Partes QFN y DFN
El tamaño y la huella físicamente pequeños no son las únicas ventajas de un QFN. El más pequeño de estos paquetes termina con alambres de plomo muy cortos. Esto permite características de señal mejoradas y excelentes propiedades térmicas. La mayoría de las partes QFN y DFN tienen una gran área de contacto de metal en la parte inferior, justo dentro de las filas de contactos de señal, como se muestra en la imagen de arriba.
El dado de silicio se encuentra justo en la almohadilla térmica, lo que permite un rendimiento térmico impresionante. He visto QFN de 3mm x 3mm que pueden dar salida a 5V a 800mA, que solía requerir un gran paquete TO-220 y un disipador de calor.
Sin embargo, este rendimiento extra tiene un precio. En este caso, el precio está en gran parte en el campo de los desafíos de fabricación, que es la forma en que nuestra conversación vuelve a mi trabajo diario. En Screaming Circuits , hemos aprendido qué causa los problemas de QFN y cómo prevenir esos problemas. Se reduce a la cantidad de pasta de soldadura que se aplica y la diferencia en el área de superficie de la almohadilla térmica grande y la de los contactos laterales.
La soldadura se coloca sobre almohadillas de montaje en superficie mediante un proceso de cribado de seda o con una impresora de chorro de pasta de soldadura. En el proceso de cribado de seda, se crea una plantilla de pasta de soldadura de acero inoxidable mediante aberturas de corte por láser para todas las almohadillas de componentes de montaje en superficie. Esta plantilla se coloca en la parte superior de la placa de circuito impreso (PCB) y se suelta pasta de soldadura con una escobilla de goma. Este proceso es casi idéntico en concepto a la fabricación de una camiseta serigrafiada.
Muchas tiendas, incluida la mía, también usan una impresora de chorro de pasta para aplicar la pasta. Esto tiene la ventaja de permitir una modificación fácil del patrón de pegado sobre la marcha. Su desventaja es que las gotas de pasta que aplica no brindan la precisión necesaria para algunas de las piezas súper pequeñas más nuevas.
Una plantilla de soldadura típica puede tener un espesor de 3 a 4 mils (0.067 a 0.100mm). Al mirar las fotos QFN de arriba, puede ver que la relación de aspecto del área a un grosor de esténcil de 4mil es bastante grande para la almohadilla central pero mucho más pequeña para los contactos a lo largo de los lados.
Cuando la pasta de soldadura se derrite en el horno de reflujo, la forma de la deposición de soldadura cambiará. No entraré en la dinámica de fluidos de esa configuración, pero el resultado es que, si la almohadilla central recibe una dosis completa de pasta de soldadura, la parte flotará en la almohadilla central y algunos o todos los contactos laterales son muy probable que no suelde, como se muestra en la siguiente ilustración:
Flotación QFN (Fuente: Duane Benson)
La apertura de la plantilla está controlada por la huella de CAD. Desafortunadamente, las huellas de las partes QFN y DFN en las bibliotecas de CAD casi siempre son incorrectas a este respecto. Proporcionan una abertura para pasta de soldadura que es del mismo tamaño que la almohadilla de cobre. No solo son casi siempre incorrectos en el software de CAD, sino que casi con la misma frecuencia se muestran incorrectamente en la hoja de datos del componente.
En lugar de una abertura de tamaño completo, la capa de la plantilla debe estar segmentada para proporcionar una cobertura de pasta del 50 al 75% en la almohadilla central como se ilustra a continuación:
Plantilla segmentada QFN (Fuente: Duane Benson)
Las aberturas para la plantilla de pasta de soldadura (o el patrón de deposición para el chorro de pasta) se especifican en la capa de esténcil, a veces denominada "capa de pasta" o "capa de crema", en su software de CAD. Muchos editores de huellas crean automáticamente la capa de estarcido cuando coloca una almohadilla de montaje en superficie.
Eso es parte del problema. En muchos casos, el software crea automáticamente una abertura de estarcido que se adapta a cualquier tamaño de almohadilla de cobre. El hecho de que la herramienta haga esto automáticamente significa que muchos usuarios tienen la impresión de que no necesitan pensar en esto, pero realmente lo hacen, porque - para una gran bala de calor QFN - probablemente sea incorrecto.
La corrección de la huella es una tarea bastante fácil, pero ¿cómo sabría usted que tiene que arreglar algo a menos que alguna persona de montaje de PCB se ponga en contacto con usted? Probablemente no, así que aquí estoy, despotricando contra ti.
La solución, como dije, es bastante fácil. Bueno, es fácil si está familiarizado con el proceso de creación o modificación de las huellas en su software CAD. Te dejaré ese detalle específico, pero si sabes cómo hacerlo, o una vez que hayas aprendido cómo hacerlo, te diré qué hacer.
En su editor de huella, apague la capa de pegado automático y sáquelo a mano. La técnica diferirá en función del funcionamiento de su editor de huella, pero lo que debe hacer es lo mismo. Asegúrese de que la capa de plantilla no se esté creando de forma predeterminada y, a continuación, colóquela en la capa de esténcil. La siguiente ilustración muestra un ejemplo de cómo debería verse.
QFN soldadura capa pega plantilla buenos ejemplos (Fuente: Duane Benson)
Dispara con una cobertura de pasta de soldadura de entre el 50 y el 75%; es decir, la pasta de soldadura debe cubrir del 50 al 75% de la almohadilla de cobre. Si hay alguna vía en el panel, no coloque pegado encima de ellas. Las vías deben cubrirse con una máscara de soldadura, o rellenarse y colocarse. Si deja vías abiertas, la soldadura se atenuará y terminará en el otro extremo de la placa. Esto tampoco es algo bueno que ocurra.
Una cosa más: ¿es 50% o es 75%? En un mundo de prototipos o de pequeña cantidad, cualquier punto de ese rango tiene buenas posibilidades de éxito. Si está construyendo un producto de alto volumen, querrá trabajar con los ingenieros de fabricación en la empresa que está construyendo sus tableros. Comenzarán en ese rango y modificarán el patrón de estarcido para lograr los mejores resultados posibles en su línea de fabricación.
QFN puede ser un poco intimidante, pero están aquí para quedarse. Con un poco de cuidado adicional, puede ser bastante exitoso con ellos. Incluso puede reducir un poco su tabla y ahorrar algunos de los costos de fabricación.