QFN(Quad Flat No-lead Package,方形扁平無引腳封裝)是一種焊盤尺寸小、體積小、以塑料作為密封材料的新興的表面貼裝芯片封裝技�(shù)。QFN是日本電子機(jī)械工�(yè)�(xié)會規(guī)定的名稱。由于底部中央大暴露的焊盤被焊接到PCB的散熱焊盤上,使得QFN具有的電和熱性能�
QFN是一種無引腳封裝,呈正方形或矩形,封裝底部中央位置有一個大面積裸露的焊盤,具有�(dǎo)熱的作用,在大焊盤的封裝外圍有實(shí)�(xiàn)電氣連接的導(dǎo)電焊�。由于QFN封裝不像傳統(tǒng)的SOIC與TSOP封裝那樣具有鷗翼狀引線,內(nèi)部引腳與焊盤之間的導(dǎo)電路徑短,自感系�(shù)以及封裝體內(nèi)布線電阻電阻很低,所�,它能提供卓越的電性能。此�,它還通過外露的引線框架焊盤提供了出色的散熱性能,該焊盤具有直接散熱的通道,用于釋放封裝內(nèi)的熱量。通常,將散熱焊盤直接焊接在電路板�,并且PCB中的散熱過孔有助于將多余的功耗擴(kuò)散到銅接地板�,從而吸收多余的熱量。由于體積小、重量輕,加上杰出的電性能和熱性能,這種封裝特別適合任何一個對尺寸、重量和性能都有要求的應(yīng)用�
� 表面貼裝封裝
� 無引腳焊盤設(shè)�(jì)占有更小的PCB面積
� 組件非常?�?lt;1mm),可滿足對空間有嚴(yán)格要求的�(yīng)�
� 非常低的阻抗、自感,可滿足高速或者微波的�(yīng)�
� 具有�(yōu)異的熱性能,主要是�?yàn)榈撞坑写竺娣e散熱焊盤
� 重量輕,適合便攜式應(yīng)�
� 無引腳設(shè)�(jì)
QFN的焊盤設(shè)�(jì)主要包含以下三個方面:周邊引腳的焊盤設(shè)�(jì)、中間熱焊盤及過孔的�(shè)�(jì)和對PCB阻焊層結(jié)�(gòu)的考慮�
1、周邊引腳的焊盤�(shè)�(jì)
對于QFN封裝,PCB的焊盤可采用與全引腳封裝一樣的�(shè)�(jì),周邊引腳的焊盤�(shè)�(jì)尺寸如圖2所�。在圖中,尺寸Zmax為焊盤引腳外�(cè)尺寸,Gmin是焊盤引腳內(nèi)�(cè)最小尺�,D2t為散熱焊盤尺�,X、Y是焊盤的寬度和長度�
MLF封裝的焊盤的公差分析包括元件公差、印制板制造公差和貼裝�(shè)備的精度。這類問題的分析IPC已建立了一個標(biāo)�(zhǔn)程序,根�(jù)這個程序可�(jì)算得出各種MLF元件推薦的焊盤尺寸,�1列出了一些常見的引腳間距�0.5mm的QFN封裝的PCB焊盤�(shè)�(jì)尺寸�
2� 散熱焊盤和散熱過孔設(shè)�(jì)
QFN封裝具有�(yōu)異的熱性能,主要是�?yàn)榉庋b底部有大面積散熱焊盤,為了能有效地將熱量從芯片傳�(dǎo)到PCB�,PCB底部必須�(shè)�(jì)與之相對�(yīng)的散熱焊盤和散熱過孔。散熱焊盤提供了可靠的焊接面�,過孔提供了散熱途徑�
通常散熱焊盤的尺寸至少和元件暴露焊盤相匹配,然而還需考慮各種其他因素,如避免和周邊焊盤的橋接�,所以熱焊盤尺寸需要修�,具體尺寸如�1所��
