Faktor Kunci Desain Pad QFN PCB yang Unggul

Seiring dengan perkembangan teknologi kemasan komponen elektronik menuju miniatur, ringan, dan performa tinggi, telah menjadi tren perkembangan komponen elektronik untuk meningkatkan kepadatan fungsi komponen dan mengurangi jarak antara terminal input dan output, yang paling baik ditampilkan oleh teknologi assembly otomatis yang ditandai dengan SMT (surface mount technology). Untuk mengimplementasikan pemasangan permukaan komponen, langkah pertama adalah memproduksi pad yang sesuai pada PCB sehingga PCB yang terstruktur dapat diperoleh. Kemudian, teknologi cetak stencil diterapkan untuk menutup pasta solder pada permukaan pad PCB. Akhirnya, pemanasan dilakukan untuk mengubah pasta solder menjadi cair yang dibentuk menjadi jembatan cair antara pin komponen dan pad PCB. Pengaruh solder mask pada PCB, pasta solder yang mencair terbatas pada area pad solder yang sesuai untuk mencegah jembatan antara titik sambung sehingga assembly otomatis chip pada PCB diimplementasikan. Menurut tipe kemasan yang berbeda, pad solder bulat dan persegi panjang terutama dipilih, yaitu BGA (ball grid array) dan QFN (quad flat no-lead) package. Jika Anda ingin mengetahui lebih lanjut tentang BGA, hanya EMPAT langkah yang cukup.

Wiki QFN

Bandingkan dengan komponen lain dengan tipe kemasan yang berbeda, package QFN dirancang untuk langsung di-solder pada PCB atau substrat FPC. Ia mampu menawarkan dissipasi panas yang lebih baik karena pad logam yang terbuka di bawahnya. Selain itu, package QFN memiliki performa listrik yang baik karena pin-nya lebih pendek dari pada komponen dengan kemasan diperpanjang. Oleh karena itu, sangat penting untuk merancang pad QFN pada PCB sehingga keandalan dan performa PCB dapat dipelihara dan dijamin.

Sudut Basah

Karena ukuran pin QFN dan jarak antara pin relatif kecil, jembatan solder atau solder palsu mungkin disebabkan oleh jumlah pasta timah yang tepat. Oleh karena itu, desain yang wajar pada ukuran pad PCB berdasarkan ketebalan stencil (h₀) sangat membantu untuk tingkat keberhasilan soldering. Anggap sudut basah pasta solder pada pad solder (θ_a) adalah 30° dan sudut basah pasta solder pada solder mask (θ_r) adalah 160°. Jika kekasaran permukaan pad diabaikan, sudut basah dapat dianggap secara mendekati sebagai sudut kemajuan atau mundur dari garis kontak tiga fasa. Sesuai dengan praktik soldering aktual komponen QFN, kontrol yang wajar pada kurva suhu reflow soldering dalam kondisi ideal dengan pasta solder yang mencair sepenuhnya dan permukaan pad yang basah mampu memastikan efisiensi soldering dan membantu komponen mencapai keseimbangan soldering assembly otomatis. Jika pad dirancang dengan wajar, keadaan ideal titik sambung tidak hanya memenuhi persyaratan performa listrik PCB dan koneksi mekanis, tetapi juga menghindari kegagalan titik sambung seperti jembatan dan solder palsu. Dalam hal ini, keadaan titik sambung harus memenuhi rumus berikut:

a. Ketika titik sambung dalam QFN sepenuhnya tersebar pada pad PCB, θ_a≤θ_j(Z_u)≤θ_r, θ_j(0)=30°, x₃(0)=x₄(0)=D_x4

b. Ketika timah di luar QFN tumbuh di pad sisi,

(1) θ_j(Z_u)=θ_s3+90°, θ₄(0)=30°, θ₃(0)=30°,

(2) x₃(0)=x₄(0)=D_x4(0), x₃(Z_u)=0.

Desain Pad

Dalam rumus ini, θ_s3 sama dengan θ_a keduanya adalah sudut basah pasta solder pada pad sisi.

Dalam arah vertikal, persamaan kesetimbangan statis cairan jembatan adalah:
P_dL_y(x₃(0)-x₄(0)+L_x)+W_z-[T(x₃(0)-x₄(0)+L_x)(sinθ₂(0)+sinθ₁(0))+TL_y(sinθ₃(0)+sinθ₄(0))]-ρgV₀=0

Intensitas tekanan di bawah titik sambung (P_d) adalah: P_d=[T(x₃(0)-x₄(0)+L_x)(sinθ₂(0)+sinθ₁(0))+TL_y(sinθ₃(0)+sinθ₄(0))+ρgV₀-W_z]/[L_y(x₃(0)-x₄(0)+L_x)]

Dalam rumus ini, ρ merujuk pada densitas cair pasta solder; T merujuk pada tegangan permukaan cairan titik sambung; x₃(0) dan x₄(0) merujuk pada geseran kedua ujung cair titik sambung pada pad solder bawah; θ₁(0) dan θ₂(0) merujuk pada sudut kontak di kedua sisi yang dibentuk oleh antarmuka cair-gas di kedua sisi titik sambung dan permukaan pad bawah sementara θ₃(0) dan θ₄(0) merujuk pada sudut kontak di kedua ujung yang dibentuk oleh antarmuka cair-gas di kedua sisi; V₀ merujuk pada volume titik sambung; W_z merujuk pada gaya yang diterapkan pad pada akhir chip dan titik sambung dalam arah vertikal.

Di bawah batasan rumus (1) dan (2), kurva bingkai titik sambung dapat membuat kondisi batas ekuivalen pada ujung atas titik sambung ke kondisi awal berdasarkan metode efektif solusi untuk nilai awal. Karena solusi nilai awal tidak mampu memenuhi persyaratan bahwa z sama dengan 0, itu diubah menjadi masalah ekuivalen dalam hal minimisasi fungsi objektif yang ditampilkan dalam Persamaan (3).

Fungsi objektif yang diminimalkan ini dapat diterapkan untuk menentukan ukuran desain ideal pad D_x4.

Selain itu, fitur geometris sudut pelindung timah pad PCB harus dipertimbangkan. Dalam hal ini, ukuran perluasan pad harus menempel pada persamaan mendekati di bawah ini:

Dalam persamaan ini, D_h merujuk pada ketebalan pad sisi yang terpapar di luar chip. Melalui optimasi variabel implisit, persyaratan kesalahan yang diharapkan terpenuhi oleh fungsi objektif dan ukuran desain pad dalam dan luar (D_x4 & D_x3) dapat dihitung dengan kebutuhan nilai sisi di bawah terpenuhi.

Metode ini memastikan bahwa pad yang sesuai untuk QFN dapat dirancang dengan baik untuk mencapai performa listrik tinggi baik komponen maupun PCB. Kemudian, dengan kemampuan assembly profesional dan terkualifikasi, PCBCart mampu mengubah desain ideal Anda menjadi kenyataan.

Sumber Manfaat
• Pengantar Teknologi Via-in-pad (VIP)
• Persyaratan Desain PCB SMT Bagian Satu: Desain Pad Bonding untuk Beberapa Komponen Biasa
• Persyaratan Desain PCB SMT Bagian Dua: Pengaturan Koneksi Pad-Trace, Thru-Holes, Test Point, Solder Mask dan Silkscreen
• Persyaratan Desain Stencil pada Komponen QFN untuk Performa PCBA Optimal
• Layanan Manufaktur PCB Fitur Penuh dari PCBCart - Pilihan Tambahan Nilai Banyak
• Layanan Assembly PCB Lanjutan dari PCBCart - Mulai dari 1 potong