QFN puede ser un poco intimidante, pero llegó para quedarse. Con un poco de cuidado, es posible que pueda hacer que el tablero sea un poco más pequeño y ahorrar costos de fabricación.
QFN puede ser un poco intimidante, pero llegó para quedarse. Con un poco de cuidado, es posible que pueda hacer que el tablero sea un poco más pequeño y ahorrar costos de fabricación.
Trabajo para un fabricante de productos electrónicos. Generalmente esto me hace feliz. ¿Qué mejor trabajo para un hacker/fabricante que incrustar robots montados en la superficie dentro de un edificio? Pero a veces suceden cosas que me entristecen. Cuando aparece en mi puerta una placa de PC con una huella QFN inapropiada, es bueno que me ponga “triste”.
Esto sucede con demasiada frecuencia. De hecho, una huella QFN incorrecta es uno de los problemas de diseño más comunes que se presentan en la fábrica. Por lo general, los encontramos y los reparamos antes de que lleguen a la máquina, pero si no lo hacen, es hora de llamar a un retrabajador.
QFN (Quad Flat Pack, No Lead) y su primo más pequeño DFN (Dual Flat Pack, No Lead) pertenecen a una clase de componentes llamados BTC (Bottom Terminated Components). Esto significa que todos los conductores están debajo de la pieza. Se utiliza cuando el espacio es limitado. BTC no es nada nuevo, pero se está volviendo cada vez más popular debido a la proliferación de dispositivos electrónicos portátiles y móviles.
Las ventajas de QFN van más allá de su pequeño tamaño físico y huella. El más pequeño de estos paquetes tendrá pistas muy cortas. Esto da como resultado características de señal mejoradas y excelentes propiedades térmicas. Como se muestra en la imagen de arriba, la mayoría de las piezas QFN y DFN tienen un área de contacto de metal grande justo dentro de la fila inferior de contactos de señal.
El troquel de silicona se encuentra justo encima de la almohadilla térmica para un excelente rendimiento térmico. He visto QFN de 3 mm x 3 mm que pueden generar 5 V a 800 mA, lo que solía requerir un paquete TO-220 grande y un disipador de calor.
Sin embargo, este rendimiento adicional tiene un precio. En este caso, la fijación de precios se encuentra principalmente en el ámbito de los desafíos de fabricación, y así es como nuestra conversación vuelve a mi negocio diario.y circuito de gritos, aprendió qué causa los problemas de QFN y cómo prevenirlos. Todo se reduce a la cantidad de pasta de soldadura que coloca y la diferencia entre el área de superficie de la almohadilla térmica grande y el área de superficie de los contactos laterales.
La soldadura se coloca en las almohadillas de montaje superficial mediante un proceso de serigrafía o una impresora de inyección de pasta de soldadura. El proceso de serigrafía crea una plantilla de pasta de soldadura de acero inoxidable cortando con láser las aberturas para todas las almohadillas de los componentes de montaje en superficie. Luego coloque esta plantilla en la placa de circuito impreso (PCB) y limpie la pasta de soldadura. Este proceso es casi el mismo concepto que hacer una camiseta serigrafiada.
Muchas tiendas, incluido yo mismo, también usan una impresora de inyección de pasta para aplicar la pasta. Esto tiene la ventaja de que puede cambiar fácilmente el patrón de pegado sobre la marcha. Su inconveniente es que las gotas de pasta que aplica no dan la precisión necesaria a algunas de las micropiezas más nuevas.
El grosor típico de una plantilla de soldadura es de 0,067 a 0,100 mm (3 a 4 mils). Mirando la foto del QFN anterior, podemos ver que la relación de aspecto del área para el grosor de la plantilla de 4 mil es bastante grande para la almohadilla central y mucho más pequeña para los contactos a lo largo de los lados.
Cuando la soldadura en pasta se derrite en el horno de reflujo, la forma del accesorio de soldadura cambia. No entraré en la dinámica de fluidos de esa configuración, pero el resultado es que cuando se aplica pasta de soldadura completa a la almohadilla central, la pieza flotará sobre ella, dejando algunos o todos los contactos laterales como se muestra en la figura a continuación. Además, es muy probable que no esté soldado.
La apertura de la plantilla está controlada por la huella CAD. Desafortunadamente, las huellas de las piezas QFN y DFN en las bibliotecas CAD casi siempre son incorrectas en este sentido. Proporcionan aberturas para la soldadura en pasta que son del mismo tamaño que las almohadillas de cobre. La mayoría de las veces no solo está mal en el software CAD, sino que también se muestra mal en la hoja de datos del componente.
En lugar de una abertura de tamaño completo, la capa de la plantilla debe segmentarse para brindar una cobertura de pasta del 50 al 75 % en la almohadilla central, como se muestra a continuación.
Las aberturas de la plantilla de pasta de soldadura (o patrón de deposición de chorro de pasta) se especifican en la capa de plantilla (a veces llamada “capa de pasta” o “capa de crema”) del software CAD. Muchos editores de huellas crean automáticamente una capa de plantilla al colocar almohadillas de montaje en superficie.
Eso es parte del problema. En muchos casos, el software crea automáticamente las aberturas de la plantilla independientemente del tamaño de la almohadilla de cobre. El hecho de que la herramienta haga esto automáticamente significa que muchos usuarios tienen la impresión de que no tienen que pensar en esto, pero lo hacen. Porque para grandes babosas de calor QFN, probablemente sea incorrecto.
Arreglar las huellas es una tarea bastante fácil, pero ¿cómo sabes que necesitas arreglar algo a menos que les griten a tus chicos de ensamblaje de PCB? Probablemente no lo harás.
Como dije, la solución es muy simple. Si está familiarizado con el proceso de creación o modificación de huellas en su software CAD, es fácil. Te dejaré los detalles específicos de eso, pero si sabes cómo hacerlo o lo dominas, te diré qué hacer.
En el editor de huellas, desactive el pegado automático de capas y dibuje a mano. Las técnicas varían según cómo funcione el editor de huellas, pero lo que debe hacer es lo mismo. Asegúrese de que la capa de la plantilla no se cree de forma predeterminada y, a continuación, dibuje en la capa de la plantilla. La siguiente imagen muestra un ejemplo de cómo se ve.
Dispare para que la cobertura de soldadura en pasta esté entre 50% y 75%. Esto significa que la soldadura en pasta debe cubrir entre el 50 y el 75 % de las almohadillas de cobre. Si la almohadilla tiene vías, no ponga pasta sobre ellas. Las vías deben cubrirse con una máscara de soldadura o rellenarse y enchaparse. Si deja las vías abiertas, la soldadura se absorberá y terminará en el otro lado de la placa. Esto tampoco es bueno.
Una cosa más: ¿50% o 75%? En el mundo de los prototipos o de bajo volumen, es más probable que tenga éxito en cualquier lugar dentro de ese rango. Si está construyendo un producto de gran volumen, es una buena idea trabajar con los ingenieros de fabricación de la empresa que está construyendo su placa. Comienzan con la gama y ajustan el patrón de la plantilla para lograr los mejores resultados posibles en la línea de producción.
QFN puede ser un poco intimidante, pero llegó para quedarse. Con un poco más de cuidado, puedes manejarlos bien. En algunos casos, el tablero se puede encoger un poco para ahorrar costos de fabricación.