Jak skutecznie lutować scalaki QFN i unikać problemów z pozycjonowaniem?

Thu Oct 25, 2007 1:55 pm   

Witajcie
Jakiś czas temu przy okazji dyskusji nad domowymi metodamu lutowania
rozpływowego poruszona została kwestia scalaków w obudowach QFN. To są
beznóżkowce, w takiej obudowie jest między innymi znany i lubiany FT232.
Waldek pochwalił się że ma spore problemy z pozycjonowaniem układów. Chcę
użyć tego scalaka we własnym projekcie, wiec zrobiłem eksperymentalną płytkę
z kilkoma wariantami długości padów.
Tak to wyglada przed lutowaniem: http://www.pitlab.com.pl/misc/qfn/luzem.JPG

Oprócz FT232 testowałem też pad w podobnej obudowie (MLF8) do pamięci data
flash. Producentowi trochę rozjechała się soldermaska co mogło też mieć
wpływ na finalny efekt.
Waldek sugerował że scalak pływa nawet po dmuchnięciu powietrzem. Wyczytałem
gdzies że problemem może być duża kropla cyny na środkowym padzie i
rozwiązaniem moze być podzielenie środkowego padu na kilka mniejszych. Tak
też zrobiłem. Testowo zostawiłem jeden układ MLF z pełnym środkowym padem,
ale w proktyce nie zaobserwowałem żadnych problemów z centrowaniem.

Problemem jest nakładanie pasty. O ile obudowa MLF jest praktycznie
odpowiednikiem SOIC i pastę nanosi się bez problemów na każdy pad z osobna,
to na QFN nie dało rady nawet po zejściu z grubością igły z 0,8 na 0,5mm. Po
prostu pasta nie jest na tyle elastyczna aby układać się w takie małe wałki.
O precyzji reki nawet nie będę wspominał ;-)

Zastosowałem przećwiczony manewr z układów TSSOP:
http://www.pitlab.com.pl/misc/qfn/pasta.JPG
Przy takim nałożeniu pasty na układach TSSOP robią sie sporadyczne zwarcia i
trzeba czasami wyczyścić takie miejsce ręcznie lutownicą. Tutaj robiły się
wychodzące na zewnątrz kropelki cyny:
http://www.pitlab.com.pl/misc/qfn/1etap.JPG
Na szczęście bardzo ładnie zbiera sie je lutownicą z odrobiną kalafonii.

Po wyczyszczeniu i umyciu plytka wyglada tak:
http://www.pitlab.com.pl/misc/qfn/final1.JPG
http://www.pitlab.com.pl/misc/qfn/final2.JPG
http://www.pitlab.com.pl/misc/qfn/final3.JPG
Troche paskudnie, ale test uważam za udany i potrzebny.

Wnioski
Obudowa MLF jest odporna na drobne błędy footprintu. W zasadzie wsystkie
wersje lutowały sie poprawnie. Po lutowaniu rozpływowym tylko jedna nóżka
nie miała kontaktu, widocznie za słabo docisnąłem układ i pasta nie
zwilżyła dobrze obu padów (scalaka i pcb). Bezproblemowo dało się poprawić
lutownicą.
Pady pod QFN musza być dopieszczone i szablon do pasty pewnie musi być cięty
laserowo. Pierwszy footpront miał pady takiej samej wielkości jak w
scalaku - praktycznie bez możliwości poprawy po lutowaniu. Jak naleje się
sporo kalafonii coś tam da się zrobić, ale nie o to chodzi.
Następne pady QFN miały coraz to bardziej wystające na zewnątrz pady i ten
ostatni był już całkiem fajny. Tam pady wystawały na zewnątrz jakieś 0,4mm.
Myślę że docelowo zrobię 0,6mm. Oprócz łatwiejszego poprawiania ułatwia to
pozycjonowanie scalaka przy układanu. Zrobiłem co prawda dwa znaczniki w
rogach układu, ale są mało praktyczne.
Pogrubię też pady o jakiś pojedyńcze milsy, bo póki co nie ma żadnych
problemów ze zwarciami a może to ułatwić nakładanie pasty.

