PCBA의 최적 성능을 위한 QFN 구성요소의 스텐실 설계 요구사항

QFN 패키지

최근 몇 년 동안 QFN(Quad Flat No-lead) 패키지 구성 요소는 우수한 전기 및 열 성능, 경량 및 작은 크기를 포함한 포괄적인 이점으로 인해 광범위하게 적용되었습니다. 리드가 없는 패키지인 QFN 구성요소는 리드 간의 인덕턴스가 낮기 때문에 업계에서 많은 관심을 받았습니다. QFN 패키지 구성 요소는 패키지 형태가 BGA(Ball Grid Array) 패키지 구성 요소와 유사한 정사각형 또는 직사각형이 특징입니다. BGA와 달리 QFN은 바닥면에 솔더 볼이 없고 다른 부품과의 전기적 기계적 연결은 리플로 솔더링을 통해 생성된 솔더 조인트를 통해 이루어지며, 그 전에 솔더 페이스트가 인쇄된 표면의 패드에 인쇄되어야 합니다. 회로 기판(PCB).

솔더 페이스트 인쇄는 PCBA(인쇄 회로 기판 조립) 공정 중 매우 중요한 단계이므로 조립의 최종 품질과 성능을 추가로 결정합니다. 솔더 페이스트 인쇄는 적절한 스텐실을 설계하고 사용하지 않으면 결코 매끄럽고 정확하게 할 수 없기 때문에 이 기사가 생성됩니다.

스텐실 디자인

솔더 페이스트 프린팅은 SMA(Surface Mount Assembly) 및 전자 어셈블리 기술에서 필수적인 역할을 하므로 스텐실을 통한 솔더 페이스트 프린팅의 품질은 표면 실장 전자/전기 부품 솔더링의 FTY(First Time Yield)와 직접적으로 연관됩니다. 솔더링 불량의 60~70%는 스텐실을 통해 수행되는 낮은 품질의 솔더 페이스트 인쇄에서 기인한다고 결론지었습니다. 따라서 스텐실 기술을 통한 솔더 페이스트 인쇄에 관한 모든 측면에 대한 포괄적인 연구를 수행할 필요가 있습니다.

스텐실 디자인과 관련하여 우수한 개방성은 최적의 안정적인 납땜 접합을 보장하는 첫 번째 요소입니다.

• 스텐실 프레임 디자인

스텐실 프레임은 일반적으로 프린터의 매개 변수와 호환되는 크기로 알루미늄 합금으로 만들어집니다. 자동 제조를 위해서는 스텐실이 생산 라인에 들어가야 하고 스텐실의 크기가 프린터에서 받아들여야 합니다. 너무 큰 사이즈도 너무 작은 사이즈도 순조로운 제작을 할 수 없습니다.

• 스텐실 스트레칭 디자인

스트레칭은 스테인리스 스텐실 판이 프레임에 붙는 과정을 말합니다. 접착제와 알루미늄 페이스트 테이프는 일반적으로 스트레칭에 사용됩니다. 알루미늄 합금 프레임과 스테인리스 스텐실 플레이트의 접합부에 먼저 접착제를 도포한 후 보호 코팅을 균일하게 긁어냅니다. 스트레칭 과정에서 솔더 페이스트 인쇄 시 우수한 평탄도와 신축성을 보장하기 위해 스테인리스 스텐실 플레이트와 프레임 사이에 25mm~50mm의 내부 거리를 남겨야 합니다. 새로 제작된 스텐실은 센티미터당 40~50N 범위의 장력을 유지해야 합니다.

• 스텐실 기준 마크 디자인

스텐실에 기준 마크가 포함되도록 자동 제조 라인 동안 프린터에서 자동 위치 지정을 수행해야 합니다. 기준 마크 디자인은 PCB의 Gerber 파일에 있는 마크의 치수를 기준으로 한 다음 스텐실 후면에서 에칭을 수행하여 개구부를 1:1 비율로 설정합니다. 일반적으로 두 개의 반대 각도에서 스텐실에 두 개 이상의 기준 표시가 필요합니다.

• QFN 구성요소 주변의 I/O 패드용 스텐실 설계

스텐실 개구 크기는 주변 I/O 패드의 크기와 같아야 하므로 이러한 개구 크기는 패드 주변의 리플로 솔더링 후 솔더 페이스트 높이가 50~75μm인 솔더 조인트를 형성할 수 있도록 합니다. 가는 선 QFN 부품, 특히 I/O 피치가 0.4mm 미만인 부품의 경우 스텐실 개방 폭은 주변 I/O 패드 사이의 브리징을 피하기 위해 PCB 패드보다 약간 줄여야 합니다. 스텐실의 너비와 두께 사이의 개구율(W/T)은 1.5 이상이어야 합니다.

• QFN 부품의 중앙 방열 패드용 스텐실 설계

방열 개구부 설계를 위한 부적절한 중앙 패드는 모든 종류의 결함을 유발합니다. QFN 구성 요소가 리플로우 솔더링을 거치면 큰 패드의 솔더 페이스트가 용융 플럭스와 함께 약간의 공기가 흐르면서 녹아 공기 구멍, 핀홀, 솔더 스플래쉬 및 솔더 볼과 같은 문제가 발생합니다. 이러한 문제를 제거하는 것은 거의 불가능하지만 몇 가지 조치를 통해 나쁜 영향을 줄일 수 있습니다. 예를 들어, 큰 개구부 대신 여러 개의 작은 메쉬 개구부 배열이 선택됩니다. 각 작은 구멍의 모양은 중앙 방열을 위한 패드의 50~80%가 50~75μm의 솔더 페이스트 높이를 보장하는 솔더 페이스트로 덮여 있는 한 원형 또는 정사각형일 수 있습니다.

• 스텐실 카테고리 및 스텐실 두께

스텐실 재료는 스테인리스, 에칭 방법은 레이저 절단을 제안합니다. 구멍 벽에 전해 연마가 수행되어 마찰이 감소하여 구멍 벽이 매끄럽고 솔더 페이스트 탈형 및 성형에 유리합니다.

스텐실 두께는 PCB에 인쇄되는 솔더 페이스트 양에 결정적인 역할을 합니다. 솔더 페이스트가 너무 많거나 너무 적으면 리플로 솔더링 중에 결함이 발생합니다. 너무 많은 솔더 페이스트는 브리징을 일으키는 경향이 있고 너무 적은 솔더 페이스트는 개방 솔더링을 일으키는 경향이 있습니다. 가는 선 QFN 구성요소(피치 아래 0.4mm)는 0.12mm ~ 0.13mm 범위의 두께를 가진 스텐실에 의존하고 높은 간격의 QFN 구성요소(피치는 위 0.4mm)는 범위의 두께를 가진 스텐실에 의존합니다. 0.15mm에서 0.2mm로.

• 스텐실 검사

스텐실은 다음 검사 항목으로 정통 SMT 조립 전에 주의 깊게 검사해야 합니다.
a. 스트레칭의 평탄도를 검사하고 개구부가 스텐실의 중앙에 있는지 확인하기 위해 육안 검사를 받아야 합니다.
b. 스텐실 개방 위치가 PCB 패드와 호환되는지 확인하기 위해 육안 검사를 받아야 합니다.
c. 스텐실 개구 크기(길이, 너비)를 검사해야 합니다.
d. 현미경은 구멍 벽과 스텐실 표면의 평활도를 검사하는 데 사용됩니다.
e. 장력계는 스텐실 장력을 측정하는 데 활용됩니다.
f. 스텐실 두께는 솔더 페이스트 인쇄 결과를 통해 검증해야 합니다.

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