QFN封装的设计要点分析

QFN封装的设计要点分析

周边引脚的焊盘设计

尽管在HECB设计中，引脚被拉回，对于这种封装，PCB的焊盘可采用与全引脚封装一样的设计，周边引脚的焊盘设计尺寸如图3。在图中，尺寸Zmax为焊盘引脚外侧最大尺寸，Gmin是焊盘引脚内侧最小尺寸。D2t为散热焊盘尺寸。X、Y是焊盘的宽度和长度。

MLF焊盘公差分析要求包括：①元件公差；②印制板制造公差；③贴装设备的精度。这类问题的分析，IPC已建立了一个标准程序，根据这个程序计算得出各种MLF元件推荐的焊盘尺寸，表1列出了一些常见QFN封装的PCB焊盘设计尺寸。

散热焊盘和散热过孔设计

QFN封装具有优异的热性能，主要是因为封装底部有大面积散热焊盘，为了能有效地将热量从芯片传导到PCB上，PCB底部必须设计与之相对应的散热焊盘以及散热过孔，散热焊盘提供了可靠的焊接面积，过孔提供了散热途径。

通常散热焊盘的尺寸至少和元件暴露焊盘相匹配，然而还需考虑各种其他因素，例如避免和周边焊盘的桥接等，所以热焊盘尺寸需要修订，具体尺寸见表1。

散热过孔的数量及尺寸取决于封装的应用情况，芯片功率大小以及电性能的要求。建议散热过孔的间距为1.0mm～1.2mm，过孔尺寸为0.3mm～0.33mm。散热过孔有四种设计形式：如使用干膜阻焊膜从过孔顶部或底部阻焊；或者使用液态感光（LPI）阻焊膜从底部填充；或者采用"贯通孔"。这些方法在图4中有描述，所有这些方法均有利有弊：从顶部阻焊对控制气孔的产生比较好，但PCB顶面的阻焊层会阻碍焊膏印刷；而底部阻碍和底部填充由于气体的外逸会产生大的气孔，覆盖2个热过孔，对热性能方面有不利的影响；贯通孔允许焊料流进过孔，减小了气孔的尺寸，但元件底部焊盘上的焊料会减少。散热过孔设计要根据具体情况而定，建议最好采用阻焊形式。

再流焊曲线和峰值温度对气孔的形成也有很大的影响，经过多次实验发现，在底部填充的热焊盘区域，当峰值回流温度从210℃增加到215℃～220℃时，气孔减少；对于贯通孔，PCB底部的焊料流出随回流温度的降低而减少。

阻焊层的考虑

建议使用NSMD阻焊层，阻焊层开口应比焊盘开口大120μm～150μm，即焊盘铜箔到阻焊层的间隙有60μm～75μm，这样允许阻焊层有一个制造公差，通常这个公差在50μm～65μm之间，当引脚间距小于0.5mm时，引脚之间的阻焊可以省略。

网板设计

能否得到完美、可靠的焊点，印刷网板设计是关键的第一步。四周焊盘网板开口尺寸和网板厚度的选取有直接的关系，一般较厚的网板可以采用开口尺寸略小于焊盘尺寸的设计，而较薄的网板开口尺寸可设计到1：1。推荐使用激光制作开口并经过电抛光处理的网板。

（1）周边焊盘的网板设计

网板的厚度决定了印刷在PCB上的焊膏量，太多的焊膏将会导致回流焊接时桥连。所以建议0.5mm间距的QFN封装使用0.12mm厚度的网板，0.65mm间距的QFN封装使用0.15mm厚度的网板，建议网板开口尺寸可适当比焊盘小一些，以减少焊接桥连的发生，如图5所示。

（2） 散热焊盘的网板设计

当芯片底部的暴露焊盘和PCB上的热焊盘进行焊接时，由于热过孔和大尺寸焊盘中的气体将会向外溢出，产生一定的气体孔，如果焊膏面积太大，会产生各种缺陷（如溅射、焊球等），但是，消除这些气孔几乎是不可能的，只有将气孔减小到最低量。因此，在热焊盘区域网板设计时，要经过仔细考虑，建议在该区域开多个小的开口，而不是一个大开口，典型值为50％～80％的焊膏覆盖量，如图5所示。实践证明，50μm的焊点厚度对改善板级可靠性很有帮助，为了达到这一厚度，建议对于底部填充热过孔设计焊膏厚度至少应在50％以上；对于贯通孔，覆盖率至少应在75％以上。