QFN コンポーネント実装に対応した最適な設計とはんだペースト印刷

電子製品のアセンブリ密度の絶え間ない向上により、電子部品とデバイスの両方が小型化、ファイン ピッチ化、さらにはノー リード化されています。この記事では、QFN (クワッドフラット ノーリード) 部品に対応する優れたはんだペースト印刷技術について説明し、QFN 部品と LCCC (リードレス セラミック チップ キャリア) 部品の特徴を詳しく紹介します。また、QFN パッケージの外観設計、QFN パッド設計、QFN ステンシル開口部設計に基づいて、QFN 構造とパッド設計についても紹介します。最後に、QFN コンポーネントの優れたはんだペースト印刷技術を、はんだペースト成分、ステンレス ステンシルの特性とパラメータ、印刷環境、はんだペースト印刷技術の設計、および印刷装置の観点から分析し、QFN コンポーネントのはんだペースト印刷の主要な欠陥について説明し、実際に使用します。 QFN コンポーネントと互換性のある優れたはんだペースト印刷の導入経験

QFN と LCCC は、珍しいリードレス コンポーネントの最も一般的な 2 つのタイプです。リード コンポーネントと比較すると、PCB (プリント回路基板) パッドと金属ステンシル開口部の両方が、特にはんだペースト印刷技術の点で、細くて長いリード用のパッドとは異なるパッドを備えています。

QFN の重要な利点

LCCC パッケージの主な材料はセラミックですが、QFN の材料はプラスチックであり、消費者向け電子製品により受け入れられるほど低価格です。その結果、QFN は小型家電に広く適用されています。 QFN コンポーネントは、正方形または長方形として機能します。これは、CSP (チップ サイズ パッケージ) と同様です。それらの唯一の違いは、QFN コンポーネントは下にはんだボールを保持しないため、PCB ボードと QFN 間の電気的および機械的接続は、リフローはんだ付け中に溶融し、冷却後にはんだ接続になるはんだペーストに完全に依存することです。 QFN と PCB パッド間の接触距離が最短であるため、大部分のリード コンポーネントよりも優れた電気的性能と熱的性能が得られます。これは、熱放散と電気的性能に関するより高い要件を必要とする電子製品に特に適しています。従来の PLCC (プラスチック リード チップ キャリア) コンポーネントと比較して、QFN コンポーネントは、パッケージ面積、厚さ、および重量の点で劇的に減少し、寄生インダクタンスが 50% 減少するため、特に携帯電話やコンピューターでより適切に機能します。

QFN コンポーネントの PCB パッド設計

• QFN パッケージの形状設計

新しい IC (集積回路) パッケージ形式として、QFN コンポーネントには、回路基板のパッドと平行なはんだ付け端が含まれています。むき出しの銅は通常、コンポーネントの中央に設計されており、熱伝導率と電気的性能が向上しています。したがって、電気接続用の I/O はんだ付け端を中央の冷却フィンの周囲に分散させることができるため、PCB トレースをより柔軟に実行できます。 I/O はんだ付けエンドには 2 つのタイプがあります。1 つは、コンポーネントにパッケージ化された他の部品とともにコンポーネントの底部を露出させるタイプで、もう 1 つはコンポーネントの側面で部分的なはんだ付けエンドを露出させるタイプです。

パンチングまたはジグザグタイプを適用した後、銅リードを使用して内部ウェーハと中央のはんだ付け端の銅チップを作成し、周囲のはんだ付け端を接続してフレーム構造を生成します。次に、樹脂を利用して金型の固定とカプセル化によって固定し、中央のはんだ付け端と周辺のはんだ付け端をパッケージの外側に露出させます。

• QFN のパッド設計

QFN コンポーネントの下部には放熱用の大きな銅シートが使用できるため、QFN コンポーネントで信頼性の高いはんだ接続を生成するには、優れた PCB パッド設計と金属ステンシル設計を実装する必要があります。 QFN のパッド設計には 3 つの側面があります:

を。周辺I/Oピンパッド設計

PCB ボード上の I/O 用のパッドは、QFN の I/O はんだ付け端より少し大きくなるように設計する必要があります。パッドの内側は、パッドの形状に合わせて円形に設計する必要があります。 PCB に十分な設計スペースがある場合、QFN 周辺のパッドと中央部のパッドの間に十分なスペースを確保するために、回路基板上の I/O パッドの周囲の長さは少なくとも 0.15mm、内部の持続的な長さは少なくとも 0.05mm にする必要があります。橋渡しの禁止。

b. PCBソルダーマスク設計

PCB ソルダー マスクの設計には、主に SMD (ソルダー マスク定義) と NSMD (非ソルダー マスク定義) の 2 つのカテゴリがあります。はんだマスクの前者のカテゴリは、金属パッドよりも小さい開口部を備えていますが、後者のカテゴリのはんだマスクは、金属パッドよりも大きな開口部を備えています。 NSMD技術は銅腐食技術で制御しやすいため、はんだペーストを金属パッドの周りに配置して、はんだ接続の信頼性を大幅に向上させることができます。 SMD 技術は、比較的大きな面積を持つ中央熱放散パッド ソルダー マスク設計で採用する必要があります。

