Conception optimale et impression de pâte à souder compatible avec le montage de composants QFN

L'amélioration constante de la densité d'assemblage des produits électroniques conduit à la fois les composants et les appareils électroniques à la miniaturisation, au pas fin et même à l'absence de fils. Cet article discutera des excellentes technologies d'impression de pâte à souder compatibles avec les composants QFN (quad-flat no-leads) et présentera les composants QFN et les composants LCCC (leadless ceramic chip carrier) dont les caractéristiques seront élaborées. La structure et la conception du tampon QFN seront également introduites en fonction de la conception de l'apparence du boîtier QFN, de la conception du tampon QFN et de la conception de l'ouverture du pochoir QFN. Enfin, d'excellentes technologies d'impression de pâte à souder des composants QFN seront analysées du point de vue de l'ingrédient de la pâte à souder, des propriétés et des paramètres du pochoir en acier inoxydable, de l'environnement d'impression, de la conception de la technologie d'impression de la pâte à souder et de l'équipement d'impression avec les principaux défauts de l'impression de la pâte à souder des composants QFN discutée et pratique. expérience introduite d'une excellente implémentation d'impression de pâte à souder compatible avec les composants QFN.

QFN et LCCC sont les deux types de composants sans plomb les plus courants qui sont inhabituels. Par rapport aux composants en plomb, l'ouverture du tampon PCB (carte de circuit imprimé) et du pochoir métallique présente des tampons différents des tampons pour les fils fins et longs, en particulier en termes de technologie d'impression de pâte à souder.

Avantages essentiels du QFN

Le matériau principal des boîtiers LCCC est la céramique tandis que celui du QFN est constitué de plastiques à des prix si bas qui sont mieux acceptés par les produits électroniques grand public. En conséquence, les QFN sont largement appliqués dans les petits appareils électroménagers. Les composants QFN fonctionnent comme des carrés ou des rectangles, ce qui est similaire à celui du CSP (puce size package). La seule différence entre eux est que les composants QFN ne contiennent aucune boule de soudure en dessous, de sorte que la connexion électrique et mécanique entre la carte PCB et le QFN repose entièrement sur la pâte à souder qui est fondue pendant la soudure par refusion et deviendra des connexions de soudure après refroidissement. Parce que la distance de contact est la plus courte entre les pastilles QFN et PCB, ce qui conduit à de meilleures performances électriques et thermiques que la majorité des composants en plomb, ce qui est particulièrement adapté aux produits électroniques nécessitant une exigence plus élevée en matière de dissipation thermique et de performances électriques. Par rapport aux composants PLCC (support de puce en plastique plombé) traditionnels, les composants QFN diminuent considérablement en termes de surface de boîtier, d'épaisseur et de poids avec une inductance parasite réduite de 50 % afin qu'ils fonctionnent mieux, en particulier pour les téléphones portables et les ordinateurs.

Conception de plaquettes de circuit imprimé pour les composants QFN

• Conception de la forme des packages QFN

En tant que nouvelle forme de boîtier IC (circuit intégré), les composants QFN contiennent une extrémité à souder parallèle aux pastilles sur la carte de circuit imprimé. Le cuivre nu est généralement conçu au milieu des composants, offrant une meilleure conductivité thermique et de meilleures performances électriques. En conséquence, les extrémités à souder d'E/S pour la connexion électrique peuvent être réparties autour des ailettes de refroidissement centrales, ce qui rend plus flexible le traçage des PCB. Les extrémités à souder d'E/S sont de deux types :l'une consiste à exposer le bas du composant avec d'autres pièces emballées dans le composant, tandis que l'autre type est une extrémité à souder partielle exposée sur le côté du composant.

Avec le type de poinçonnage ou de zigzag appliqué, les fils de cuivre sont ensuite utilisés pour fabriquer une plaquette interne et une puce de cuivre d'extrémité de soudure centrale et des extrémités de soudure environnantes connectées pour générer une structure de cadre. La résine est ensuite utilisée pour la fixer par la fixation du moule et l'encapsulation, ce qui permet d'exposer les extrémités à souder centrales et les extrémités à souder périphériques à l'extérieur de l'emballage.

