Panduan Ahli Pemasangan Komponen QFN: Solusi Desain dan Pencetakan Pasta Solder

Peningkatan konstan kepadatan assembly produk elektronik menyebabkan komponen dan perangkat elektronik semakin miniatur, fine pitch bahkan tanpa kaki. Artikel ini akan membahas teknologi pencetakan pasta solder yang unggul yang kompatibel dengan komponen QFN (quad-flat no-leads) dan memperkenalkan komponen QFN dan LCCC (leadless ceramic chip carrier) yang fitur-fiturnya akan diuraikan. Struktur QFN dan desain pad juga akan diperkenalkan berdasarkan desain penampilan paket QFN, desain pad QFN, dan desain pembukaan stencil QFN. Akhirnya, teknologi pencetakan pasta solder yang unggul untuk komponen QFN akan dianalisis dari perspektif komposisi pasta solder, properti dan parameter stencil stainless, lingkungan pencetakan, desain teknologi pencetakan pasta solder dan peralatan pencetakan dengan cacat terkemuka dari pencetakan pasta solder komponen QFN dibahas dan pengalaman praktis diperkenalkan tentang implementasi pencetakan pasta solder yang unggul yang kompatibel dengan komponen QFN.

QFN dan LCCC adalah dua tipe komponen tanpa kaki yang paling umum yang tidak biasa. Dibandingkan dengan komponen berkas, baik pad PCB (Printed Circuit Board) maupun pembukaan stencil logam memiliki pad yang berbeda dari pad untuk kaki halus dan panjang, terutama dalam hal teknologi pencetakan pasta solder.

Keuntungan Esensial QFN

Bahan utama paket LCCC adalah keramik sementara QFN adalah plastik dengan harga rendah sehingga lebih diterima oleh produk elektronik konsumen. Akibatnya, QFN banyak diterapkan dalam peralatan rumah tangga skala kecil. Komponen QFN berpersegi atau persegi panjang, yang mirip dengan CSP (chip size package). Perbedaannya hanya terletak pada hal ini bahwa komponen QFN tidak memiliki bola solder di bawahnya sehingga koneksi listrik dan mekanik antara papan PCB dan QFN sepenuhnya bergantung pada pasta solder yang meleleh selama soldering reflow dan akan menjadi koneksi solder setelah pendingin. Karena jarak kontak terpendek antara QFN dan pad PCB, menghasilkan performa listrik dan termal yang lebih baik daripada mayoritas komponen berkas, yang sangat cocok untuk produk elektronik yang memerlukan persyaratan lebih tinggi pada pendinginan dan performa listrik. Dibandingkan dengan komponen PLCC (plastic leaded chip carrier) tradisional, komponen QFN secara drastis menurunkan dalam hal area paket, ketebalan dan berat dengan induktansi parasit dikurangi 50% sehingga bekerja lebih baik terutama untuk ponsel dan komputer.

Desain Pad PCB untuk Komponen QFN

• Desain Bentuk Paket QFN

Sebagai bentuk paket IC (integrated circuit) yang lebih baru, komponen QFN memiliki ujung solder yang sejajar dengan pad pada papan sirkuit. Tembaga telanjang biasanya dirancang di tengah komponen, memberikan konduktivitas termal dan performa listrik yang lebih baik. Akibatnya, ujung solder I/O untuk koneksi listrik dapat didistribusikan di sekitar akuis pendingin pusat, yang membuat tracing PCB lebih fleksibel. Ujung solder I/O ada dalam dua tipe: satu adalah dengan bagian bawah komponen terbuka sementara bagian lain dikemas dalam komponen sementara tipe lain adalah ujung solder sebagian terbuka di sisi komponen.

Dengan punch atau zigzag diterapkan, kawat tembaga kemudian digunakan untuk membuat wafer internal dan chip tembaga ujung solder pusat serta ujung solder di sekitarnya terhubung untuk menghasilkan struktur frame. Resin kemudian digunakan untuk mengakibatkannya melalui fixasi cetakan dan enkapsulasi, sehingga ujung solder pusat dan ujung solder periferi terbuka di luar paket.

