L'impact de la conception des vias et des pastilles sur l'assemblage QFN

Temps de lecture (mots)

ABSTRAIT

Les boîtiers quadruples plats sans plomb (QFN) sont devenus très populaires dans l'industrie et sont largement utilisés dans de nombreux produits. Ces boîtiers ont des tailles et des nombres de broches différents, mais ils ont une caractéristique commune : un tampon thermique au bas de l'appareil. Le tampon thermique du QFN sans plomb assure une dissipation thermique efficace du composant au PCB. Dans de nombreux cas, un réseau de vias thermiques sous le composant est utilisé pour évacuer la chaleur de l'appareil. Cependant, les vias thermiques peuvent créer plus de vides ou entraîner une saillie de la soudure sur le côté secondaire.

Cet article traite de notre étude sur l'impact de la taille et de la conception des vias sur les vides QFN et la saillie de la soudure. Est-ce qu'un petit via empêche la soudure de s'écouler de l'autre côté ? Comment le via doit-il être conçu ? Quel type de via aura moins de problème de miction ? Une expérience complète a été conçue pour tenter de répondre à ces questions. Différents types de QFN, via la conception, via les tailles, via les pas et la conception du pochoir ont été étudiés en utilisant trois épaisseurs de planche différentes : 1,6 mm, 2,4 mm et 3,2 mm.

Introduction

Le boîtier quadruple plat sans plomb est conçu de manière à ce que le tampon thermique soit exposé au bas du composant. Cela crée un chemin de faible résistance thermique entre la puce et l'extérieur du boîtier et fournit une excellente dissipation thermique du composant au PCB. Les vias thermiques dans le tampon thermique PCB sont généralement utilisés pour évacuer la chaleur du dispositif et pour transférer efficacement la chaleur de la couche de cuivre supérieure du PCB vers la couche de cuivre interne ou inférieure ou vers l'environnement extérieur. Une vue en coupe des vias thermiques QFN et PCB est illustrée à la figure 1.

Chiffre1 :Coupe transversale de la structure QFN et PCB.

Il existe plusieurs publications sur les directives de disposition des PCB pour les boîtiers QFN nécessitant des vias thermiques [1-2]. Certains recommandent des vias thermiques dans le tampon thermique défini du masque de soudure [2] tandis que d'autres placent les vias thermiques directement sur le tampon thermique sans aucun masque de soudure [1]. Le masque de soudure autour du via peut éloigner la soudure du via et l'empêcher de s'écouler dans le via. Cependant, l'anneau de masque de soudure a tendance à créer plus de vides ou de zones non soudées au niveau du plot thermique. D'autre part, la soudure peut s'écouler dans les vias thermiques s'il n'y a pas d'anneau de masque de soudure et entraîner une perte de soudure et une saillie de soudure sur le côté secondaire, ce qui peut interférer avec le processus d'assemblage et devenir un problème de qualité. Dans cet article, nous discuterons de l'impact de la conception des vias, de la conception de la carte et des paramètres de processus sur la saillie de la soudure au niveau des vias de la pastille thermique. La miction QFN est un défi connu de l'industrie avec de nombreuses publications[3–6]. L'influence de la conception et des processus via sur la vidange sera également présentée dans l'article.

Les détails expérimentaux

Véhicule d'essai et composants

Un véhicule d'essai QFN a été conçu pour cette étude. Le véhicule d'essai avait la dimension de 177 x 177 mm. La finition de surface de la carte était de l'argent par immersion (I-Ag). Trois épaisseurs de panneaux différentes de 1,6 mm (62 mil), 2,4 mm (93 mil) et 3,2 mm (125 mil) ont été étudiées. L'image du véhicule d'essai est illustrée à la figure 2.

Chiffre2 :Véhicule d'essai Flex QFN Rev 2.

Six boîtiers QFN différents avec un nombre de broches et une taille de corps de composant différents ont été inclus dans le véhicule d'essai. Les composants QFN à une rangée et à deux rangées ont été étudiés. Le pas QFN variait de 0,4 mm, 0,5 mm à 0,65 mm. La taille du corps du composant QFN variait de 3 x 3 mm à 12 x 12 mm.

Variables de conception

De nombreuses via variables ont été conçues dans le véhicule d'essai, y compris via la taille, via le pas et via la conception. Cinq tailles différentes de vias ont été étudiées. Ils étaient de 0,20 mm (8 mil), 0,22 mm (9 mil), 0,25 mm (10 mil), 0,30 mm (12 mil) et 0,51 mm (20 mil). L'espacement des vias était de 0,5 mm, 1 mm et 1,27 mm. La plupart des vias traversants sans anneau de masque de soudure ont été utilisés tandis que certains vias ont été conçus avec le masque de soudure autour du via.

Variables de processus

Outre le composant, l'épaisseur du panneau et les variables de conception via, l'étude comprenait également deux conceptions de pochoir différentes. Des gabarits d'ouverture d'ouverture de vitre de fenêtre et d'ouverture d'ouverture de tampon 1: 1 ont été utilisés. Pour la conception de la vitre, la pâte à souder a été imprimée loin des vias, sauf aux emplacements de pas de via de 0,5 mm. Pour la conception de pastilles 1:1, la pâte a été imprimée sur les vias. De plus, les panneaux ont été refusionnés en utilisant de l'air et de l'azote, et ont été refusionnés en utilisant deux fours de refusion différents.

Pour lire cet article dans son intégralité, paru dans le numéro de novembre 2016 de SMT Magazine, cliquez ici.