• Conception de tampon pour QFN

Étant donné que de grandes feuilles de cuivre pour la dissipation thermique sont disponibles au bas des composants QFN, une excellente conception de plaquette de circuit imprimé et une conception de pochoir métallique doivent être mises en œuvre pour générer des connexions de soudure fiables sur les composants QFN. La conception des pads pour QFN contient trois aspects :

un. Conception de clavier à broches d'E/S périphérique

Le tampon pour les E/S sur la carte PCB doit être conçu pour être un peu plus grand que les extrémités à souder des E/S du QFN. Le côté interne du tampon doit être conçu pour être un cercle afin d'être compatible avec la forme du tampon. Si le circuit imprimé dispose d'un espace de conception suffisant, la longueur périmétrique du plot d'E/S sur la carte de circuit imprimé doit être d'au moins 0,15 mm tandis que la longueur interne doit être d'au moins 0,05 mm pour garantir un espace suffisant entre les plots autour du QFN et ceux de la partie centrale, interdisant le pontage.

b. Conception de masque de soudure PCB

La conception des masques de soudure PCB se divise principalement en deux catégories :SMD (masque de soudure défini) et NSMD (masque non défini). La première catégorie de masques de soudure présente des ouvertures plus petites que les pastilles métalliques, tandis que la dernière catégorie de masques de soudure présente des ouvertures plus grandes que les pastilles métalliques. Étant donné que la technologie NSMD est plus facile à contrôler dans la technologie de la corrosion du cuivre, la pâte à souder peut être placée autour d'une pastille métallique avec une fiabilité des connexions à souder grandement améliorée. La technologie SMD devrait être reprise dans la conception de masques de soudure à dissipation thermique centrale avec une surface relativement grande.

Les ouvertures du masque de soudure doivent être de 120 à 150 μm plus grandes que les pastilles, c'est-à-dire qu'un espacement de 60 à 75 μm doit être maintenu entre le masque de soudure et la pastille métallique. La conception de la pastille cambrée doit avoir une ouverture de masque de soudure cambrée correspondante qui lui est compatible. Un masque de soudure particulièrement suffisant doit être maintenu dans un coin pour empêcher la formation de ponts. Le masque de soudure doit être recouvert sur chaque pastille d'E/S.

Le masque de soudure doit recouvrir les trous sur la pastille pour la dissipation thermique afin d'empêcher la pâte à souder de s'écouler des trous traversants thermiques, car cela pourrait provoquer une soudure vide entre l'extrémité de soudure centrale nue du QFN et la pastille de dissipation thermique centrale du PCB. Le masque de soudure traversant se décline principalement en trois types :masque de soudure supérieur, masque de soudure inférieur et trou traversant. Le diamètre du masque de soudure traversant doit être supérieur de 100 μm à celui du trou traversant. Il est suggéré que l'huile de masque de soudure soit enduite pour bloquer les trous à l'arrière du PCB, ce qui peut générer de nombreuses cavités sur la face avant du tampon de dissipation thermique, ce qui est bénéfique pour la libération de gaz pendant le processus de soudage par refusion.

c. Coussin thermique central et conception à trous traversants

Parce que le tampon est conçu pour la dissipation thermique au bas central du QFN, il présente d'excellentes performances thermiques. Pour conduire efficacement la chaleur de la partie interne du circuit intégré à la carte PCB, un tampon thermique correspondant et un trou traversant de dissipation thermique doivent être conçus au bas de la carte PCB. Le tampon thermique fournit une zone de soudure fiable et la dissipation thermique à travers le trou fournit une fonction de dissipation thermique.