散熱過孔的數(shù)量及尺寸取決于封裝的�(yīng)用情�、芯片功率大�,以及電性能的要�。建議散熱過孔的間距�1.0�1.2mm,過孔尺寸在0.3�0.33mm。散熱過孔有4種設(shè)�(jì)形式:使用干膜阻焊膜從過孔頂部或底部阻焊;使用液�(tài)感光(LPI)阻焊膜從底部填充;或者采用“貫通孔�,如�3所示。上述方法各有利弊:從頂部阻焊對控制氣孔的產(chǎn)生比較好,但PCB頂面的阻焊層會阻礙焊膏印刷;底邊的阻焊和底部填充由于氣體的外逸會�(chǎn)生大的氣�,覆�2個熱過孔,對熱性能方面有不利的影響;貫通孔允許焊料流�(jìn)過孔,減小了氣孔的尺�,但元件底部焊盤上的焊料會減少。散熱過孔設(shè)�(jì)要根�(jù)具體情況而定,建議使用頂部或底部阻焊�
回流焊曲線和峰值溫度對氣孔的形成也有很大的影響,經(jīng)過多次實(shí)�(yàn)�(fā)�(xiàn),在底部填充的熱焊盤區(qū)�,當(dāng)峰值回流溫度從210℃增加到215�220℃時,氣孔減�;對于貫通孔,PCB底部的焊料流出隨回流溫度的降低而減��
3、阻焊層的結(jié)�(gòu)
建議使用NSMD阻焊�,阻焊層開口�(yīng)比焊盤開口大120�150μm,即焊盤銅箔到阻焊層的間隙有60�75μm,這樣允許阻焊層有一個制造公�,通常這個公差在50�65μm之間。當(dāng)引腳間距小于0.5mm�,引腳之間的阻焊可以省略�
�(wǎng)板設(shè)�(jì)
能否得到完美、可靠的焊點(diǎn),印刷網(wǎng)板設(shè)�(jì)是關(guān)鍵的�。四周焊盤網(wǎng)板開口尺寸和�(wǎng)板的厚度的選取有直接的關(guān)系,一般較厚的�(wǎng)板可以采用開口尺寸略小于焊盤尺寸的設(shè)�(jì),而較薄的�(wǎng)板開口尺寸可�(shè)�(jì)�1:1。推薦使用激光制作開口并�(jīng)過電拋光處理的網(wǎng)��
1、周邊焊盤的�(wǎng)板設(shè)�(jì)
�(wǎng)板的厚度決定了印刷在PCB上的焊膏�,太多的焊膏將會�(dǎo)致回流焊接時橋�。所以建�0.5mm間距的QFN封裝使用0.12mm厚度的網(wǎng)��0.65mm間距的QFN封裝使用0.15mm厚度的網(wǎng)�。網(wǎng)板開口尺寸可適當(dāng)比焊盤小一些,以減少焊接橋連的�(fā)�,如�4所示�
2、散熱焊盤的�(wǎng)板設(shè)�(jì)
�(dāng)芯片底部的暴露焊盤和PCB上的熱焊盤�(jìn)行焊接時,熱過孔和大尺寸焊盤中的氣體將會向外溢出,產(chǎn)生一定的氣孔,因此如果焊膏面積太�,會�(chǎn)生各種缺陷(如濺射和焊球等)。但是,消除這些氣孔幾乎是不可能�,只有將氣孔減至最�。在熱焊盤區(qū)域網(wǎng)板設(shè)�(jì)�,要�(jīng)過仔�(xì)考慮,建議在該區(qū)域開多個小的開口,而不是一個大開口,典型值為50%�80%的焊膏覆蓋量。實(shí)踐證��50μm的焊�(diǎn)厚度對改善板級可靠性很有幫�,為了達(dá)到這一厚度,建議對于底部填充熱過孔�(shè)�(jì)的焊膏厚度至�50%以上;對于貫通孔,覆蓋率至少75%以上