• Desain Pad untuk QFN

Karena lembar tembaga besar untuk pendinginan tersedia di bawah komponen QFN, desain pad PCB yang baik dan desain stencil logam harus diimplementasikan untuk menghasilkan koneksi solder yang andal pada komponen QFN. Desain pad untuk QFN terdiri dari tiga aspek:

a. Desain pad pin I/O periferi

Pad untuk I/O pada papan PCB harus dirancang sedikit lebih besar dari ujung solder I/O QFN. Sisi internal pad harus dirancang menjadi lingkaran untuk kompatibel dengan bentuk pad. Jika PCB memiliki ruang desain yang cukup, panjang periferi pad I/O pada papan sirkuit harus setidaknya 0,15mm sementara panjang bertahan internal harus setidaknya 0,05mm untuk menjamin ruang yang cukup antara pad yang di sekitar QFN dan yang di bagian tengah, mencegah bridging terjadi.

b. Desain Solder Mask PCB

Desain solder mask PCB terutama ada dalam dua kategori: SMD (solder mask defined) dan NSMD (non-solder mask defined). Kategori pertama solder mask memiliki pembukaan yang lebih kecil dari pad logam sementara kategori kedua solder mask memiliki pembukaan yang lebih besar dari pad logam. Karena teknologi NSMD lebih mudah dikontrol dalam teknologi korosi tembaga, pasta solder dapat ditempatkan di sekitar pad logam dengan keandalan koneksi solder yang sangat ditingkatkan. Teknologi SMD harus dipilih dalam desain solder mask pad pendingin pusat dengan area yang relatif besar.

Pembukaan solder mask harus 120 hingga 150μm lebih besar dari pad, yaitu, jarak 60 hingga 75μm harus dipertahankan antara solder mask dan pad logam. Desain pad bergelombang harus memiliki pembukaan solder mask bergelombang yang sesuai yang kompatibel dengannya. Terutama solder mask yang cukup harus dipertahankan di sudut untuk mencegah bridging terjadi. Solder mask harus menutupi setiap pad I/O.

Solder mask harus menutupi lubang melalui pada pad untuk pendinginan untuk mencegah pasta solder mengalir keluar dari lubang melalui termal karena itu mungkin menyebabkan solder void antara ujung solder telanjang pusat QFN dan pad pendingin termal pusat PCB. Solder mask lubang melalui terutama ada dalam tiga tipe: solder mask atas, solder mask bawah dan lubang melalui. Diameter solder mask lubang melalui harus 100μm lebih besar dari diameter lubang melalui. Disarankan minyak solder mask dilapisi untuk menutupi lubang melalui di sisi belakang PCB, yang dapat menghasilkan banyak rongga di sisi depan pad pendingin termal, yang menguntungkan pelepasan gas selama proses soldering reflow.

c. Desain Pad Termal Pusat dan Lubang Melalui

Karena pad dirancang untuk pendinginan di bagian bawah tengah QFN, ia memiliki performa termal yang baik. Untuk mengalirkan panas dari bagian dalam IC ke papan PCB dengan efisien, pad termal yang sesuai dan lubang melalui pendinginan harus dirancang di bagian bawah PCB. Pad termal menyediakan area solder yang andal dan lubang melalui pendinginan menyediakan fungsi pendinginan.

Lubang udara akan dihasilkan selama penyolderan oleh pad besar di bawah komponen. Untuk mengurangi jumlah lubang udara ke minimum, lubang melalui termal harus dibuka di pad termal, dengan cepat mengalirkan panas dan bermanfaat untuk pendinginan. Jumlah dan ukuran desain lubang melalui termal bergantung pada bidang aplikasi paket, tingkat daya IC dan persyaratan performa listrik.

