Con el desarrollo de las tecnologías de encapsulado de componentes electrónicos hacia la miniaturización, el peso ligero y el alto rendimiento, se ha convertido en una tendencia de desarrollo de los componentes electrónicos aumentar la densidad funcional de los componentes y disminuir el espacio entre los terminales de entrada y los terminales de salida, lo cual se muestra de la mejor manera en la tecnología de ensamblaje automático caracterizada porSMT (tecnología de montaje superficial). Para implementar el montaje superficial de componentes, el primer paso es fabricar las almohadillas correspondientes en la PCB para obtener una PCB estructurada. Luego, se aplica la tecnología de impresión con esténcil para cubrir con pasta de soldadura la superficie de las almohadillas de la PCB. Finalmente, se realiza el calentamiento para transformar la pasta de soldadura en líquido, que forma un puente líquido entre los pines de los componentes y la almohadilla de la PCB. Bajo la influencia de la máscara de soldadura en la PCB, la pasta de soldadura fundida se limita al área correspondiente de la almohadilla de soldadura con el fin de evitar puentes entre las uniones de soldadura, de modo que se implemente el ensamblaje automático del chip en la PCB. De acuerdo con los diferentes tipos de encapsulado, se seleccionan principalmente almohadillas de soldadura circulares y rectangulares, es decir,BGA (matriz de rejilla de bolas)y encapsulado QFN (quad flat no-lead). Si quieres saber más sobre BGA, solo CUATRO pasos son suficientes.
QFN Wiki
En comparación con otros componentes con diferentes tipos de encapsulados, el encapsulado QFN está diseñado para soldarse directamente sobre el sustrato de PCB o FPC. Es capaz de ofrecer una mejor disipación de calor gracias a sus almohadillas metálicas expuestas en la parte inferior. Además, el encapsulado QFN presenta un excelente rendimiento eléctrico, ya que sus pines son más cortos que los de los componentes con encapsulado extendido. Por lo tanto, es de gran importancia diseñar almohadillas QFN en la PCB para que se pueda mantener y garantizar una alta fiabilidad y rendimiento de la PCB.
Ángulo de humectación
Debido a que el tamaño de los pines QFN y el espaciado entre ellos son relativamente pequeños, puede producirse un puente de soldadura o una soldadura falsa debido a la cantidad precisa de recubrimiento de pasta de estaño. Por lo tanto, un diseño razonable del tamaño de las almohadillas de la PCB basado en el grosor de la plantilla (h0) es de gran ayuda para la tasa de éxito de la soldadura. Supongamos que el ángulo de humectación del estaño de soldadura sobre la almohadilla de soldadura (θa) es de 30° y el ángulo de humectación del estaño de soldadura sobre la máscara de soldadura (θres de 160°. Si se descarta la rugosidad de la superficie de la almohadilla, el ángulo de humectación puede considerarse aproximadamente como el ángulo de avance o retroceso de la línea de contacto trifásica. De acuerdo con la técnica práctica de soldadura de componentes QFN, un control razonable de las curvas de temperatura del refusión en una condición ideal, con la soldadura de estaño completamente fundida y la superficie de la almohadilla humedecida, es capaz tanto de garantizar la eficiencia de soldadura como de ayudar a que los componentes alcancen un equilibrio de soldadura de ensamblaje automático. Si la almohadilla está diseñada razonablemente, el estado ideal de las uniones de soldadura no solo cumple con el requisito de rendimiento eléctrico de la PCB y de conexión mecánica, sino que también evita fallos de las uniones de soldadura como puentes y soldaduras falsas. En este sentido, el estado de las uniones de soldadura debe cumplir las siguientes fórmulas:
a. Cuando las uniones de soldadura dentro del QFN están completamente distribuidas sobre la almohadilla de la PCB,θa≤θj(Zu)≤θr,θj(0)=30°x3(0)=x4(0)=Dx4
b. Cuando el estaño fuera del QFN está creciendo en la almohadilla lateral,
(1)θj(Zu)=θs3+90°θ4(0)=30°θ3(0)=30°
(2)x3(0)=x4(0)=Dx4(0),x3(Zu)=0.
Diseño de almohadilla
En esta fórmula,θs3es igual aθaambos de los cuales son el ángulo de humectación del estaño de soldadura en la almohadilla lateral.
En la dirección vertical, la ecuación de equilibrio estático del líquido de puente es:
PdLy(x3(0)-x4(0)+Lx)+Wz-[T(x3(0)-x4(0)+Lx)(senθ2(0)+senθ1(0))+TLy(sinθ3(0)+senθ4(0))]-ρgV0=0
La intensidad de presión en la parte inferior de las uniones de soldadura (Pd) es:Pd=[T(x3(0)-x4(0)+Lx)(senθ2(0)+senθ1(0))+TLy(sinθ3(0)+senθ4(0))+ρgV0-Wz]/[Ly(x3(0)-x4(0)+Lx)]
En estas fórmulas,ρse refiere a la densidad líquida del estaño de soldadura; T se refiere a la tensión superficial del líquido de la unión de soldadura;x3(0) yx4(0) se refiere al deslizamiento de los dos extremos de las uniones de soldadura líquida en la almohadilla de soldadura inferior líquida;θ1(0) yθ2(0) se refiere a los ángulos de contacto en ambos lados formados por la interfaz líquido-gas en ambos lados de las uniones de soldadura y la superficie de la almohadilla inferior mientrasθ3(0) yθ4(0) se refiere a los ángulos de contacto en ambos extremos formados por la interfaz líquido-gas en ambos lados;V0se refiere al volumen de la unión de soldadura;Wzse refiere a la fuerza aplicada de la almohadilla en el extremo del chip y de la unión de soldadura en la dirección vertical.
Bajo el límite de las fórmulas (1) y (2), las curvas de contorno de las uniones de soldadura pueden hacer que las condiciones de contorno en el extremo superior de las uniones de soldadura sean equivalentes a las condiciones iniciales basadas en el método efectivo de soluciones al valor inicial. Dado que la solución al valor inicial es incapaz de cumplir el requisito de quezes igual a 0, se transforma en un problema equivalente en términos de minimización de la función objetivo que se muestra en la Ecuación (3).
Esta función objetivo minimizada puede aplicarse para determinar el tamaño de diseño ideal de la almohadillaDx4.
Además, deben tenerse en cuenta las características geométricas del ángulo de recubrimiento de estaño de la almohadilla de la PCB. En este sentido, el tamaño de expansión de la almohadilla debe ajustarse aproximadamente a la siguiente ecuación:
En esta ecuación,Dhse refiere al grosor de la almohadilla lateral expuesta fuera del chip. Mediante la optimización de variables implícitas, el requisito de error esperado se cumple mediante la función objetivo y el tamaño de diseño de las almohadillas internas y externas (Dx4&Dx3) se puede calcular cumpliendo la necesidad del valor lateral en el extremo inferior.
Este método garantiza que se pueda diseñar adecuadamente una almohadilla adecuada para QFN con el fin de alcanzar el alto rendimiento eléctrico tanto de este componente como de la PCB. Luego, con profesionales y calificadoscapacidad de ensamblaje, PCBCart es capaz de transformar su diseño ideal en realidad.
