Parti QFN e DFN
Le dimensioni e l'ingombro fisicamente ridotti non sono gli unici vantaggi di un QFN. Il più piccolo di questi pacchetti finisce con fili di piombo molto corti. Ciò consente di migliorare le caratteristiche del segnale e le eccellenti proprietà termiche. La maggior parte delle parti QFN e DFN ha una grande area di contatto metallica nella parte inferiore, appena all'interno delle file dei contatti dei segnali, come mostrato nell'immagine sopra.
Il dado di silicio si trova proprio sul pad termico, consentendo in tal modo alcune impressionanti prestazioni termiche. Ho visto QFN da 3mm x 3mm in grado di produrre 5V a 800mA, che richiedevano un grande pacchetto TO-220 e un dissipatore di calore.
Questa prestazione extra ha un prezzo, però. In questo caso, il prezzo è in gran parte nell'arena delle sfide di producibilità, che è il modo in cui la nostra conversazione ritorna al mio lavoro diurno. In Screaming Circuits abbiamo appreso quali sono le cause dei problemi QFN e come prevenirli. Si riduce alla quantità di pasta saldante che viene messa giù e alla differenza nella superficie del grande cuscinetto termico e di quella dei contatti laterali.
La saldatura viene montata su cuscinetti a montaggio superficiale tramite un processo di setacciatura o con una stampante a getto di pasta saldante. Nel processo di serigrafia, uno stampino in pasta di acciaio inossidabile viene creato da aperture per il taglio laser per tutti i cuscinetti componenti per montaggio superficiale. Questo stampino viene quindi posizionato sulla parte superiore del circuito stampato (PCB) e la pasta saldante viene posata con un tergipavimento. Questo processo è quasi identico nel concetto di realizzare una maglietta serigrafata.
Molti negozi, incluso il mio, usano anche una stampante a getto di pasta per applicare la pasta. Questo ha il vantaggio di consentire una facile modifica del modello di pasta al volo. Il suo svantaggio è che le gocce di pasta applicate non danno la precisione necessaria ad alcune delle nuove parti super-piccole.
Un tipico stencil per saldatura può avere uno spessore di 3 o 4 mil (0,067-0,100 mm). Guardando le foto QFN qui sopra, puoi vedere che il rapporto tra l'area e lo spessore di uno stampo di 4mil è abbastanza grande per il pad centrale ma molto più piccolo per i contatti lungo i lati.
Quando la pasta saldante si scioglie nel forno di rifusione, la forma della deposizione di saldatura cambierà. Non entrerò nella fluidodinamica di questo setup, ma il risultato è che, se al pad centrale viene fornita una dose completa di pasta saldante, la parte galleggerà sul pad centrale e alcuni o tutti i contatti laterali molto probabile non saldare, come mostrato nella figura sotto:
QFN float (Fonte: Duane Benson)
L'apertura dello stencil è controllata dall'impronta CAD. Sfortunatamente, le impronte di parti QFN e DFN nelle librerie CAD sono quasi sempre sbagliate in questo senso. Forniscono un'apertura di pasta di saldatura che ha le stesse dimensioni del cuscinetto di rame. Non solo hanno quasi sempre torto nel software CAD, ma sono mostrati quasi altrettanto spesso nella scheda tecnica del componente.
Piuttosto che un'apertura a dimensione intera, lo strato di stencil deve essere segmentato per ottenere una copertura di incisione del 50-75% sul pad centrale come illustrato di seguito:
Stencil segmentato QFN (Fonte: Duane Benson)
Le aperture per lo stampino per pasta saldante (o il modello di deposizione per il getto di pasta) sono specificate nello strato di stencil - a volte chiamato "livello di pasta" o "strato di crema" - nel software CAD. Molti editor di impronte creano automaticamente il layer di stencil quando si posiziona un pad di montaggio superficiale.
Questa è parte del problema. In molti casi, il software crea automaticamente un'apertura dello stencil corrispondente a qualsiasi dimensione del pad di rame. Il fatto che lo strumento faccia questo automaticamente significa che molti utenti hanno l'impressione di non aver bisogno di pensarci, ma lo fanno davvero, perché - per un grosso slug di calore QFN - probabilmente sarà sbagliato.
Correggere l'impronta è un compito abbastanza facile, ma come sapresti che hai bisogno di aggiustare qualsiasi cosa, a meno che qualche membro dell'assemblaggio di PCB non ti assista? Probabilmente non lo faresti, quindi eccomi qui a sbraitare contro di te.
La soluzione, come ho detto, è piuttosto semplice. Bene, è facile se hai familiarità con il processo di creazione o modifica delle impronte nel tuo software CAD. Lascio dettagli specifici a te, ma se sai come, o una volta che hai imparato come, ti dirò cosa fare.
Nell'editor di impronta, disattivare il livello di incolla automatico e disegnarlo a mano. La tecnica sarà diversa in base al funzionamento del tuo editor di impronta, ma quello che devi fare è lo stesso. Assicurati che il livello dello stencil non venga creato per impostazione predefinita, quindi disegnalo nel livello dello stencil. L'illustrazione seguente mostra un esempio di come dovrebbe essere.
Esempi di strati di stencil per paste saldanti QFN (fonte: Duane Benson)
Scatta per una copertura compresa tra il 50% e il 75% della pasta saldante; cioè, la pasta per saldatura dovrebbe coprire dal 50 al 75% del tampone di rame. Se ci sono delle vie nel pad, non mettere la pasta sopra di esse. Vias ha bisogno di essere limitato con maschera di saldatura, o riempito e placcato sopra. Se lasci le vie aperte, la lega si staccherà e finirà sul lato opposto del tabellone. Anche questa non è una buona cosa che accada.
Un'altra cosa: è del 50% o è del 75%? In un prototipo o in un mondo di piccole quantità, ovunque in quella gamma ha buone probabilità di successo. Se stai costruendo un prodotto ad alto volume, ti consigliamo di lavorare con gli ingegneri di produzione dell'azienda che costruisce le tue schede. Inizieranno in questa gamma e modificheranno il modello di stencil per ottenere i migliori risultati possibili sulla linea di produzione.
I QFN possono essere un po 'intimidatori, ma sono qui per restare. Con un po 'di attenzione in più, puoi avere abbastanza successo con loro. Potresti anche essere in grado di ridurre un po 'la tua scheda e risparmiare parte dei costi di fabbricazione.