• Desain Pembukaan Stencil QFN

a. Desain Pembukaan Lubang Pad I/O Periferi

Desain pembukaan stencil logam secara umum mematuhi prinsip rasio area dan rasio lebar-ketebalan karena jenis komponen tertentu mungkin memanfaatkan prinsip penguatan lokal atau penipisan lokal.

b. Desain Pembukaan Pad Pendingin Pusat Skala Besar

Karena pad pendingin pusat termasuk skala besar dan gas cenderung meluap dengan gelembung dihasilkan. Jika jumlah pasta solder yang besar diterapkan, lebih banyak lubang gas akan ditimbulkan dengan banyak cacat yang dihasilkan juga seperti spatter dan bola solder dll. Untuk mengurangi jumlah lubang gas ke minimum dan mendapatkan jumlah pasta solder yang optimal dalam desain pad pendingin besar, array lubang leak jaring dipilih untuk menggantikan lubang leak besar dan setiap lubang leak kecil dapat dirancang menjadi lingkaran atau persegi yang ukurannya tidak terbatas selama jumlah lapisan pasta solder dalam rentang 50% hingga 80%.

c. Tipe Stencil dan Ketebalan

Desain pembukaan pad pendingin stencil logam secara langsung terkait dengan ketebalan lapisan pasta solder, yang menentukan tinggi koneksi komponen yang diassembly.

Teknologi Pencetakan Pasta Solder yang Unggul

Elemen yang menentukan kualitas pencetakan pasta solder QFN terutama mencakup pasta solder, pad PCB, stencil logam, printer pasta solder dan operasi manual.

Pasta solder memiliki komposisi yang jauh lebih rumit daripada alloy timah seng murni, yang mengandung partikel alloy solder, flux, pengatur reologi, agen kontrol viskositas dan pelarut. Karena komponen QFN adalah perangkat tanpa kaki yang memiliki pad pendingin besar di bagian tengah, persyaratan yang relatif tinggi telah ditetapkan untuk viskositas dan teknologi kontrol viskositas. Viskositas pasta solder tidak boleh terlalu tinggi karena viskositas yang terlalu tinggi akan membuatnya sulit untuk melewati pembukaan pada stencil. Lebih jauh, jejak pencetakan tidak lengkap dengan viskositas rendah.

Semakin kecil partikel pasta solder, semakin viskosit pasta solder akan menjadi. Semakin banyak jumlah partikel yang terkandung, semakin viskosit pasta solder akan menjadi. Pasta solder memiliki viskositas tertinggi dengan partikel lingkaran dan sebaliknya. Ketika datang pada pencetakan spasi ultra-fine, pasta solder dengan partikel lebih tipis harus digunakan untuk mendapatkan resolusi pasta solder yang lebih baik.

Pencetakan pasta solder adalah proses yang sangat rumit yang berisi begitu banyak parameter teknis yang masing-masing akan membawa banyak kerusakan jika disesuaikan tidak tepat. Semua parameter tersebut terutama mencakup tekanan spicul, ketebalan pencetakan, kecepatan pencetakan, metode pencetakan, parameter spicul, kecepatan pembentukan cetakan dan frekensi pembersihan stencil. Ketika spicul memiliki tekanan rendah, pasta solder akan gagal untuk secara efektif sampai ke dasar pembukaan stencil dan jatuh pada pad. Ketika spicul memiliki tekanan terlalu besar, pasta solder akan terlalu tipis atau bahkan merusak stencil. Pengentalan yang menyetujui pencetakan pasta solder baik untuk meningkatkan keandalan assembly komponen QFN.

Butuh Layanan Assembly PCB Berkualitas Tinggi dengan Komponen QFN? PCBCart Di Sini untuk Membantu!

PCBCart memiliki pengalaman yang kaya dalam assembly hampir semua jenis komponen elektronik ke dalam papan sirkuit cetak, termasuk komponen QFN. Jika Anda memiliki kebutuhan PCBA, kami menyarankan klik tombol di bawah ini untuk meminta penawaran assembly PCB turnkey. Bijak untuk memilih rumah PCBA yang paling hemat biaya dengan membandingkan beberapa penawaran.

Anda mungkin juga tertarik:
• Elemen yang Memastikan Desain Pad PCB yang Unggul untuk QFN
• Persyaratan Desain Stencil pada Komponen QFN untuk Performa Optimal PCBA
• Layanan Pembuatan PCB Full Feature dari PCBCart
• Layanan Assembly PCB Turnkey Lanjutan dari PCBCart