Części QFN i DFN
Fizycznie mały rozmiar i ślad to nie jedyne zalety QFN. Najmniejszy z tych pakietów kończy się bardzo krótkimi drutami prowadzącymi. Pozwala to na poprawę charakterystyki sygnału i doskonałe właściwości termiczne. Większość części QFN i DFN ma duży metalowy obszar styku na spodzie, tuż wewnątrz rzędów styków sygnałowych, jak pokazano na powyższym obrazku.
Kostki krzemowe znajdują się bezpośrednio na podkładce termicznej, co pozwala uzyskać imponującą wydajność termiczną. Widziałem 3mm x 3mm QFN, które potrafią wyprowadzić 5V przy 800mA, co kiedyś wymagało dużego pakietu TO-220 i radiatora.
Ta dodatkowa wydajność ma jednak swoją cenę. W tym przypadku cena jest w dużej mierze na arenie wyzwań związanych z produkcją, dlatego nasza rozmowa powraca do mojej codziennej pracy. W Screaming Circuits dowiedzieliśmy się, co powoduje problemy QFN i jak zapobiegać tym problemom. Sprowadza się to do ilości nakładanej pasty lutowniczej i różnicy w powierzchni dużej podkładki termicznej i powierzchni styków bocznych.
Stop lutowniczy nakładany jest na podkładki do montażu powierzchniowego w procesie sitodruku lub za pomocą drukarki strumieniowej z pastą lutowniczą. W procesie sitodruku matrycę do pasty lutowniczej ze stali nierdzewnej wytwarza się przez wycinanie laserem otworów dla wszystkich wkładek do montażu powierzchniowego. Ten szablon jest następnie umieszczany na wierzchu płytki drukowanej (PCB) i pasta lutownicza jest odkładana za pomocą ściągaczki. Ten proces jest niemal identyczny z koncepcją wykonania koszulki z przetartym tuszem.
Wiele sklepów, w tym kopalnia, używa również pasty do druku atramentowego do nakładania pasty. Ma to tę zaletę, że pozwala na łatwą modyfikację wzoru pasty w locie. Jego wadą jest to, że zastosowane kropelki pasty nie zapewniają precyzji wymaganej przez niektóre z nowszych super-małych części.
Typowy szablon lutowniczy może mieć grubość 3 lub 4 mils (0,067 do 0,100 mm). Patrząc na powyższe zdjęcia QFN można zauważyć, że współczynnik kształtu powierzchni do 4 mililitrów grubości matrycy jest dość duży dla środkowej podkładki, ale znacznie mniejszy dla styków wzdłuż boków.
Gdy pasta lutownicza rozpuści się w piecu rozpływowym, zmieni się kształt osadzania lutów. Nie będę wchodził w płynną dynamikę tego układu, ale w rezultacie, jeśli środkowa podkładka otrzyma pełną dawkę pasty lutowniczej, część uniesie się na środkowej podkładce, a niektóre lub wszystkie boczne styki będą bardzo prawdopodobne, że się nie zlutuje, jak pokazano na poniższej ilustracji:
QFN float (Źródło: Duane Benson)
Otwór szablonu jest kontrolowany przez ślad CAD. Niestety, ślady części QFN i DFN w bibliotekach CAD prawie zawsze są błędne pod tym względem. Zapewniają otwór w paście lutowniczej, który ma taki sam rozmiar jak wkładka z miedzi. W oprogramowaniu CAD są prawie zawsze błędne, ale są prawie tak często wyświetlane niepoprawnie w arkuszu danych komponentu.
Zamiast pełnowymiarowego otworu, warstwa szablonu powinna być podzielona na segmenty w celu uzyskania pokrycia pastą od 50 do 75% na środkowej podkładce, jak pokazano poniżej:
Szablon z segmentacją QFN (Źródło: Duane Benson)
Otwory na szablon pasty lutowniczej (lub wzór osadzania strumienia pasty) są określone w warstwie szablonowej - czasami nazywanej "warstwą pasty" lub "warstwą kremową" - w oprogramowaniu CAD. Wiele edytorów footprint automatycznie tworzy warstwę szablonu po umieszczeniu podkładki do montażu powierzchniowego.
To część problemu. W wielu przypadkach oprogramowanie automatycznie tworzy otwory do szablonów pasujące do wielkości miednicy. Fakt, że narzędzie to robi automatycznie oznacza, że wielu użytkowników ma wrażenie, że nie muszą o tym myśleć, ale tak naprawdę to robią, ponieważ - dla dużego sumpa QFN - będzie to prawdopodobnie błędne.
Skorygowanie śladu jest dość łatwym zadaniem, ale skąd wiesz, że musisz coś naprawić, chyba że ktoś montuje PCB na ciebie? Prawdopodobnie nie chciałbyś, więc jestem tutaj, narzekając na ciebie.
Rozwiązanie, jak powiedziałem, jest dość łatwe. Cóż, jest to łatwe, jeśli znasz proces tworzenia lub modyfikowania śladów w oprogramowaniu CAD. Zostawię ci ten konkretny szczegół, ale jeśli wiesz jak, lub jak się tego nauczysz, powiem ci co robić.
W edytorze footprintów wyłącz warstwę automatycznego wklejania i narysuj ją ręcznie. Technika będzie się różnić w zależności od działania edytora śladów, ale to, co musisz zrobić, jest takie samo. Upewnij się, że warstwa szablonu nie jest domyślnie tworzona, a następnie narysuj ją w warstwie szablonów. Poniższa ilustracja pokazuje przykład, jak powinien wyglądać.
QFN pasta lutownicza warstwa wzorcowa dobre przykłady (Źródło: Duane Benson)
Strzelaj do 50-75% pokrycia pastą lutowniczą; tj. pasta lutownicza powinna pokrywać 50 do 75% podkładki miedzianej. Jeśli w podkładce znajdują się przelotki, nie nakładaj na nie pasty. Vias należy nakryć maską lutowniczą lub wypełnić i wysmarować. Jeśli zostawisz otwarte przelotki, lut się zacznie i spadnie na drugą stronę planszy. To także nie jest dobre.
Jeszcze jedno: czy to 50% czy 75%? W świecie prototypów lub małych ilości, wszędzie w tym zakresie ma duże szanse na sukces. Jeśli budujesz produkt o dużej objętości, będziesz chciał pracować z inżynierami produkcyjnymi w firmie budującej Twoje deski. Zaczną w tym zakresie i dostosują wzór szablonu, aby uzyskać jak najlepsze wyniki na linii produkcyjnej.
QFN mogą być nieco onieśmielające, ale zostaną tutaj. Przy odrobinie dodatkowej staranności możesz z nimi osiągnąć sukces. Możesz nawet trochę zmniejszyć swoją tablicę i zaoszczędzić część kosztów produkcji.