Con lo sviluppo delle tecnologie di incapsulamento dei componenti elettronici verso la miniaturizzazione, la leggerezza e le alte prestazioni, è diventata una tendenza nello sviluppo dei componenti elettronici aumentare la densità funzionale dei componenti e ridurre la distanza tra i terminali di ingresso e i terminali di uscita, il che è meglio evidenziato dalla tecnologia di assemblaggio automatico caratterizzata daSMT (tecnologia a montaggio superficiale). Per implementare il montaggio superficiale dei componenti, il primo passo consiste nel realizzare i corrispondenti pad sul PCB in modo da ottenere un PCB strutturato. Successivamente, si applica la tecnologia di stampa con stencil per ricoprire di pasta saldante la superficie dei pad del PCB. Infine, si procede al riscaldamento per trasformare la pasta saldante in liquido che forma un ponte liquido tra i pin dei componenti e il pad del PCB. Sotto l’influenza della solder mask sul PCB, la pasta saldante fusa è limitata all’area corrispondente del pad di saldatura, in modo da impedire il bridging tra i giunti di saldatura e realizzare così l’assemblaggio automatico del chip sul PCB. A seconda dei diversi tipi di package, si selezionano principalmente pad di saldatura circolari e rettangolari, cioè,BGA (array di contatti a sfera)e package QFN (quad flat no-lead). Se vuoi saperne di più sul BGA, sono sufficienti solo QUATTRO passaggi.
Wiki QFN
Rispetto ad altri componenti con diversi tipi di package, il package QFN è progettato per essere saldato direttamente sul substrato PCB o FPC. È in grado di offrire una migliore dissipazione del calore grazie ai suoi pad metallici esposti sul lato inferiore. Inoltre, il package QFN presenta prestazioni elettriche eccellenti poiché i suoi pin sono più corti rispetto a quelli dei componenti con package esteso. Pertanto, è di grande importanza progettare pad QFN sul PCB in modo che l’elevata affidabilità e le prestazioni del PCB possano essere mantenute e garantite.
Angolo di bagnatura
Poiché le dimensioni dei pin QFN e la spaziatura tra i pin sono relativamente ridotte, un ponte di giunzione di saldatura o una falsa saldatura possono essere causati da una quantità non accurata di pasta saldante applicata. Pertanto, una progettazione ragionevole delle dimensioni dei pad del PCB in base allo spessore dello stencil (h0) è di grande aiuto per il tasso di successo della saldatura. Supponiamo che l’angolo di bagnatura dello stagno per saldatura sul pad di saldatura (θa) è di 30° e l’angolo di bagnatura dello stagno per saldatura sulla solder mask (θr) è 160°. Se si trascura la rugosità della superficie del pad, l’angolo di bagnatura può essere considerato approssimativamente come l’angolo di avanzamento o di arretramento della linea di contatto a tre fasi. In conformità con la pratica di saldatura effettiva dei componenti QFN, un controllo ragionevole delle curve di temperatura della saldatura a rifusione, in condizioni ideali con lo stagno di saldatura completamente fuso e la superficie del pad bagnata, è in grado sia di garantire l’efficienza di saldatura sia di aiutare i componenti a raggiungere l’equilibrio di saldatura per l’assemblaggio automatico. Se il pad è progettato in modo ragionevole, lo stato ideale dei giunti di saldatura non solo soddisfa i requisiti di prestazioni elettriche del PCB e di connessione meccanica, ma evita anche i difetti dei giunti di saldatura come il bridging e le saldature fredde. In tal senso, lo stato dei giunti di saldatura deve soddisfare le seguenti formule:
a. Quando i giunti di saldatura all'interno del QFN sono completamente distribuiti sul pad del PCB,θa≤θj(Zu)≤θr,θj(0)=30°x3(0)=x4(0)=Dx4
b. Quando lo stagno al di fuori del QFN cresce nel pad laterale,
(1)θj(Zu)=θs3+90°,θ4(0)=30°θ3(0)=30°
(2)x3(0)=x4(0)=Dx4(0),x3(Zu)=0.
Design del pad
In questa formula,θs3è uguale aθaentrambi sono l’angolo di bagnatura dello stagno di saldatura sul pad laterale.
Nella direzione verticale, l’equazione di equilibrio statico del liquido di collegamento è:
PdLy(x3(0)-x4(0)+Lx)+Wz-[T(x3(0)-x4(0)+Lx)(senθ2(0)+senθ1(0))+TLy(sinθ3(0)+senθ4(0))]-ρgV0=0
L'intensità della pressione sul fondo dei giunti di saldatura (Pd) è:Pd=[T(x3(0)-x4(0)+Lx)(senθ2(0)+senθ1(0))+TLy(sinθ3(0)+senθ4(0))+ρgV0-Wz]/[Ly(x3(0)-x4(0)+Lx)]
In queste formule,ρsi riferisce alla densità liquida dello stagno per saldatura; T si riferisce alla tensione superficiale del liquido del giunto di saldatura;x3(0) ex4(0) si riferisce allo slittamento delle due estremità dei giunti di saldatura liquida sul pad di saldatura inferiore a stato liquido;θ1(0) eθ2(0) si riferisce agli angoli di contatto su entrambi i lati formati dall’interfaccia liquido-gas su entrambi i lati dei giunti di saldatura e sulla superficie del pad inferiore mentreθ3(0) eθ4(0) si riferisce agli angoli di contatto su entrambe le estremità formati dall’interfaccia liquido-gas su entrambi i lati;V0si riferisce al volume del giunto di saldatura;Wzsi riferisce alla forza applicata del pad all'estremità del chip e del giunto di saldatura nella direzione verticale.
Entro il limite delle formule (1) e (2), le curve di contorno dei giunti di saldatura possono rendere le condizioni al contorno all’estremità superiore dei giunti di saldatura equivalenti alle condizioni iniziali in base al metodo efficace di soluzione per i valori iniziali. Poiché la soluzione per valori iniziali non è in grado di soddisfare il requisito chezè uguale a 0, viene trasformato in un problema equivalente in termini di minimizzazione della funzione obiettivo, mostrato nell’Equazione (3).
Questa funzione obiettivo minimizzata può essere applicata per determinare la dimensione di progetto ideale del padDx4.
Inoltre, è necessario prendere in considerazione le caratteristiche geometriche dell’angolo di avvolgimento dello stagno sul pad del PCB. In tal senso, la dimensione di espansione del pad dovrebbe rispettare l’equazione seguente:
In questa equazione,Dhsi riferisce allo spessore del pad laterale esposto all’esterno del chip. Attraverso l’ottimizzazione delle variabili implicite, il requisito di errore previsto è soddisfatto dalla funzione obiettivo e dalla dimensione di progetto dei pad interni ed esterni (Dx4&Dx3) può essere calcolato soddisfacendo la necessità del valore laterale all’estremità inferiore.
Questo metodo garantisce che un pad adatto per QFN possa essere ben progettato al fine di raggiungere le elevate prestazioni elettriche sia di questo componente che del PCB. Quindi, con professionale e qualificatocapacità di assemblaggio, PCBCart è in grado di trasformare il tuo progetto ideale in realtà.
