Éléments assurant une excellente conception de pastilles PCB pour QFN

Avec le développement des technologies de boîtiers de composants électroniques vers la miniature, la légèreté et les hautes performances, la tendance du développement des composants électroniques est d'augmenter la densité des fonctions des composants et de réduire l'espacement entre les bornes d'entrée et les bornes de sortie, ce qui est mieux affiché par la technologie d'assemblage automatique présentée par SMT (technologie de montage en surface). Afin de mettre en œuvre le montage en surface de composants, la première étape consiste à fabriquer des plots correspondants sur PCB afin d'obtenir un PCB structuré. Ensuite, la technologie d'impression au pochoir est appliquée pour couvrir la pâte à souder sur la surface des pastilles de PCB. Enfin, le chauffage est effectué pour transformer la pâte à souder en liquide qui est formé en pont liquide entre les broches des composants et la pastille PCB. Sous l'influence du masque de soudure sur le PCB, la fusion de la pâte à souder est limitée dans la zone de la pastille de soudure correspondante afin d'interdire le pontage entre les joints de soudure afin que l'assemblage automatique de la puce sur le PCB soit mis en œuvre. Selon les différents types de boîtiers, les pastilles de soudure circulaires et rectangulaires sont majoritairement sélectionnées, c'est-à-dire les boîtiers BGA (ball grid array) et QFN (quad flat no-lead). Si vous voulez en savoir plus sur BGA, QUATRE étapes suffisent.

Wiki QFN

Comparé à d'autres composants avec différents types de boîtiers, le boîtier QFN est conçu pour être directement soudé sur un substrat PCB ou FPC. Il est capable d'offrir une meilleure dissipation de la chaleur grâce à ses plaquettes métalliques exposées en bas. De plus, le boîtier QFN présente d'excellentes performances électriques puisque ses broches sont plus courtes que celles des composants avec boîtier étendu. Par conséquent, il est très important de concevoir des pastilles QFN sur PCB afin que la fiabilité et les performances élevées du PCB puissent être maintenues et garanties.

Angle de mouillage

Étant donné que la taille des broches QFN et l'espacement entre les broches sont relativement petits, un pont de joint de soudure ou une pseudo-soudure peut être causé en raison de la quantité précise de revêtement de pâte d'étain. Ainsi, une conception raisonnable sur la taille du tampon du PCB en fonction de l'épaisseur du pochoir (h₀ ) est très utile pour le taux de réussite de la soudure. Supposons que l'angle de mouillage de l'étain de soudure sur la pastille de soudure (θ_a ) est de 30 ° et l'angle de mouillage de l'étain de soudure sur le masque de soudure (θ_r ) est de 160°. Si la rugosité de la surface du tampon est négligée, l'angle de mouillage peut être considéré approximativement comme l'angle d'avance ou de recul de la ligne de contact triphasée. Conformément à l'artisanat de soudage pratique des composants QFN, un contrôle raisonnable des courbes de température de la soudure par refusion dans des conditions idéales avec de l'étain de soudure entièrement fondu et une surface de tampon mouillée est capable à la fois d'assurer l'efficacité de la soudure et d'aider les composants à atteindre l'équilibre de soudure d'assemblage automatique. Si le tampon est raisonnablement conçu, l'état idéal des joints de soudure répond non seulement aux exigences de performances électriques du PCB et de la connexion mécanique, mais évite également la défaillance des joints de soudure tels que le pontage et la pseudo-soudure. Dans cette optique, l'état des joints de soudure doit répondre aux formules suivantes :

un. Lorsque les joints de soudure à l'intérieur du QFN sont complètement répartis sur la pastille du circuit imprimé, θ_a ≤θ_j (Z_u )≤θ_r , θ_j (0)=30°, x₃ (0)=x₄ (0)=D_x4

b. Lorsque l'étain à l'extérieur du QFN se développe dans le coussinet latéral,

(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.