はんだマスクの開口部は、パッドよりも 120 ～ 150 μm 大きくする必要があります。つまり、はんだマスクと金属パッドの間に 60 ～ 75 μm の間隔を維持する必要があります。反りのあるパッドの設計には、それに対応する反りのあるはんだマスク開口部が必要です。ブリッジングの発生を防ぐために、コーナーでは特に十分なはんだマスクを維持する必要があります。各 I/O パッドでソルダー マスクを覆う必要があります。

ハンダ マスクは、熱放散のためにパッドのスルー ホールを覆い、ハンダ ペーストがサーマル スルー ホールから流れ落ちるのを防ぐ必要があります。これは、QFN 中央の露出したハンダ付け端と PCB 中央の熱放散パッドの間にボイド ハンダ付けが発生する可能性があるためです。スルーホール ソルダー マスクには、主にトップ ソルダー マスク、ボトム ソルダー マスク、スルー ホールの 3 種類があります。スルーホールはんだマスクの直径は、スルーホールの直径よりも 100μm 大きくする必要があります。はんだマスク オイルをコーティングして PCB の裏面のスルー ホールを塞ぐことをお勧めします。これにより、熱放散パッドの表面に多くの空洞が発生する可能性があり、リフローはんだ付けプロセス中のガス放出に役立ちます。

c.中央サーマルパッドとスルーホール設計

パッドはQFNの中央下部に放熱用に設計されているため、優れた熱性能を備えています。 IC の内部部品から PCB ボードに効率的に熱を伝導するには、対応するサーマル パッドと熱放散スルー ホールを PCB の下部に設計する必要があります。サーマル パッドは信頼性の高いはんだ付け領域を提供し、熱放散スルー ホールは熱放散機能を提供します。

コンポーネントの下部にある大きなパッドによって、はんだ付け中に空気穴が発生します。エア ホールの数を最小限に抑えるには、サーマル パッドにサーマル スルー ホールを開く必要があります。これにより、熱がすばやく伝導され、放熱に役立ちます。サーマル スルー ホールの数とサイズの設計は、パッケージの応用分野、IC 電力の範囲、および電気的性能要件によって異なります。

• QFN ステンシルのオープニング デザイン

を。ペリフェラル I/O パッドのリークホール設計

金属ステンシルの開口部の設計は、一般に、面積比と幅と厚さの比率の原則に従います。これは、特定のタイプのコンポーネントが、局所的な厚さまたは局所的な薄さの原則を利用している可能性があるためです.

b.中央熱放散の大きなパッド開口部設計

中央の熱放散パッドは大きなスケールに属しているため、ガスが発生して気泡が発生する傾向があります。はんだペーストを多量に塗布すると、ガスホールが多く発生し、スパッタやはんだボールなどの不良が多数発生します。大きなパッド設計では、大きなリーク ホールの代わりに正味のリーク ホール アレイを選択し、はんだペーストの塗布量が 50% ～ 80% まで。

c.ステンシルの種類と厚さ

金属ステンシルの熱放散パッドの開口部の設計は、はんだペーストのコーティングの厚さに直接関連し、組み立てられたコンポーネントの接続高さを決定します。

優れたはんだペースト印刷技術

QFN はんだペーストの印刷品質を決定する要素には、主にはんだペースト、PCB パッド、金属ステンシル、はんだペースト プリンター、手作業が含まれます。

はんだペーストは、はんだ合金粒子、フラックス、レオロジー調整剤、粘度調整剤、および溶剤を含む、純粋なスズ鉛合金よりもはるかに複雑な成分を特徴としています。 QFN コンポーネントは、中心部に大きな熱放散パッドを含むリードレス デバイスであるため、粘度および粘度制御技術に比較的高い要件が設定されています。はんだペーストの粘度が高すぎると、ステンシルの開口部を通過するのが難しくなるため、粘度が高すぎないようにしてください。さらに、粘度が低く印刷跡が不完全です。

はんだペーストの粒子が小さいほど、はんだペーストの粘性が高くなります。含まれる粒子の量が多いほど、はんだペーストの粘性が高くなります。はんだペーストは、円形の粒子で最も粘度が高く、その逆も同様です。超微細間隔の印刷に関しては、はんだペーストの解像度を向上させるために、より薄い粒子のはんだペーストを使用する必要があります。

はんだペースト印刷は非常に複雑なプロセスであり、非常に多くの技術的パラメーターが含まれており、それぞれが不適切に調整されると多くの損傷を引き起こします。これらすべてのパラメーターには、主にスクレーパーの圧力、印刷の厚さ、印刷速度、印刷方法、スクレーパーのパラメーター、脱型速度、およびステンシルのクリーニング頻度が含まれます。スクレーパーの圧力が低いと、はんだペーストがステンシル開口部の底に効果的に到達せず、パッドに落ちません。スクレーパーの圧力が大きすぎると、はんだペーストが薄すぎたり、ステンシルを損傷することさえあります。はんだペースト印刷の適切な厚さは、QFN コンポーネントのアセンブリの信頼性を向上させるのに適しています。

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