QFNおよびDFN部品
物理的に小さいサイズとフットプリントは、QFNの唯一の利点ではありません。 これらのパッケージのうち最小のものは非常に短いリード線で終わる。 これにより、信号特性および優れた熱特性が改善される。 ほとんどのQFNとDFN部品は、上の図に示すように、信号コンタクトの列のすぐ下の、下側に大きな金属接触領域を持っています。
シリコンダイスはサーマルパッドのすぐ上に座り、印象的な熱性能を実現します。 私は大きなTO-220パッケージとヒートシンクを必要とする800mAで5Vを出力できる3mm x 3mmのQFNを見てきました。
しかし、この余分なパフォーマンスには価格が付いています。 このケースでは、価格は大部分が私の会話が私の仕事にどのように戻っているかという製造可能性の問題の分野にあります。 Screaming Circuits では、QFNの問題の原因とその防止方法を学びました。 これは、置かれるはんだペーストの量と大きな熱パッドの表面積と側面接触の表面積の差になります。
はんだは、シルクスクリーンプロセスまたははんだペーストジェットプリンターを介して表面実装パッド上に置かれる。 シルクスクリーニングプロセスでは、表面実装部品パッドのすべてのためのレーザ切断開口によってステンレススチールはんだペーストステンシルが作成されます。 このステンシルを印刷回路基板（PCB）の上に置き、はんだペーストをスキージで落とします。 このプロセスは、シルクスクリーンのTシャツを作ることとほぼ同じです。
鉱山を含む多くのショップでは、ペーストジェットプリンターを使ってペーストを塗布しています。 これは、その場でペーストパターンを容易に変更できるという利点がある。 その欠点は、それが適用するペースト液滴が、新しい超小型部品のいくつかによって必要とされる精度を与えないことである。
典型的なはんだステンシルは、3または4ミル（0.067〜0.100mm）の厚さである。 上記のQFNの写真を見ると、4milステンシルの厚さに対する面積のアスペクト比がセンターパッドではかなり大きいが、側面に沿った接点では非常に小さいことがわかります。
はんだペーストがリフロー炉内で溶融すると、はんだ堆積の形状が変化する。 私はその設定の流体力学には入っていませんが、その結果、センターパッドにフルドーズのはんだペーストが与えられると、その部分がセンターパッド上に浮き上がり、サイドコンタクトの一部または全部が以下の図に示すように、はんだ付けしない可能性が非常に高くなります。
QFNフロート（出典：Duane Benson）
ステンシル開口部は、CADフットプリントによって制御されます。 残念ながら、CADライブラリのQFNとDFN部品のフットプリントは、この点でほとんど常に間違っています。 それらは、銅パッドと同じサイズのはんだペースト開口部を提供する。 ほとんどの場合、CADソフトウェアでは間違っているだけでなく、コンポーネントのデータシートに誤って表示されることもあります。
フルサイズの開口部ではなく、ステンシル層をセグメント化して、以下に示すようにセンターパッド上に50〜75％のペーストカバレッジを与える必要があります。
QFNセグメント化ステンシル（出典：Duane Benson）
はんだペーストステンシルの開口部（またはペーストジェットのデポジションパターン）は、CADソフトウェアのステンシル層（「ペースト層」または「クリーム層」とも呼ばれます）で指定されています。 フットプリントエディタの多くは、表面実装パッドを配置すると自動的にステンシルレイヤーを作成します。
それは問題の一部です。 多くの場合、ソフトウェアは銅パッドのサイズに関係なく、自動的にステンシル開口部を作成します。 このツールがこれを自動的に実行するということは、多くのユーザーがこれについて考える必要はないという印象を受けていることを意味しますが、大きなQFNヒートスラッグの場合はおそらく間違っているためです。
フットプリントを修正するのはかなり簡単な作業ですが、PCB組立担当者があなたに怒らない限り、何かを修正する必要があることをどのように知っていますか？ あなたはおそらくそうではないでしょう、ここで私はあなたに怒鳴ります。
私が言ったように、解決策はかなり簡単です。 CADソフトウェアでフットプリントを作成または修正するプロセスに精通していれば簡単です。 その具体的な詳細はあなたに残しておきますが、あなたがどのように知っていれば、またはあなたがどのように習ったら、私は何をすべきか教えてあげます。
フットプリントエディタで、自動ペーストレイヤーをオフにして、手で描画します。 このテクニックはフットプリントエディタの動作に基づいて異なりますが、実行する必要があるのは同じです。 ステンシルレイヤーがデフォルトで作成されていないことを確認してから、ステンシルレイヤーに描画します。 下の図は、どのように見えるかの例を示しています。
QFNはんだペーストのステンシル層良い例（出典：Duane Benson）
はんだペーストの被覆率を50％から75％の間で行う。 すなわち、はんだペーストは銅パッドの50〜75％を覆うべきである。 パッドにビアがある場合は、ビアを上に置かないでください。 バイアは、はんだマスクで覆われているか、または充填され、めっきされている必要があります。 開いたビアを残すと、はんだがしみ込んだりボードの反対側で終わります。 これも起こるのは良いことではありません。
もう1つ：それは50％ですか、それとも75％ですか？ プロトタイプまたは少量の世界では、その範囲内のどこでも成功のチャンスがあります。 大量の製品を構築する場合は、ボードを構築する会社の製造エンジニアと協力したいと思うでしょう。 彼らはその範囲でスタートし、ステンシルパターンを微調整して製造ラインで最高の結果を達成します。
QFNsは少し威圧することができますが、ここに滞在しています。 ちょっと特別な注意を払うだけで、あなたはそれらでかなり成功することができます。 ボードを少し縮め、製造コストの一部を節約することさえできるかもしれません。