verursacht alle Arten von Defekten. Wenn QFN-Komponenten Reflow-Löten durchlaufen, wird Lötpaste auf großen Pads mit Schmelzflussmittel geschmolzen, wodurch etwas Luft überläuft, was zu Problemen wie Luftlöchern, Nadelstichen, Lötspritzern und Lötkugeln führt. Obwohl es fast unmöglich ist, diese Probleme zu beseitigen, können ihre negativen Auswirkungen durch einige Maßnahmen verringert werden. Beispielsweise wird anstelle einer großen Öffnung eine Anordnung mit mehreren kleinen Maschenöffnungen aufgenommen. Die Form jeder kleinen Öffnung kann entweder kreisförmig oder quadratisch sein, solange 50 % bis 80 % der Pads für die zentrale Wärmeableitung mit Lotpaste bedeckt sind, was eine Lotpastenhöhe von 50 bis 75 μm gewährleistet.

• Schablonenkategorie und Schablonendicke

Es wird vorgeschlagen, dass das Schablonenmaterial rostfrei ist, während das Ätzverfahren als Laserschneiden vorgeschlagen wird. An der Lochwand wird elektrolytisches Polieren durchgeführt, so dass die Lochwand glatt und reibungsreduziert ist, was für das Entformen und Formen von Lötpaste vorteilhaft ist.

Die Schablonendicke spielt eine entscheidende Rolle bei der auf die Leiterplatte gedruckten Lotpastenmenge. Sowohl zu viel als auch zu wenig Lötpaste führt beim Reflow-Löten zu Defekten. Zu viel Lötpaste neigt dazu, Brückenbildung zu verursachen, während zu wenig Lötpaste dazu neigt, offenes Löten zu verursachen. Es wird empfohlen, dass QFN-Komponenten mit feinen Linien (Abstand 0,4 mm darunter) von Schablonen mit einer Dicke im Bereich von 0,12 mm bis 0,13 mm abhängen und QFN-Komponenten mit hohem Abstand (Abstand 0,4 mm darüber) von Schablonen mit einer Dicke in diesem Bereich abhängen von 0,15 mm bis 0,2 mm.

• Schabloneninspektion

Die Schablone sollte vor der authentischen SMT-Bestückung mit den folgenden Prüfpunkten sorgfältig geprüft werden:
a. Es sollte eine Sichtprüfung durchgeführt werden, um die Ebenheit der Dehnung zu überprüfen und sicherzustellen, dass sich die Öffnung in der Mitte der Schablone befindet.
b. Es sollte eine Sichtprüfung durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die Öffnungspositionen der Schablone mit den PCB-Pads kompatibel sind.
c. Größe der Schablonenöffnung (Länge, Breite) sollte überprüft werden.
d. Mikroskop wird verwendet, um die Glätte der Öffnungslochwand und der Schablonenoberfläche zu inspizieren.
e. Tensiometer dient zur Messung der Schablonenspannung.
f. Die Schablonendicke sollte durch das Druckergebnis der Lötpaste validiert werden.

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