QFN을 위한 우수한 PCB 패드 설계를 보장하는 요소

전자부품 패키지 기술의 초소형화, 경량화, 고성능화에 따라 부품의 기능 밀도를 높이고 입력단자와 출력단자 사이의 간격을 줄이는 것이 전자부품의 발전 경향이었으며, 이는 자동조립 기술이 가장 잘 나타난다. SMT(표면 실장 기술)에 의해. 부품의 표면 실장을 구현하기 위한 첫 번째 단계는 구조화된 PCB를 얻을 수 있도록 PCB에 해당 패드를 제조하는 것입니다. 그런 다음 스텐실 인쇄 기술을 적용하여 PCB 패드 표면의 솔더 페이스트를 덮습니다. 마지막으로 가열을 수행하여 솔더 페이스트를 액체로 변환하여 구성 요소의 핀과 PCB 패드 사이의 액체 브리지로 형성됩니다. PCB에 대한 솔더 마스크의 영향으로 솔더 조인트 사이의 브리징을 방지하기 위해 해당 솔더 패드 영역에서 솔더 페이스트를 녹이는 것이 제한되어 PCB에 칩의 자동 조립이 구현됩니다. 다양한 패키지 유형에 따라 원형 및 직사각형 솔더 패드, 즉 BGA(ball grid array) 및 QFN(quad flat no-lead) 패키지가 주로 선택됩니다. BGA에 대해 더 알고 싶다면 4단계면 충분합니다.

QFN 위키

패키지 유형이 다른 다른 구성 요소와 비교하여 QFN 패키지는 PCB 또는 FPC 기판에 직접 납땜되도록 설계되었습니다. 바닥에 노출된 금속 패드로 인해 더 나은 방열을 제공할 수 있습니다. 또한 QFN 패키지는 확장 패키지의 부품보다 핀 길이가 짧아 전기적 성능이 우수하다. 따라서 PCB의 높은 신뢰성과 성능을 유지하고 확보할 수 있도록 PCB에 QFN 패드를 설계하는 것은 매우 중요합니다.

습윤 각도

QFN 핀의 크기와 핀 사이의 간격이 상대적으로 작기 때문에 정확한 주석 페이스트 코팅량으로 인해 솔더 조인트 브리지 또는 유사 솔더링이 발생할 수 있습니다. 따라서 스텐실의 두께에 따른 PCB의 패드 사이즈에 대한 합리적인 설계(h₀ )은 납땜 성공률에 큰 도움이 됩니다. 솔더 패드에서 솔더링 주석의 젖음 각도(θ_a )는 30°이고 솔더 마스크의 솔더링 주석의 젖음 각도(θ_r )는 160°입니다. 패드 표면의 거칠기를 무시하면 습윤각은 대략 3상 접촉선의 전진각 또는 후진각으로 간주할 수 있습니다. QFN 구성요소의 실제 납땜 기술에 따라 납땜 주석이 완전히 녹고 패드 표면이 젖어 있는 이상적인 조건에서 리플로 납땜의 온도 곡선에 대한 합리적인 제어는 납땜 효율성을 보장하고 구성요소가 자동 어셈블리 납땜 균형에 도달하도록 도울 수 있습니다. 패드가 합리적으로 설계되면 이상적인 납땜 접합 상태는 PCB의 전기적 성능 및 기계적 연결의 요구 사항을 충족할 뿐만 아니라 브리징 및 유사 납땜과 같은 납땜 접합의 실패를 방지합니다. 그런 점에서 솔더 조인트의 상태는 다음 공식을 충족해야 합니다.

ㅏ. QFN 내부의 솔더 조인트가 PCB 패드에 완전히 분포되면 θ_a ≤θ_j (Z_u )≤θ_r , θ_j (0)=30°, x₃ (0)=x₄ (0)=D_x4

비. QFN 외부 주석이 측면 패드에서 성장하는 경우

(1) θ_j (Z_u )=θ_s3 +90°, θ₄ (0)=30°, θ₃ (0)=30°,

(2) x₃ (0)=x₄ (0)=D_x4 (0), x₃ (Z_u )=0.

패드 디자인

이 공식에서 θ_s3 θ_a와 같습니다. 둘 다 측면 패드에 있는 땜납 주석의 젖음 각도입니다.

수직 방향에서 가교 액체의 정적 평형 방정식은 다음과 같습니다.
P_d L_y (x₃ (0)-x₄ (0)+L_x )+W_z -[T(x₃ (0)-x₄ (0)+L_x )(sinθ₂ (0)+sinθ₁ (0))+TL_y (sinθ₃ (0)+sinθ₄ (0))]-ρgV₀ =0

솔더 조인트 하단의 압력 강도(P_d ):P_d =[T(x₃ (0)-x₄ (0)+L_x )(sinθ₂ (0)+sinθ₁ (0))+TL_y (sinθ₃ (0)+sinθ₄ (0))+ρgV₀ -W_z ]/[L_y (x₃ (0)-x₄ (0)+L_x )]

이 공식에서 ρ는 납땜 주석의 액체 밀도를 나타냅니다. T는 솔더 조인트 액체의 표면 장력을 나타냅니다. x₃ (0) 및 x₄ (0) 바닥 솔더 패드 액체에서 액체 솔더 조인트의 두 끝이 미끄러짐을 나타냅니다. θ₁ (0) 및 θ₂ (0) θ₃ 동안 솔더 조인트와 바닥 패드 표면의 양면에서 액체-기체 계면에 의해 형성되는 양면의 접촉각을 나타냅니다. (0) 및 θ₄ (0) 양측의 액체-기체 계면에 의해 형성된 양단의 접촉각을 나타냅니다. V₀ 솔더 조인트의 부피를 나타냅니다. W_z 칩 끝단에 패드와 솔더 조인트가 수직 방향으로 가해지는 힘을 의미합니다.

식 (1)과 (2)의 한계에서 솔더 조인트의 프레임 곡선은 초기 값에 대한 효과적인 솔루션 방법을 기반으로 솔더 조인트 상단의 경계 조건을 초기 조건과 동일하게 만들 수 있습니다. 초기값에 대한 해는 z가 0이라는 요구사항을 충족할 수 없으므로 수학식 3과 같이 목적 함수 최소화 측면에서 등가 문제로 변환됩니다.

이 최소화된 목적 함수를 적용하여 패드 D_x4의 이상적인 디자인 크기를 결정할 수 있습니다. .

또한 PCB 패드의 주석 랩 각도의 기하학적 특성을 고려해야 합니다. 그런 점에서 패드의 확장 크기는 아래의 약식을 따라야 합니다.

이 방정식에서 D_h 칩 외부에 노출된 측면 패드의 두께를 나타냅니다. 묵시적 변수의 최적화를 통해 목적함수와 패드 내외부의 디자인 크기(D_x4 &D_x3 )는 하단의 측면 값이 충족되어야 계산할 수 있습니다.

이 방법은 QFN에 적합한 패드가 이 구성요소와 PCB 모두의 높은 전기적 성능에 도달할 수 있도록 잘 설계될 수 있도록 합니다. 그런 다음, 전문적이고 자격을 갖춘 조립 능력을 갖춘 PCBCart는 이상적인 설계를 현실로 바꿀 수 있습니다.

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