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QFN封裝的設計要點分析

2010年03月04日 15:10 www.solar-ruike.com.cn 作者:佚名 用戶評論(0
關鍵字:QFN封裝(16475)

QFN封裝的設計要點分析

周邊引腳的焊盤設計

image:bk070252d-1.jpg

盡管在HECB設計中,引腳被拉回,對于這種封裝,PCB的焊盤可采用與全引腳封裝一樣的設計,周邊引腳的焊盤設計尺寸如圖3。在圖中,尺寸Zmax為焊盤引腳外側最大尺寸,Gmin是焊盤引腳內側最小尺寸。D2t為散熱焊盤尺寸。X、Y是焊盤的寬度和長度。

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MLF焊盤公差分析要求包括:①元件公差;②印制板制造公差;③貼裝設備的精度。這類問題的分析,IPC已建立了一個標準程序,根據這個程序計算得出各種MLF元件推薦的焊盤尺寸,表1列出了一些常見QFN封裝的PCB焊盤設計尺寸。

散熱焊盤和散熱過孔設計

QFN封裝具有優異的熱性能,主要是因為封裝底部有大面積散熱焊盤,為了能有效地將熱量從芯片傳導到PCB上,PCB底部必須設計與之相對應的散熱焊盤以及散熱過孔,散熱焊盤提供了可靠的焊接面積,過孔提供了散熱途徑。

通常散熱焊盤的尺寸至少和元件暴露焊盤相匹配,然而還需考慮各種其他因素,例如避免和周邊焊盤的橋接等,所以熱焊盤尺寸需要修訂,具體尺寸見表1。

image:bk070252d-4.jpg

散熱過孔的數量及尺寸取決于封裝的應用情況,芯片功率大小以及電性能的要求。建議散熱過孔的間距為1.0mm~1.2mm,過孔尺寸為0.3mm~0.33mm。散熱過孔有四種設計形式:如使用干膜阻焊膜從過孔頂部或底部阻焊;或者使用液態感光(LPI)阻焊膜從底部填充;或者采用"貫通孔"。這些方法在圖4中有描述,所有這些方法均有利有弊:從頂部阻焊對控制氣孔的產生比較好,但PCB頂面的阻焊層會阻礙焊膏印刷;而底部阻礙和底部填充由于氣體的外逸會產生大的氣孔,覆蓋2個熱過孔,對熱性能方面有不利的影響;貫通孔允許焊料流進過孔,減小了氣孔的尺寸,但元件底部焊盤上的焊料會減少。散熱過孔設計要根據具體情況而定,建議最好采用阻焊形式。

再流焊曲線和峰值溫度對氣孔的形成也有很大的影響,經過多次實驗發現,在底部填充的熱焊盤區域,當峰值回流溫度從210℃增加到215℃~220℃時,氣孔減少;對于貫通孔,PCB底部的焊料流出隨回流溫度的降低而減少。

image:bk070252d-5.jpg


阻焊層的考慮

建議使用NSMD阻焊層,阻焊層開口應比焊盤開口大120μm~150μm,即焊盤銅箔到阻焊層的間隙有60μm~75μm,這樣允許阻焊層有一個制造公差,通常這個公差在50μm~65μm之間,當引腳間距小于0.5mm時,引腳之間的阻焊可以省略。


網板設計

能否得到完美、可靠的焊點,印刷網板設計是關鍵的第一步。四周焊盤網板開口尺寸和網板厚度的選取有直接的關系,一般較厚的網板可以采用開口尺寸略小于焊盤尺寸的設計,而較薄的網板開口尺寸可設計到1:1。推薦使用激光制作開口并經過電拋光處理的網板。

(1)周邊焊盤的網板設計

網板的厚度決定了印刷在PCB上的焊膏量,太多的焊膏將會導致回流焊接時橋連。所以建議0.5mm間距的QFN封裝使用0.12mm厚度的網板,0.65mm間距的QFN封裝使用0.15mm厚度的網板,建議網板開口尺寸可適當比焊盤小一些,以減少焊接橋連的發生,如圖5所示。

(2) 散熱焊盤的網板設計

當芯片底部的暴露焊盤和PCB上的熱焊盤進行焊接時,由于熱過孔和大尺寸焊盤中的氣體將會向外溢出,產生一定的氣體孔,如果焊膏面積太大,會產生各種缺陷(如濺射、焊球等),但是,消除這些氣孔幾乎是不可能的,只有將氣孔減小到最低量。因此,在熱焊盤區域網板設計時,要經過仔細考慮,建議在該區域開多個小的開口,而不是一個大開口,典型值為50%~80%的焊膏覆蓋量,如圖5所示。實踐證明,50μm的焊點厚度對改善板級可靠性很有幫助,為了達到這一厚度,建議對于底部填充熱過孔設計焊膏厚度至少應在50%以上;對于貫通孔,覆蓋率至少應在75%以上。

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