Jeżeli mielibyście własne doświadczenia w tej materii lub jakieś sugestie to
będe wdzięczny za dyskusję.

--
Piotrek.
http://www.pitlab.pl

Thu Oct 25, 2007 2:23 pm   

Cynuj pady na ukladzie tak aby porobily sie kulki ale nie za duze bo scalak
bedzie plywac

Thu Oct 25, 2007 3:01 pm   

padach, natomiast dużo na wewnętrznych. Pad wewnętrzny ma tylko10 milsów
grubosci. (właśnie w bibliotece zwiększyłem do 11. Wiecej nie da się
pogrubić, bo stracę przegrody w soldermasce)
Pasta jednak przykleja układ, bez niej na samych cynowych "kulkach" scalak
tańczy. Wystarczy dmuchnąć i jest gdzie indziej. Nie dam rady jedną ręką
trzymać go pensetą a drugą dmuchać.

--
Piotrek.
http://www.pitlab.pl

Thu Oct 25, 2007 4:41 pm   

Dnia 25.10.2007 Piotr "PitLab" Laskowski <pitlab@pulapka.wp.pl> napisał/a:

Witam.

Zajmowalem sie kiedys projektowaniem sit wycinanych laserem do montazu SMD.
Maske pod taki komponent robilem nastepujaco:

- pady - otwory wielkosci padow, zmiejszone o 0,02 mm z kazdej strony
- pod komponentem robilem 3 rzedy okraglych otworow o srednicy ok 0,5 mm
w rastrze mniej wiecej 1 mm.

Blacha gruba na 0.120 mm.

Lutowalo sie bez problemu (fakt, ze w piecu reflow a nie powietrzem wiec nic
komponentu nie popychalo)

Thu Oct 25, 2007 5:28 pm   

[quote:17c0d38067]Jeżeli mielibyście własne doświadczenia w tej materii lub jakieś sugestie
to
będe wdzięczny za dyskusję.

pod padem srodkowym zrob kilka otworow[/quote:17c0d38067]
one ladnie wysysaja cyne (musza byc z soldermaska)
nie mialem zadnych problemow zeby lutowac takowe scalaki, a uzywam ich po
kilka w projekcie.

Thu Oct 25, 2007 5:36 pm   

Użytkownik "Piotr "PitLab" Laskowski" <pitlab@pulapka.wp.pl> napisał w
wiadomości news:ffq7lf$fs2$1@node1.news.atman.pl...
[quote:8be95074be]Cynuj pady na ukladzie tak aby porobily sie kulki ale nie za duze bo
scalak
bedzie plywac
Pierwsza próba. Bardzo mało cyny zostaje na zewnętrznych, sygnałowych
padach, natomiast dużo na wewnętrznych. Pad wewnętrzny ma tylko10 milsów
grubosci. (właśnie w bibliotece zwiększyłem do 11. Wiecej nie da się
pogrubić, bo stracę przegrody w soldermasce)
Pasta jednak przykleja układ, bez niej na samych cynowych "kulkach" scalak
tańczy. Wystarczy dmuchnąć i jest gdzie indziej. Nie dam rady jedną ręką
trzymać go pensetą a drugą dmuchać.

[/quote:8be95074be]
Cześć.
1. Jeżeli masz regulację przepływu w dmuchawie - zmniejsz na minimum.
2. Rozważ zrobienie maski w postaci jednego pełnego prostokąta
dla wszystkich nóżek po jednej stronie QFN.
3. Wystające poza obudowę pady pozwalają na pewną tolerancję
co do ilości pasty.

Pozdrawiam.
--
Tomasz Polak

Thu Oct 25, 2007 6:05 pm   

[quote:51e8d64756]1. Jeżeli masz regulację przepływu w dmuchawie - zmniejsz na minimum.
To jest jasne[/quote:51e8d64756]

[quote:51e8d64756]2. Rozważ zrobienie maski w postaci jednego pełnego prostokąta
dla wszystkich nóżek po jednej stronie QFN.
Czyli bez separacji poszczególnych nóżek? Spodziewam się że to raczej[/quote:51e8d64756]
przeszkodzi niż pomoże.