Conception du tampon

Dans cette formule, θ_s3 est égal à θ_a qui sont tous deux l'angle de mouillage de l'étain de soudure sur le tampon latéral.

Dans le sens vertical, l'équation d'équilibre statique du liquide de pontage est :
P_d L_y (x₃ (0)-x₄ (0)+L_x )+W_z -[T(x₃ (0)-x₄ (0)+L_x )(sinθ₂ (0)+sinθ₁ (0))+TL_y (sinθ₃ (0)+sinθ₄ (0))]-ρgV₀ =0

L'intensité de la pression au bas des soudures (P_d ) est :P_d =[T(x₃ (0)-x₄ (0)+L_x )(sinθ₂ (0)+sinθ₁ (0))+TL_y (sinθ₃ (0)+sinθ₄ (0))+ρgV₀ -W_z ]/[L_y (x₃ (0)-x₄ (0)+L_x )]

Dans ces formules, ρ fait référence à la densité liquide de l'étain à souder; T fait référence à la tension superficielle du liquide de joint de soudure ; x₃ (0) et x₄ (0) se référer au glissement des deux extrémités des joints de soudure liquide au liquide du tampon de soudure inférieur ; θ₁ (0) et θ₂ (0) fait référence aux angles de contact des deux côtés formés par l'interface liquide-gaz des deux côtés des joints de soudure et de la surface de la pastille inférieure tandis que θ₃ (0) et θ₄ (0) font référence aux angles de contact aux deux extrémités formés par l'interface liquide-gaz des deux côtés ; V₀ fait référence au volume de joint de soudure ; W_z fait référence à la force appliquée de la pastille à l'extrémité de la puce et du joint de soudure dans le sens vertical.

Sous la limite des formules (1) et (2), les courbes de cadre des joints de soudure peuvent rendre les conditions aux limites équivalentes sur l'extrémité supérieure des joints de soudure aux conditions initiales basées sur la méthode effective des solutions à la valeur initiale. Étant donné que la solution à la valeur initiale est incapable de répondre à l'exigence selon laquelle z est égal à 0, elle est transformée en un problème équivalent en termes de minimisation de la fonction objective qui est affiché dans l'équation (3).

Cette fonction objectif minimisée peut être appliquée pour déterminer la taille de conception idéale du coussin D_x4 .

De plus, les caractéristiques géométriques de l'angle d'enveloppement en étain du plot de circuit imprimé doivent être prises en compte. Dans cette optique, la taille d'expansion du tampon doit respecter l'équation ci-dessous :

Dans cette équation, D_h fait référence à l'épaisseur du coussin latéral exposé à l'extérieur de la puce. Grâce à l'optimisation des variables implicites, l'exigence d'erreur attendue est satisfaite par la fonction objective et la taille de conception des pastilles à l'intérieur et à l'extérieur (D_x4 &D_x3 ) peut être calculé avec le besoin de valeur latérale à l'extrémité inférieure satisfaite.

Cette méthode garantit qu'une pastille adaptée au QFN peut être bien conçue afin d'atteindre les performances électriques élevées de ce composant et du PCB. Ensuite, avec une capacité d'assemblage professionnelle et qualifiée, PCBCart est capable de transformer votre conception idéale en réalité.

Ressources utiles
• Introduction à la technologie Via-in-pad (VIP)
• Exigence de conception des circuits imprimés SMT, première partie :conception de la pastille de connexion de certains composants ordinaires
• Exigence de conception des circuits imprimés SMT, deuxième partie :Paramètres de la connexion Pad-Trace, des trous traversants, du point de test, du masque de soudure et de la sérigraphie
• Exigence de conception de pochoir sur les composants QFN pour des performances optimales du PCBA
• Service de fabrication de PCB complet de PCBCart - Valeur multiple- options ajoutées
• Service d'assemblage de circuits imprimés avancé de PCBCart - Commencez à partir de 1 pièce