Apertury pod podkładkę termiczną komponentu QFN

QFN, podobnie jak wszystkie komponenty, projektuje się z uwzględnieniem wymagań elektrycznych, mechanicznych i termicznych. Większa podkładka termiczna na spodzie QFN jest zaprojektowana nie tylko w celu zapewnienia połączenia elektrycznego, ale także w celu efektywnego rozpraszania energii cieplnej do leżącej pod nią miedzianej płaszczyzny. Ważne jest, aby przestrzegać zaleceń dostawcy układów scalonych, dotyczących ilości pasty lutowniczej wymaganej na spodzie QFN oraz na wszystkich innych połączeniach lutowniczych tego typu obudowy. 

Projektując apertury pod QFN, należy upewnić się, że układ pasty pod komponentem umożliwia odgazowanie pasty, zostawiając ścieżki, którymi mogą być odprowadzone substancje lotne podczas procesu lutowania. Ponadto, należy się również upewnić, że zbyt duża objętość pasty pod QFN nie wypycha układu zbyt wysoko, co mogłoby spowodować brak połączenia lub słabe połączenia lutownicze na padach znajdujących się na obwodzie komponentu. 

Gary Freedman z Colab Instruments mówi o tym zagadnieniu w następujący sposób: ‘Trudno jest mówić o bardzo konkretnych kształtach apertur bez znajomości dokładnego rozmiaru komponentu, wzoru wyprowadzeń czy layoutu PCB. Zawsze więc należy zacząć od lektury specyfikacji technicznej, dostarczanej przez producenta IC, które w razie potrzeby można jeszcze zoptymalizować. Gotowy wzór powinien ściśle odpowiadać temu, co jest zalecane w arkuszu danych, aby spełnić wymagania dotyczące niezawodności dla tego konkretnego QFN’. 

Bardzo podobnie wypowiada się również Brien Bush, inżynier aplikacyjny Cirtronics Corp.: ‘Nie ma jednego, uniwersalnego rozmiaru podkładek termicznych w QFN. Ich wielkość zależy od obudowy, rozmiaru podkładki termicznej, grubości PCB, liczby przelotek itp. Niektórzy dostawcy komponentów zamieszczają w specyfikacji komponentu wytyczne dotyczące projektowania szablonów. Natomiast jeśli nie można znaleźć wskazówek dotyczących szablonów dla swojego konkretnego układu, można spróbować spojrzeć na komponent o podobnej konstrukcji obudowy i właściwościach termicznych. Również większość dostawców szablonów zna te wytyczne i oni również mogą pomóc’.

Jeśli jednak samodzielnie musisz zadecydować o kształcie apertury pod QFN, zgromadziliśmy garść rad ze strony specjalistów PCBA. Stephanie Nash z Integrated Ideas & Technologies, Inc. zaleca się nieznaczne zmniejszenie obwodu nadruku, jednak nie mniej niż 0,0025 cala z każdej strony. Następnie należy utworzyć wzór apertur, który spowoduje pokrycie pozostałego obszaru w 65-70%. Dla optymalnego uwalniania pasty zaleca stosowanie kwadratowych otworów z promieniem w rogu. Ponadto, dobrą praktyką jest zaprojektowanie takiego wzoru wokół otwartych przelotek, aby umożliwić odgazowanie.

Zalecenia Tony’ego Lentz z FCT są nieco inne: rekomenduje on zmniejszenie całkowitego obszaru zadrukowanej pasty do 50-60% wielkości podkładki termicznej, której wielkość mierzona byłaby w oparciu o warstwę miedzi na PCB i użycie 5 okrągłych otworów, których łączna powierzchnia zajęła by 50-60% tak obliczonego prostokąta. Rozmiary apertury zmieniają się wraz z rozmiarem podkładki termicznej QFN, tj. większe podkładki wymagają większych depozytów pasty. ‘Nazywamy ten wzór wzorem z 5 kostkami, ponieważ wydrukowana pasta lutownicza wygląda jak kropki na kostce. Ten wzór pozwala też na utworzenie efektywnych dróg ucieczki substancji lotnych, minimalizując możliwości tworzenia się pustek’ mówi Tony Lentz. 

Dużo na ten temat znajdziecie też w niedawnym artykule 'Redukcja pustek pod QFN' autorstwa Tim'a O'Neill'a.