[quote:51e8d64756]3. Wystające poza obudowę pady pozwalają na pewną tolerancję
co do ilości pasty.
Dokładnie, do tego ułatwiają pozycjonowanie i dają szansę przeniesienia[/quote:51e8d64756]
ciepła pod układ podczas ewentualnych napraw lutownicą.

--
Piotrek.
http://www.pitlab.pl

Thu Oct 25, 2007 6:28 pm   

[quote:72b9f974bb]Zajmowalem sie kiedys projektowaniem sit wycinanych laserem do montazu
SMD.
Maske pod taki komponent robilem nastepujaco:
- pady - otwory wielkosci padow, zmiejszone o 0,02 mm z kazdej strony
Dlaczego otwór w sicie ma być mnieszy od padu?[/quote:72b9f974bb]
Intuicja podpowiada mi że powinien być równy lub większy, tak aby na tak
małym padzie było trochę więcej cyny. Zwykły scalak nóżkami opiera się o pad
na PCB a tutaj pod "brzuchem" układu jest jeszcze pasta zwiększająca dystans
między PCB a padamu na scalaku, więc wydaje się że na padach powinno być jak
najwięcej pasty.
Zresztą większy otwór w sicie to łatwiejsze przeniesienie pasty. Jaki jest
argument za mnieszym otworem?

[quote:72b9f974bb]- pod komponentem robilem 3 rzedy okraglych otworow o srednicy ok 0,5 mm
w rastrze mniej wiecej 1 mm.
Czyli podobnie jak tutaj, tyle że ja dałem prostokątne i ciut większe.[/quote:72b9f974bb]
Wydawało mi się że stykające się krawędzie prostokątnych padów będą pomagały
centrować ukłąd napieciem powierzchniowym roztopionej cyny. Zrobilem większe
z lenistwa bo nie chciało mi się rysować więcej prostokątów ;-)

[quote:72b9f974bb]Blacha gruba na 0.120 mm.
To cenna wiadomość, bo nigdy nie wiem jaką blachę zamówić. Zwykle zdaję się[/quote:72b9f974bb]
na wykonawcę, ale do tej pory scalaki miałem zwykle w SOICu, w porywach
TSSOP.


[quote:72b9f974bb]Lutowalo sie bez problemu (fakt, ze w piecu reflow a nie powietrzem wiec
nic
komponentu nie popychalo)
Docelowo też pewnie będzie lutowane w piecu i układanie na automacie, ale[/quote:72b9f974bb]
najpierw musze dopieścić projekt ręcznie. Poza tym jeszcze nie stać mnie na
zakup kilkuset kompletów części. RLC mam, ale kilka scalakow jest drogich i
na poczatek wolę kupować mniesze partie.

--
Piotrek.
http://www.pitlab.pl

Thu Oct 25, 2007 6:35 pm   

[quote:df4129b9dd]pod padem srodkowym zrob kilka otworow
one ladnie wysysaja cyne (musza byc z soldermaska)
nie mialem zadnych problemow zeby lutowac takowe scalaki, a uzywam ich po
kilka w projekcie.
[/quote:df4129b9dd]
Jeżeli z soldermaską to czy nie robisz na PCB tego środkowego padu? Nie
bardzo rozumiem gdzie ta soldermaska miała by być. Pod układem na całości
środkowego padu czy tylko na otworach w tym padzie?
Przyznam sie że myślałem o kilku przelotkach w środkowym padzie, ale trochę
bałem się tego, poza tym mam obustronny montaż i po drugiej stronie trzeba
było by wygospodarować puste miejsce co nie jest łatwe.

