Pièces QFN et DFN
La taille et l'empreinte physique de petite taille ne sont pas les seuls avantages d'un QFN. Le plus petit de ces paquets se termine par des fils conducteurs très courts. Cela permet d'améliorer les caractéristiques du signal et d'excellentes propriétés thermiques. La plupart des pièces QFN et DFN ont une grande zone de contact métallique sur le dessous, juste à l'intérieur des rangées de contacts de signal, comme indiqué dans l'image ci-dessus.
Les dés de silicium se trouvent directement sur le coussin thermique, permettant ainsi une performance thermique impressionnante. J'ai vu des QFN de 3 mm x 3 mm qui peuvent produire 5 V à 800 mA, ce qui nécessitait un gros boîtier TO-220 et un dissipateur thermique.
Cette performance supplémentaire vient avec un prix, cependant. Dans ce cas, le prix est largement dans l'arène des défis de la fabricabilité, et c'est ainsi que notre conversation revient à mon travail de jour. Chez Screaming Circuits , nous avons appris ce qui cause les problèmes QFN et comment prévenir ces problèmes. Cela revient à la quantité de pâte à braser déposée et à la différence de surface du grand coussin thermique et des contacts latéraux.
La soudure est appliquée sur des tampons de montage en surface à travers un procédé de sérigraphie ou avec une imprimante à jet de pâte à braser. Dans le processus de sérigraphie, un pochoir de pâte à braser en acier inoxydable est créé par des ouvertures de découpe laser pour tous les tampons de composants à montage en surface. Ce pochoir est ensuite placé sur le dessus de la carte de circuit imprimé (PCB) et la pâte à braser est posée avec une raclette. Ce processus est presque identique dans le concept de faire un T-shirt sérigraphié.
De nombreux magasins, le mien inclus, utilisent également une imprimante à jet de pâte pour appliquer la pâte. Cela a l'avantage de permettre une modification facile du motif de pâte à la volée. Son inconvénient est que les gouttelettes de pâte qu'elle applique ne donnent pas la précision requise par certaines des plus petites pièces plus récentes.
Un pochoir de soudure typique peut avoir une épaisseur de 3 ou 4 mils (0,067 à 0,100 mm). En regardant les photos QFN ci-dessus, vous pouvez voir que le rapport d'aspect de la zone à une épaisseur de pochoir 4mil est assez grand pour le pad central, mais beaucoup plus petit pour les contacts le long des côtés.
Lorsque la pâte à braser fond dans le four de refusion, la forme du dépôt de soudure change. Je ne vais pas entrer dans la dynamique des fluides de cette configuration, mais le résultat est que, si le tampon central reçoit une dose complète de pâte à braser, la pièce flotte sur le coussinet central et une partie ou la totalité des contacts latéraux sont très susceptible de ne pas souder, comme le montre l'illustration ci-dessous:
Flotteur QFN (Source: Duane Benson)
L'ouverture du stencil est contrôlée par l'empreinte CAD. Malheureusement, les empreintes des parties QFN et DFN dans les bibliothèques CAO sont presque toujours fausses à cet égard. Ils fournissent une ouverture de pâte à braser de la même taille que le tampon de cuivre. Non seulement ils ont presque toujours tort dans le logiciel de CAO, mais ils sont presque aussi souvent montrés incorrectement dans la fiche technique du composant.
Plutôt qu'une ouverture pleine grandeur, la couche de pochoir doit être segmentée pour donner une couverture de pâte de 50 à 75% sur le coussinet central comme illustré ci-dessous:
Gabarit segmenté QFN (Source: Duane Benson)
Les ouvertures pour le pochoir de pâte à braser (ou le motif de dépôt pour le jet de pâte) sont spécifiées dans la couche de pochoir - parfois appelée «couche de pâte» ou «couche de crème» - dans votre logiciel de CAO. De nombreux éditeurs d'empreintes créent automatiquement le calque de pochoir lorsque vous placez un tampon de montage en surface.
Cela fait partie du problème. Dans de nombreux cas, le logiciel crée automatiquement une ouverture de pochoir correspondant à la taille du tampon de cuivre. Le fait que l'outil le fasse automatiquement signifie que de nombreux utilisateurs ont l'impression qu'ils n'ont pas besoin de penser à cela, mais ils le font vraiment, parce que - pour une grande limace de chaleur QFN - ce sera probablement faux.
La correction de l'empreinte est une tâche assez facile, mais comment sauriez-vous que vous avez besoin de réparer quoi que ce soit, sauf si une personne de l'assemblage de carte PCB se déchaîne chez vous? Vous ne le feriez probablement pas, alors me voilà en train de vous déclamer.
La solution, comme je l'ai dit, est assez facile. Eh bien, c'est facile si vous êtes familier avec le processus de création ou de modification des empreintes dans votre logiciel de CAO. Je vais vous laisser ce détail précis, mais si vous savez comment, ou une fois que vous avez appris comment, je vais vous dire quoi faire.
Dans votre éditeur d'empreinte, désactivez le calque de collage automatique et dessinez-le à la main. La technique sera différente en fonction du fonctionnement de votre éditeur d'empreinte, mais ce que vous devez faire est le même. Assurez-vous que le calque de gabarit n'est pas créé par défaut, puis dessinez-le dans le calque de gabarit. L'illustration ci-dessous montre un exemple de ce à quoi il devrait ressembler.
QFN pâte à braser couche de pochoir de bons exemples (Source: Duane Benson)
Tirez pour une couverture de pâte à braser entre 50 et 75%; c'est-à-dire que la pâte à braser doit couvrir 50 à 75% du tampon de cuivre. S'il y a des vias dans le pad, ne mettez pas de pâte dessus. Les vis doivent être recouvertes d'un masque à souder ou remplies et plaquées. Si vous laissez des vias ouvertes, la soudure va s'infiltrer vers le bas et finir sur le côté éloigné de la carte. Ce n'est pas non plus une bonne chose.
Encore une chose: est-ce 50% ou 75%? Dans un monde prototype ou en petite quantité, n'importe où dans cette gamme a de bonnes chances de succès. Si vous construisez un produit à grand volume, vous voudrez travailler avec les ingénieurs de fabrication de l'entreprise qui construit vos planches. Ils vont commencer dans cette gamme et modifier le modèle de pochoir pour obtenir les meilleurs résultats possibles sur leur ligne de fabrication.
Les QFN peuvent être un peu intimidants, mais ils sont là pour rester. Avec un peu de soin, vous pouvez avoir du succès avec eux. Vous pourriez même être en mesure de réduire un peu votre planche et économiser certains des coûts de fabrication.