Des trous d'air seront générés lors de la soudure par de gros plots au bas des composants. Pour réduire au minimum le nombre de trous d'air, des trous traversants thermiques doivent être ouverts au niveau du tampon thermique, conduisant rapidement la chaleur et favorisant la dissipation thermique. La conception du nombre et de la taille des trous traversants thermiques dépend du domaine d'application des boîtiers, de l'étendue de la puissance du circuit intégré et des exigences de performances électriques.

• Conception d'ouverture de pochoir QFN

un. Conception de trou de fuite de tampon d'E/S périphérique

La conception des ouvertures des pochoirs métalliques est généralement conforme au principe du rapport de surface et du rapport largeur-épaisseur puisque certains types de composants tirent éventuellement parti du principe d'épaississement local ou d'amincissement local.

b. Conception à grande ouverture de coussin à dissipation thermique centrale

Étant donné que le tampon de dissipation thermique central appartient à une grande échelle et que le gaz a tendance à s'échapper avec des bulles générées. Si une grande quantité de pâte à souder est appliquée, davantage de trous de gaz seront causés avec de nombreux défauts générés tels que des éclaboussures et des billes de soudure, etc. Pour réduire le nombre de trous de gaz au minimum et obtenir une quantité optimale de pâte à souder pendant conception de grand tampon de dissipation, un réseau de trous de fuite nets est sélectionné pour remplacer un grand trou de fuite et chaque petit trou de fuite peut être conçu pour être un cercle ou un carré dont la taille est illimitée tant que la quantité de revêtement de pâte à souder est dans la plage de 50% à 80 %.

c. Type et épaisseur du pochoir

La conception de l'ouverture du tampon de dissipation thermique du pochoir métallique est directement associée à l'épaisseur du revêtement de pâte à souder, déterminant la hauteur de connexion des composants assemblés.

Excellente technologie d'impression de pâte à souder

Les éléments déterminant la qualité d'impression de la pâte à souder QFN comprennent principalement la pâte à souder, le tampon PCB, le pochoir métallique, l'imprimante à pâte à souder et les opérations manuelles.

La pâte à souder contient un ingrédient beaucoup plus compliqué que l'alliage d'étain-plomb pur, contenant des particules d'alliage de soudure, un flux, un régulateur rhéologique, un agent de contrôle de la viscosité et un solvant. Étant donné que les composants QFN sont des dispositifs sans plomb contenant un grand tampon de dissipation thermique dans la partie centrale, des exigences relativement élevées ont été fixées pour la technologie de contrôle de la viscosité et de la viscosité. La viscosité de la pâte à souder ne doit pas être trop élevée car une viscosité trop élevée rendra difficile le passage à travers les ouvertures du pochoir. De plus, les traces d'impression sont incomplètes avec une faible viscosité.

Plus les particules de pâte à souder sont petites, plus la pâte à souder sera visqueuse. Plus la quantité de particules incluses est élevée, plus la pâte à souder sera visqueuse. La pâte à souder présente la viscosité la plus élevée avec des particules circulaires et vice versa. Lorsqu'il s'agit d'impression à espacement ultra-fin, une pâte à souder avec des particules plus fines doit être utilisée pour acquérir une meilleure résolution de la pâte à souder.

L'impression de pâte à souder est un processus tellement compliqué qui contient tant de paramètres techniques dont chacun entraînera beaucoup de dégâts s'ils ne sont pas correctement ajustés. Tous ces paramètres comprennent principalement la pression du grattoir, l'épaisseur d'impression, la vitesse d'impression, la méthode d'impression, le paramètre du grattoir, la vitesse de démoulage et la fréquence de nettoyage du pochoir. Lorsque le grattoir est à basse pression, la pâte à souder n'arrivera pas efficacement au bas de l'ouverture du pochoir et ne tombera pas sur le tampon. Lorsque le grattoir présente une pression trop importante, la pâte à souder sera trop fine ou même endommagera le pochoir. Un épaississement agréable de l'impression de la pâte à souder est bon pour améliorer la fiabilité de l'assemblage des composants QFN.

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