Exigence de conception de pochoir sur les composants QFN pour une performance optimale du PCBA

Forfait QFN

Ces dernières années ont vu de nombreuses applications des composants de boîtier QFN (Quad Flat No-lead) en raison de leurs avantages complets, notamment d'excellentes performances électriques et thermiques, un poids léger et une petite taille. En tant que boîtier sans plomb, les composants QFN ont reçu de nombreuses attentions de la part de l'industrie car ils présentent une faible inductance entre les fils. Les composants du boîtier QFN comportent un carré ou un rectangle dont les formes de boîtier sont similaires à celles des composants du boîtier BGA (Ball Grid Array). Différent de BGA, QFN n'a pas de boules de soudure sur le côté inférieur et sa connexion électrique et mécanique avec d'autres composants est réalisée par des joints de soudure qui sont générés par soudure par refusion avant laquelle la pâte à souder doit être imprimée sur des pastilles qui sont sur la surface de imprimé carte de circuit imprimé (PCB).

L'impression de la pâte à souder est une phase si importante du processus PCBA (Printed Circuit Board Assembly) qu'elle déterminera davantage la qualité et les performances finales de l'assemblage. L'impression de pâte à souder ne peut jamais être effectuée de manière fluide ou précise à moins que des pochoirs appropriés ne soient conçus et utilisés, c'est pourquoi cet article est généré.

Conception de pochoir

L'impression de pâte à souder joue un rôle si essentiel dans l'assemblage de montage en surface (SMA) et la technologie d'assemblage électronique que la qualité de l'impression de pâte à souder à travers le pochoir est directement associée au premier rendement (FTY) de la soudure de composants électroniques/électriques à montage en surface. Il est conclu que 60% à 70% des défauts de soudure proviennent de la mauvaise qualité de l'impression de la pâte à braser réalisée au pochoir. Par conséquent, il est nécessaire de mettre en œuvre une étude approfondie sur tous les aspects concernant l'impression de la pâte à braser par la technologie du pochoir.

En matière de conception de pochoirs, une excellente ouverture est le premier élément garantissant des joints de soudure optimaux et fiables.

• Conception de cadre de pochoir

Le cadre du pochoir est généralement en alliage d'aluminium, sa taille étant compatible avec les paramètres de l'imprimante. La fabrication automatique nécessite que le pochoir aille sur la chaîne de production et que la taille du pochoir soit acceptée par l'imprimeur. Ni une taille trop grande ni une taille trop petite ne peuvent favoriser une fabrication en douceur.

• Conception d'étirement de pochoir

L'étirement fait référence au processus au cours duquel la plaque de pochoir en acier inoxydable est collée au cadre. La colle et le ruban de pâte d'aluminium sont généralement utilisés pour l'étirement. L'agent de colle est d'abord enduit à la connexion du cadre en alliage d'aluminium et de la plaque de pochoir en acier inoxydable, puis un revêtement protecteur est uniformément gratté. Pendant le processus d'étirement, une distance interne de 25 mm à 50 mm doit être laissée entre la plaque de pochoir en acier inoxydable et le cadre pour garantir une excellente planéité et étirement pendant l'impression de la pâte à souder. Un pochoir nouvellement fabriqué doit maintenir la tension dans la plage de 40 à 50 N par centimètre.

• Conception de marque fiduciaire au pochoir

Le positionnement automatique doit être effectué par l'imprimante pendant la chaîne de fabrication automatique afin que le pochoir doive contenir des repères. La conception de la marque de repère est basée sur les dimensions des marques dans le fichier Gerber du PCB, puis l'ouverture est définie à un rapport de 1:1 avec une gravure effectuée à l'arrière du pochoir. De manière générale, au moins deux marques de repère sont requises sur un pochoir à deux angles opposés.

• Conception de gabarits pour les pads d'E/S autour des composants QFN

La taille d'ouverture du pochoir doit être équivalente à celle des pastilles d'E/S périphériques afin qu'une telle taille d'ouverture puisse garantir la formation de joints de soudure avec une hauteur de pâte à souder de 50 à 75 μm après le soudage par refusion autour de la pastille. Lorsqu'il s'agit de composants QFN à lignes fines, en particulier ceux dont le pas d'E/S est inférieur à 0,4 mm, la largeur d'ouverture du pochoir doit être légèrement réduite par rapport aux pastilles PCB pour éviter les ponts entre les pastilles d'E/S ambiantes. Le rapport d'ouverture du pochoir entre la largeur et l'épaisseur (W/T) doit être supérieur à 1,5.

• Conception de pochoir pour les coussinets centraux de dissipation thermique des composants QFN

Un tampon central inapproprié pour la conception d'ouverture de dissipation thermique entraînera toutes sortes de défauts. Lorsque les composants QFN subissent une soudure par refusion, la pâte à souder sur les gros plots sera fondue avec un flux de fusion générant de l'air qui déborde, entraînant des problèmes tels que des trous d'air, des trous d'épingle, des éclaboussures de soudure et des billes de soudure. Bien qu'il soit presque impossible d'éliminer ces problèmes, leur mauvais effet peut être réduit grâce à certaines mesures. Par exemple, un réseau d'ouvertures à plusieurs petites mailles est capté au lieu d'une grande ouverture. La forme de chaque petite ouverture peut être circulaire ou carrée tant que 50 % à 80 % des pastilles pour la dissipation thermique centrale sont recouvertes de pâte à braser, ce qui assurera une hauteur de pâte à braser de 50 à 75 μm.

• Catégorie de pochoir et épaisseur de pochoir

Il est suggéré que le matériau du pochoir soit en acier inoxydable, tandis que la méthode de gravure est suggérée comme étant la découpe au laser. Le polissage électrolytique est effectué sur la paroi du trou afin que la paroi du trou soit lisse avec un frottement réduit, bénéfique pour le démoulage et le moulage de la pâte à souder.

L'épaisseur du pochoir joue un rôle décisif dans la quantité de pâte à souder imprimée sur le PCB. Trop ou trop peu de pâte à souder entraînera la génération de défauts lors du soudage par refusion. Trop de pâte à souder a tendance à provoquer un pontage tandis que trop peu de pâte à souder a tendance à provoquer une soudure ouverte. Il est suggéré que les composants QFN à lignes fines (le pas est de 0,4 mm en dessous) dépendent de pochoirs d'une épaisseur comprise entre 0,12 mm et 0,13 mm et les composants QFN à espacement élevé (le pas est de 0,4 mm au-dessus) dépendent de pochoirs avec une épaisseur dans la plage de 0,15 mm à 0,2 mm.

• Inspection du pochoir

Le pochoir doit être soigneusement inspecté avant l'assemblage SMT authentique avec les éléments d'inspection suivants :
a. L'inspection visuelle doit être effectuée pour inspecter la planéité de l'étirement et s'assurer que l'ouverture est située au centre du pochoir.
b. Une inspection visuelle doit être effectuée pour s'assurer que les positions d'ouverture du pochoir sont compatibles avec les pastilles de circuit imprimé.
c. La taille de l'ouverture du pochoir (longueur, largeur) doit être inspectée.
d. Le microscope est utilisé pour inspecter la douceur de la paroi du trou d'ouverture et de la surface du pochoir.
e. Le tensiomètre est utilisé pour mesurer la tension du pochoir.
f. L'épaisseur du pochoir doit être validée par le résultat de l'impression de la pâte à souder.

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