Peças QFN e DFN
O tamanho e a pegada fisicamente pequenos não são as únicas vantagens para um QFN. O menor desses pacotes acaba com fios de chumbo muito curtos. Isto permite melhores características de sinal e excelentes propriedades térmicas. A maioria das peças QFN e DFN tem uma grande área de contato de metal na parte de baixo, dentro das fileiras de contatos de sinal, como mostrado na imagem acima.
O dado de silício fica bem na almofada térmica, permitindo assim um desempenho térmico impressionante. Eu vi QFNs de 3 mm x 3 mm que podem produzir 5 V a 800 mA, o que costumava exigir um grande pacote TO-220 e um dissipador de calor.
Este desempenho extra vem com um preço, no entanto. Neste caso, o preço é em grande parte na arena dos desafios de manufaturabilidade, que é como nossa conversa retorna ao meu trabalho diário. Na Screaming Circuits , aprendemos o que causa problemas de QFN e como evitar esses problemas. Tudo se resume à quantidade de pasta de solda depositada e à diferença na área da superfície da grande almofada térmica e dos contatos laterais.
A solda é colocada em suportes de montagem de superfície através de um processo de peneiramento de seda ou com uma impressora a jato de pasta de solda. No processo de peneiragem de seda, um estêncil de pasta de solda de aço inoxidável é criado por aberturas de corte a laser para todas as pastilhas de componente de montagem de superfície. Este estêncil é colocado na parte superior da placa de circuito impresso (PCB) e a pasta de solda é colocada com um rodo. Este processo é quase idêntico no conceito de fazer uma camiseta de silk-screen.
Muitas lojas, inclusive minha, também usam uma impressora a jato de pasta para aplicar a pasta. Isto tem a vantagem de permitir a fácil modificação do padrão de colagem na hora. Sua desvantagem é que as gotículas de pasta que ele aplica não dão a precisão necessária para algumas das mais novas super peças pequenas.
Um estêncil de solda típico pode ter 3 ou 4 mils (0,067 a 0,100mm) de espessura. Olhando para as fotos QFN acima, você pode ver que a proporção de área para uma espessura de estêncil de 4mil é bastante grande para o bloco central, mas muito menor para os contatos ao longo dos lados.
Quando a pasta de solda derrete no forno de refusão, a forma da deposição de solda mudará. Não vou entrar na dinâmica dos fluidos dessa configuração, mas o resultado é que, se a almofada central receber uma dose completa de pasta de solda, a peça flutuará no bloco central e alguns ou todos os contatos laterais muito provável não soldar, como mostrado na ilustração abaixo:
Flutuar QFN (fonte: Duane Benson)
A abertura do estêncil é controlada pela pegada do CAD. Infelizmente, as pegadas de peças QFN e DFN em bibliotecas CAD são quase sempre erradas a esse respeito. Eles fornecem uma abertura de pasta de solda que é do mesmo tamanho que a almofada de cobre. Não só eles estão quase sempre errados no software CAD, mas são quase sempre mostrados incorretamente na folha de dados do componente.
Em vez de uma abertura de tamanho normal, a camada de estêncil deve ser segmentada para fornecer de 50 a 75% de cobertura de pasta no bloco central, conforme ilustrado abaixo:
Estêncil segmentado QFN (Fonte: Duane Benson)
As aberturas para o estêncil de pasta de solda (ou o padrão de deposição para o jato de pasta) são especificadas na camada de estêncil - às vezes chamada de "camada de pasta" ou "camada de creme" - no seu software CAD. Muitos editores de pegada criam automaticamente a camada de estêncil quando você coloca um bloco de montagem de superfície.
Isso é parte do problema. Em muitos casos, o software cria automaticamente uma abertura de estêncil que corresponde ao tamanho do bloco de cobre. O fato de a ferramenta fazer isso automaticamente significa que muitos usuários têm a impressão de que eles não precisam pensar sobre isso, mas eles realmente o fazem, porque - para um grande problema térmico QFN - provavelmente estará errado.
Corrigir a pegada é uma tarefa bem fácil, mas como você sabe que precisa consertar alguma coisa, a menos que uma pessoa da montagem de uma PCB ofenda você? Você provavelmente não iria, então aqui estou eu, reclamando de você.
A solução, como eu disse, é bem fácil. Bem, é fácil se você estiver familiarizado com o processo de criação ou modificação das pegadas em seu software CAD. Vou deixar esse detalhe específico para você, mas se você souber como, ou uma vez que você aprendeu, eu lhe direi o que fazer.
Em seu editor de pegada, desative a camada de colagem automática e desenhe-a manualmente. A técnica será diferente com base no funcionamento do editor de pegada, mas o que você precisa fazer é o mesmo. Verifique se a camada de estêncil não está sendo criada por padrão e desenhe-a na camada de estêncil. A ilustração abaixo mostra um exemplo de como deve ser.
QFN solda pasta estêncil camada bons exemplos (fonte: Duane Benson)
Fotografe entre 50 e 75% de cobertura de pasta de solda; isto é, a pasta de solda deve cobrir de 50 a 75% da camada de cobre. Se houver alguma via no bloco, não coloque a pasta sobre elas. Vias precisam ser tampadas com máscara de solda, ou preenchidas e banhadas. Se você deixar as vias abertas, a solda irá diminuir e acabar no lado mais distante da placa. Isso também não é bom para acontecer.
Mais uma coisa: é 50% ou é 75%? Em um mundo de protótipo ou pequena quantidade, qualquer lugar nesse intervalo tem uma boa chance de sucesso. Se você está construindo um produto de alto volume, você vai querer trabalhar com os engenheiros de produção da empresa que está construindo suas placas. Eles começarão nesse intervalo e ajustarão o padrão de estêncil para obter os melhores resultados possíveis em sua linha de fabricação.
Os QFNs podem ser um pouco intimidantes, mas estão aqui para ficar. Com um pouco de cuidado extra, você pode ser bem sucedido com eles. Você pode até mesmo reduzir seu quadro um pouco e economizar alguns dos custos de fabricação.