QFN og DFN dele
Fysisk lille størrelse og fodaftryk er ikke de eneste fordele ved en QFN. Den mindste af disse pakker slutter med meget korte ledninger. Dette giver mulighed for forbedrede signalegenskaber og fremragende termiske egenskaber. De fleste QFN- og DFN-dele har et stort metalkontaktområde på undersiden, lige inden for rækkerne af signalkontakter, som vist på billedet ovenfor.
Silikonestykket sidder lige på termoskyddet, hvilket giver mulighed for nogle imponerende termiske præstationer. Jeg har set 3mm x 3mm QFNs, der kan udgive 5V ved 800mA, som plejede at kræve en stor TO-220 pakke og en heatsink.
Denne ekstra ydeevne kommer dog med en pris. I dette tilfælde er prisen stort set i arenaen for fabrikationsudfordringer, hvilket er, hvordan vores samtale vender tilbage til mit daglige job. Ved Screaming Circuits har vi lært, hvad der forårsager QFN-problemer og hvordan man forhindrer disse problemer. Det kommer ned på mængden af loddepasta, der er lagt ned, og forskellen i overfladearealet af den store termisk plade og den af sidekontakterne.
Loddet er sat på overflademonteringspuder gennem en silkescreeningsproces eller med en loddepasta jetprinter. Ved silkescreeningsprocessen fremstilles en rustfri stål loddemetal stencil ved hjælp af laserskæringsåbninger til alle overflademonteringskomponenterne. Denne stencil placeres derefter oven på printkortet (PCB), og loddemasse sættes ned med en gnist. Denne proces er næsten identisk i konceptet til at gøre en silkescreenet T-shirt.
Mange butikker, min inkluderet, også bruge en pasta jet printer til at anvende pastaen. Dette har den fordel at tillade let modifikation af pastaemønsteret i flyve. Dens ulempe er, at pastaens dråber det gælder ikke giver den præcision, som nogle af de nyere super-små dele kræver.
En typisk lodde stencil kan være 3 eller 4 mils (0,067 til 0,100 mm) tyk. Når man ser på QFN-billederne ovenfor, kan man se, at billedforholdet mellem et område og en 4mil stencil tykkelse er ret stor for centerpuden, men meget mindre for kontakterne langs siderne.
Når loddemassen smelter i reflowovnen, ændres formen af loddets aflejring. Jeg vil ikke gå ind i væskedynamikken i denne opsætning, men resultatet er, at hvis midterpladen får en fuld dosis loddepasta, vil delen flyde op på midterpuden og nogle eller alle sidekontakterne er Meget sandsynligt ikke at lodde, som vist i illustrationen nedenfor:
QFN float (Kilde: Duane Benson)
Stencilåbningen styres af CAD-fodsporet. Desværre er footprints af QFN og DFN dele i CAD biblioteker næsten altid forkerte i denne henseende. De giver en loddepasta åbning, der er den samme størrelse som kobberpuden. Ikke alene er de næsten altid forkerte i CAD-softwaren, men de er næsten lige så ofte vist forkert i komponentdatabladet.
I stedet for en åbning i fuld størrelse skal stencillaget segmenteres for at give 50 til 75% pasta dækning på midterpuden, som illustreret nedenfor:
QFN segmenteret stencil (Kilde: Duane Benson)
Åbningerne til loddepasta stencilen (eller aflejringsmønsteret til pastajet) er angivet i stencillaget - undertiden kaldet "pasta lag" eller "creme lag" - i din CAD software. Mange fodaftrykredaktører skaber automatisk stencillaget, når du placerer en overflademonteringsplade.
Det er en del af problemet. I mange tilfælde skaber softwaren automatisk en stencilåbning, der matcher, uanset hvad kobberpudestørrelsen er. At værktøjet gør det automatisk betyder, at mange brugere er under indtryk af, at de ikke behøver at tænke over dette, men de gør det virkelig, fordi det for en stor QFN-varmeslibning sandsynligvis er forkert.
Korrigering af fodaftryk er en temmelig let opgave, men hvordan ville du vide, at du har brug for at ordne noget, medmindre nogle PCB-montagepersoner rangerer på dig? Du ville nok ikke, så her er jeg, ranting på dig.
Løsningen, som jeg sagde, er ret let. Nå, det er nemt, hvis du er bekendt med processen med at oprette eller ændre fodspor i din CAD-software. Jeg vil forlade den specifikke detaljer til dig, men hvis du ved hvordan, eller når du har lært hvordan, vil jeg fortælle dig, hvad du skal gøre.
I din footprint editor skal du slukke for det automatiske indsæt lag og hånden tegne det. Teknikken vil variere baseret på din footprint editors arbejde, men det du skal gøre er det samme. Sørg for, at stencillaget ikke oprettes som standard, og træk det derefter ind i stencillaget. Nedenstående illustration viser et eksempel på, hvordan det skal se ud.
QFN loddepasta stencil lag gode eksempler (Kilde: Duane Benson)
Skyd mellem 50 og 75% loddepasta dækning; dvs. loddemassen skal dække 50 til 75% af kobberpuden. Hvis der er nogen vias i puden, må du ikke sætte dem ind på toppen af dem. Vias skal være dækket med loddemaske, eller fyldt og belagt over. Hvis du forlader åbne vias, vil loddet vride ned og ende op på den anden side af brættet. Det er heller ikke en god ting at ske.
Endnu en ting: Er det 50% eller er det 75%? I en prototype eller en lille mængde verden har et hvilket som helst sted i dette område en god chance for succes. Hvis du opbygger et produkt med høj volumen, vil du gerne arbejde med produktionsingeniørerne på firmaet, der opbygger dine bestyrelser. De starter i dette interval og tilpasser stencilmønsteret for at opnå de bedst mulige resultater på deres produktionslinje.
QFN'er kan være en smule skræmmende, men de er her for at blive. Med lidt ekstra omhu kan du være ganske vellykket med dem. Du kan endda være i stand til at krympe dit bord lidt og spare nogle af fabrikationsomkostningerne.