导通孔和散热焊盘设计对QFN组装的影响

本文作者:David Geiger, Anwar Mohammed and Jennifer Nguyen, Flex

方形扁平无引脚封装(QFN)在行业内越来越流行,并广泛应用于许多产品当中。这些封装的尺寸和引脚数不尽相同,但有一点是相同的:在设备底装有一个散热焊盘。无引脚QFN能利用散热焊盘实现从元件向PCB的有效散热。在许多情况下,元件下方还会有一组导热过孔阵列用来给设备散热。但是,散热导通孔会导致空隙增多,或导致另一面上出现焊料突出。

本文讨论了我们关于导通孔大小和导通孔设计对QFN空洞和焊料突出的影响的研究。更小的孔是否能防止焊料流到另一侧呢?导通孔应该如何设计呢?哪种导通孔能够减少空洞出现呢?为解答这些问题,我们设计了一个全面的实验,使用三种不同厚度的线路板:1.6 mm, 2.4 mm和 3.2 mm,F到过QFN空隙是大家都熟知的行业难题。本文还会讨论导通孔设计和加工对空隙的影响。

实验内容

测试载具和元件

图2:柔性QFN测试载具Rev 2

本次研究设计了一个QFN测试载具,其尺寸为177 x 177 mm。线路板表面用浸银(I-Ag)处理,研究中涉及三个不同板厚:1.6 mm (62 mil), 2.4 mm (93 mil)和3.2 mm (125 mil)。图2为测试载具示意图。

测试载具包括6组具有不同引脚数和不同元件尺寸的QFN封装。对单排和双排QFN元件都进行了研究。QFN间距分别是0.4 mm, 0.5 mm 和 0.65 mm。QFN元件尺寸范围为3 x 3 mm到12 x 12 mm。

设计变量

此测试载具有很多个导通孔变量,包括孔径、孔间距和导通孔设计。研究使用了5种不同的孔径,分别是0.20 mm (8 mil), 0.22 mm (9 mil), 0.25 mm (10 mil), 0.30 mm (12 mil)和0.51 mm (20 mil)。孔间距为0.5 mm, 1 mm和1.27 mm。实验中大多数导通孔不带焊接掩膜环,而其他则在导通孔上有焊接掩膜。

工艺变量

除了组件、板厚和导通孔设计变量外,此研究还涉及到两个不同的模板设计——窗型方格开孔模板和1:1焊盘开孔模板。对于窗型方格设计,除0.5 mm孔间距外其他情况下焊膏都是远离导通孔的。对于1:1焊盘设计,焊膏是焊在导通孔上的。此外,线路板使用空气和氮气回流焊接,并通过两个不同的回焊炉进行加工。

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