Requisito de diseño de esténcil en componentes QFN para un rendimiento óptimo de la PCBA

Encapsulado QFN

En los últimos años se han observado amplias aplicaciones de componentes con encapsulado QFN (Quad Flat No-lead) debido a sus ventajas integrales, que incluyen un excelente rendimiento eléctrico y térmico, peso ligero y tamaño reducido. Como encapsulado sin terminales sobresalientes, los componentes QFN han recibido una gran atención por parte de la industria, ya que presentan una baja inductancia entre terminales. Los componentes con encapsulado QFN tienen forma cuadrada o rectangular, y sus formatos de encapsulado son similares a los de los componentes con encapsulado BGA (Ball Grid Array). A diferencia del BGA, el QFN no tiene esferas de soldadura en la parte inferior y su conexión eléctrica y mecánica con otros componentes se logra mediante uniones de soldadura que se generan a través de la soldadura por refusión, antes de lo cual debe imprimirse pasta de soldadura sobre las almohadillas que se encuentran en la superficie de la placa de circuito impreso (PCB).

La impresión de pasta de soldadura es una fase tan significativa duranteProceso de PCBA (ensamblaje de placa de circuito impreso)que determinará aún más la calidad final y el rendimiento del ensamblaje. La impresión de pasta de soldadura nunca puede realizarse de manera fluida o precisa a menos que se diseñen y utilicen plantillas adecuadas, y por eso se ha elaborado este artículo.

Diseño de plantilla

La impresión de pasta de soldadura desempeña un papel tan esencial en el ensamblaje de montaje superficial (SMA) y en la tecnología de ensamblaje electrónico que la calidad de la impresión de pasta de soldadura a través de la plantilla está directamente asociada con el rendimiento a la primera (FTY) del proceso de soldadura de componentes electrónicos/eléctricos de montaje superficial. Se ha concluido que entre el 60% y el 70% de los defectos de soldadura se derivan de la baja calidad de la impresión de pasta de soldadura realizada mediante plantilla. Por lo tanto, es necesario llevar a cabo un estudio exhaustivo de todos los aspectos relacionados con la tecnología de impresión de pasta de soldadura mediante plantilla.

Cuando se trata del diseño de esténciles, una excelente abertura es el primer elemento que garantiza uniones de soldadura óptimas y fiables.

• Diseño de marco de esténcil

El marco del esténcil suele estar hecho de aleación de aluminio y su tamaño es compatible con los parámetros de la impresora. La fabricación automática requiere que el esténcil entre en la línea de producción y que el tamaño del esténcil sea aceptado por la impresora. Un tamaño demasiado grande o demasiado pequeño no permite una fabricación fluida.

• Diseño de estiramiento de esténcil

El estirado se refiere al proceso durante el cual la placa de esténcil de acero inoxidable se fija al marco. Normalmente se utilizan pegamento y cinta de pasta de aluminio en el estirado. Primero se aplica el agente adhesivo en la unión del marco de aleación de aluminio y la placa de esténcil de acero inoxidable y luego se raspa uniformemente un recubrimiento protector. Durante el proceso de estirado, es necesario dejar una distancia interna de 25 mm a 50 mm entre la placa de esténcil de acero inoxidable y el marco para garantizar una excelente planitud y tensión durante la impresión de la pasta de soldadura. Un esténcil recién fabricado debe mantener la tensión en el rango de 40 a 50 N por centímetro.

• Diseño de marca de fiducial de esténcil

El posicionamiento automático debe ser realizado por la impresora durante la línea de fabricación automática, por lo que la plantilla debe contener marcas de referencia. El diseño de las marcas de referencia se basa en las dimensiones de las marcas enArchivo Gerberde PCB y luego la abertura se establece en una proporción de 1:1 con el grabado realizado en la parte posterior de la plantilla. En términos generales, se requieren al menos dos marcas de referencia en una plantilla en dos ángulos opuestos.

• Diseño de esténcil para pads de E/S alrededor de componentes QFN

El tamaño de la abertura del esténcil debe ser equivalente al de las almohadillas de E/S periféricas, de modo que dicho tamaño de abertura pueda garantizar que se formen uniones de soldadura con una altura de pasta de soldadura de 50 a 75 μm después del proceso de refusión alrededor de la almohadilla. En el caso de componentes QFN de traza fina, especialmente aquellos cuyo paso de E/S es inferior a 0,4 mm, el ancho de la abertura del esténcil debe reducirse ligeramente con respecto a las almohadillas de la PCB para evitar puentes entre las almohadillas de E/S adyacentes. La relación de abertura del esténcil entre el ancho y el espesor (W/T) debe ser superior a 1,5.

• Diseño de esténcil para almohadillas centrales de disipación térmica de componentes QFN

Un diseño inadecuado de la abertura del pad central para la disipación térmica provocará todo tipo de defectos. Cuando los componentes QFN pasan por el proceso de soldadura por refusión, la pasta de soldadura en las almohadillas grandes se funde y, al fundirse el flux, se genera aire que circula, lo que conduce a problemas como poros de aire, microagujeros, salpicaduras de soldadura y bolas de soldadura. Aunque es casi imposible eliminar por completo estos problemas, sus efectos negativos pueden reducirse mediante algunas medidas. Por ejemplo, se utiliza una matriz de múltiples aberturas pequeñas en malla en lugar de una abertura grande. La forma de cada abertura pequeña puede ser circular o cuadrada, siempre que entre el 50 % y el 80 % de las almohadillas para la disipación térmica central queden cubiertas por pasta de soldadura, lo que garantizará una altura de pasta de soldadura de 50 a 75 μm.

• Categoría de plantilla y grosor de plantilla

Se sugiere que el material del esténcil sea acero inoxidable, mientras que el método de grabado se recomienda que sea el corte por láser. Se realiza un pulido electrolítico en la pared del orificio para que esta quede lisa y se reduzca la fricción, lo cual es beneficioso para el desmoldeo y la formación de la pasta de soldadura.

El grosor de la plantilla desempeña un papel decisivo en la cantidad de pasta de soldadura impresa en la PCB. Tanto un exceso como una cantidad insuficiente de pasta de soldadura provocarán la generación de defectos durante la soldadura por refusión. Demasiada pasta de soldadura tiende a causar puentes, mientras que muy poca pasta de soldadura tiende a provocar soldaduras abiertas. Se sugiere que los componentes QFN de línea fina (con paso por debajo de 0,4 mm) utilicen plantillas con un grosor en el rango de 0,12 mm a 0,13 mm, y que los componentes QFN de paso amplio (con paso por encima de 0,4 mm) utilicen plantillas con un grosor en el rango de 0,15 mm a 0,2 mm.

• Inspección de esténcil

La plantilla debe inspeccionarse cuidadosamente antes del ensamblaje SMT auténtico con los siguientes puntos de inspección:
a. Se debe realizar una inspección visual para verificar la planitud del estiramiento y asegurarse de que la abertura esté ubicada en el centro de la plantilla.
b. Se debe realizar una inspección visual para garantizar que las posiciones de las aberturas del esténcil sean compatibles con las almohadillas de la PCB.
c. Se debe inspeccionar el tamaño de la abertura del esténcil (largo, ancho).
d. El microscopio se utiliza para inspeccionar la suavidad de la pared del orificio de apertura y la superficie de la plantilla.
e. El tensiómetro se utiliza para medir la tensión del esténcil.
f. El grosor de la plantilla debe validarse mediante el resultado de la impresión de la pasta de soldadura.

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