与 QFN 元件贴装兼容的优化设计和焊膏印刷

电子产品组装密度的不断提高，导致电子元器件和设备都向小型化、细间距甚至无引线方向发展。本文将讨论与QFN（quad-flat no-leads）元件兼容的优秀焊膏印刷技术，并介绍QFN元件和LCCC（无铅陶瓷芯片载体）元件的特点。 QFN结构和焊盘设计也将基于QFN封装外观设计、QFN焊盘设计、QFN钢网开孔设计进行介绍。最后从锡膏成分、不锈钢网板性能和参数、印刷环境、锡膏印刷工艺设计、印刷设备等方面分析了QFN元件优秀的锡膏印刷技术，讨论和实践了QFN元件锡膏印刷的主要缺陷。与QFN元件兼容的优秀焊膏印刷实施经验介绍。

QFN 和 LCCC 是最常见的两种不常见的无铅元件。与引线元件相比，PCB（印刷电路板）焊盘和金属模板开口的焊盘与细长引线的焊盘具有不同的焊盘，尤其是在焊膏印刷技术方面。

QFN 的基本优势

LCCC封装的主要材料是陶瓷，QFN是塑料，价格低廉，更受消费电子产品的欢迎。因此，QFN被广泛应用于小型家电。 QFN 元件表现为正方形或长方形，这与 CSP（芯片尺寸封装）类似。它们之间唯一的区别是QFN元件下方没有焊球，因此PCB板和QFN之间的电气和机械连接完全依赖于在回流焊接过程中熔化的焊膏，冷却后将成为焊接连接。由于QFN与PCB焊盘之间的接触距离最短，电气性能和热性能优于大多数引线元件，尤其适用于对散热和电气性能要求较高的电子产品。与传统的PLCC（塑料引线芯片载体）元件相比，QFN元件在封装面积、厚度和重量方面显着减小，寄生电感降低了50%，尤其适用于手机和电脑。

QFN 元件的 PCB 焊盘设计

• QFN 封装的形状设计

作为一种较新的 IC（集成电路）封装形式，QFN 组件包含一个与电路板上的焊盘平行的焊接端。裸铜通常设计在组件中间，提供更好的导热性和电气性能。相应地，用于电连接的I/O焊接端可以分布在中央散热片的周围，这使得进行PCB跟踪更加灵活。 I/O焊接端有两种类型：一种是让组件底部暴露，其他部分封装在组件中，另一种是部分焊接端暴露在组件侧面。

采用冲压或锯齿型，然后使用铜引线制作内部晶片和中央焊接端铜芯片，并连接周围的焊接端以产生框架结构。然后利用树脂通过模具固定和封装将其固定，使中心焊接端和外围焊接端暴露在封装外。

• QFN 焊盘设计

由于 QFN 组件底部有用于散热的大铜片，因此应实施出色的 PCB 焊盘设计和金属模板设计，以在 QFN 组件上生成可靠的焊接连接。 QFN的焊盘设计包含三个方面：

一个。外设I/O管脚焊盘设计

PCB板上I/O的焊盘应设计为比QFN的I/O焊接端大一点。焊盘的内侧应设计成圆形，以与焊盘的形状相适应。如果PCB具有足够的设计空间，电路板上I/O焊盘的周长至少应为0.15mm，而内部持续长度应至少为0.05mm，以保证QFN周围的焊盘与中心部分的焊盘之间有足够的空间，禁止桥接发生。

湾。 PCB阻焊设计

PCB阻焊层设计主要有两类：SMD（定义阻焊层）和NSMD（定义非阻焊层）。前一类阻焊膜具有比金属焊盘小的开口，而后一类阻焊膜具有比金属焊盘大的开口。由于 NSMD 技术在铜腐蚀技术中更易于控制，因此可以将焊膏放置在金属焊盘周围，从而大大提高焊接连接的可靠性。面积较大的中央散热焊盘阻焊设计应采用SMD技术。

阻焊层开口应比焊盘大 120 至 150μm，即阻焊层与金属焊盘之间应保持 60 至 75μm 的间距。弧形焊盘设计应具有与其兼容的相应弧形阻焊开口。特别是在拐角处应保持足够的阻焊层，以防止发生桥接。每个 I/O 焊盘都应覆盖阻焊层。

阻焊层应覆盖焊盘上的散热通孔，以防止焊膏从散热通孔流出，因为它可能导致 QFN 中央裸焊端和 PCB 中央散热焊盘之间的空焊。通孔阻焊层主要有三种类型：顶部阻焊层、底部阻焊层和通孔。通孔阻焊层直径应比通孔直径大100μm。建议在PCB背面涂上阻焊油来堵住通孔，这样会在散热焊盘正面产生很多空洞，有利于回流焊过程中的气体释放。

C。中央散热垫和通孔设计

由于焊盘是为 QFN 的中央底部散热而设计的，因此具有出色的散热性能。为了有效地将IC内部的热量传导到PCB板，PCB底部必须设计相应的导热垫和散热通孔。散热焊盘提供可靠的焊接面积，散热通孔提供散热功能。

元器件底部的大焊盘在焊接过程中会产生气孔。为尽量减少气孔的数量，应在散热垫处开设散热通孔，快速传导热量，有利于散热。散热通孔的数量和尺寸设计取决于封装的应用领域、IC功率范围和电气性能要求。

• QFN 钢网开孔设计

一个。外围I/O焊盘漏孔设计

金属钢网开孔设计一般遵循面积比和宽厚比原则，因为某些类型的元件可能利用局部加厚或局部减薄的原理。

湾。中央散热大焊盘开口设计

由于中央散热垫属于大尺寸，气体容易逸出并产生气泡。如果使用大量的锡膏，会导致更多的气孔，并产生大量缺陷，如飞溅和锡球等。为了将气孔的数量减少到最少，并在热过程中获得最佳的锡膏量耗散大焊盘设计，选用净漏孔阵列代替大漏孔，每个小漏孔可以设计成圆形或方形，只要锡膏涂敷量在50%以上范围内，大小不限80%。

C。模板类型和厚度

金属模板散热焊盘开口设计与焊膏涂层厚度直接相关，决定了组装元件的连接高度。

卓越的锡膏印刷技术

决定QFN锡膏印刷质量的因素主要包括锡膏、PCB焊盘、金属网板、锡膏印刷机和人工操作。

焊膏的成分比纯锡铅合金复杂得多，包含焊料合金颗粒、助焊剂、流变调节剂、粘度控制剂和溶剂。由于QFN元件是无引线器件，在中心部分包​​含一个大的散热垫，因此对粘度和粘度控制技术提出了较高的要求。锡膏的粘度不宜太高，因为太高的粘度会使其难以通过模板上的开口。此外，打印痕迹不完整，粘度低。

锡膏颗粒越小，锡膏越粘稠。包含的颗粒越多，焊膏的粘性就越高。焊膏具有最高粘度的圆形颗粒，反之亦然。对于超细间距印刷，必须使用颗粒较细的锡膏以获得更好的锡膏分辨率。

锡膏印刷是一个复杂的过程，包含了许多技术参数，如果调整不当，每个参数都会带来很大的损害。所有这些参数主要包括刮刀压力、印刷厚度、印刷速度、印刷方法、刮刀参数、脱模速度和钢网清洗频率。当刮刀压力较低时，锡膏将无法有效到达模板开口底部并掉落在焊盘上。当刮刀压力太大时，锡膏会太薄甚至损坏模板。良好的焊膏印刷增厚有利于提高QFN元件的组装可靠性。

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