--
Piotrek.
http://www.pitlab.pl

Thu Oct 25, 2007 8:41 pm   

Dnia 25.10.2007 Piotr "PitLab" Laskowski <pitlab@pulapka.wp.pl> napisał/a:

Ja przy projektowaniu sit kierowalem sie nastepujaca zasada, ze otwory w sicie
zawsze nieco mniejsze niz pady na plytce. Powod?
Obecnie trzeba uzywac spoiw RoHS compilant. Maja one niestety ta przykra
wlasciwosc, ze licho sie rozplywaja. JEsli pasta nadrukuje sie na soldermasce ,
to jest prawdopodobne ze spoiwo zamiast przyciagnac sie do pada/nozki zostanie w
miejscu w postaci kulek - ktore to kulki zrobia potem zwarcie. W przypadku Pb nie
ma tego problemu. Ale ze RoHS to gowno to wszyscy wiedza:)
Oczywiscie zmniejszenie padu o 0.04 mm niewiele tu zmienia, ale sitodrukarka
ktorej uzywalismy + rozciagniete sita / PCB takie miale statystyczne odchylki i w
efekcie na wiekszosci plytek pasta wogole nie wylazila na soldermaske.

Aby pasta nie zostawala w naroznikach otworu w sicie zawsze narozniki te
zaokraglalem dodatkowo - promien zaokraglenia 0,08-0,1 mm

Zwiekszenie rozmiaru otworu w sicie nie spowoduje ze 'klocek' pasty bedzie
wyzszy, a na pewno bedzie przyczyna zworek miedzy padami.

Przypomnialem sobie dokladniej jak to bylo i dla komponentu o ktorym byla mowa
zdaje sie ze robilem pady j.w. czyli x i y zmniejszone o 0.04 mm, zaokraglone a
posrodku komponentu 3 rzedy po 5 okraglych otworow 0.5 mm (raster na pewno
wiekszy niz 1 mm, ale to by trzeba zmierzyc). Sito 120 um.

Wczesniej bylo sito 100 um, pady 1 do w i pod spodem otwor jeden wielki -
komponent plywal sobir na lewo i prawo:)


Spoiwa z olowiem super pomagaja w prawidlowym ulozeniu komponentu.
RoHS niestet prawie wogole :(


Inny przyklad:
Sito dla TQFP z rastrem 0,5 mm i padami na PCB 0,27 mm bylo robione na zasadzie
otwor w sicie prostokatny == pad na plytce, grubosc 100um. Bylo duzo zworek,
szczegolnie jak maszyna krzywo postawila komponent lub drukarka krzywo (rzut kilka
setek) nadrukowala.

Zrobilem potem nowe sito - 120 um, ale pady zmniejszylem w x do 0,24 mm, w y tez
troche zmniejszylem i zaokraglilem calkowicie narozniki (promien 0,12).
Statystyki dla tych komponentow poprawily sie (mniej bylo zworek).

Podobne eksperymenty robilem z BGA w rastrze 0,5 z padami 0,3 mm.
Stare sito 100 um ale z prostokatnymi otworami pod pady dawalo czesto zworki na
BGA (wykrywane X-rayem). Zmienilem to na 120 um, ale pady okragle 0,28.
Statystyki tez duzo lepsze byly.

Zdarzaly sie tez przypadki, ze w niektorych miejscach trzeba bylo uzywac
grubszych sit (byly komponenty ktorym nozki troche w powietrzu wisialy i pasta ze
120 um sita byla za nisko) - zamawialem wtedy sito grubsze w tym miejscu 150 albo
180 um. Ale to juz inna historia:)


No tutaj nie pomoge, w mojej bylej pracy lezalo to sobie w rolkach na polkach i
na paletach w magazynie
Ale tam hurtowa produkcja szla.


Reasumujac - moim zdaniem wiekszosc problemow przy montazu SMD (i HMD na fali)
wynika z tego ze jakis debil zakazal uzywac Pb. A wszelkie wynalazki typu bizmut
to tylko protezy starego dobrego Pb.

Produkowalismy urzadzenia ktore mialy w papierach ze mogly byc na Pb i tam nigdy
nie bylo problemow - nawet kumpel ktory notorycznie szukal kompromisu miedzy zbyt
niskim profilem reflow a palacymi sie/topiacymi komponentami w tym wypadku mial
zero roboty. No ale nizsza temp topienia sie mieszanki SnPb robi swoje

Fri Oct 26, 2007 11:07 am   

tak, oczywiscie chodzlio o przelotki
przejezyczylo mi sie

Fri Nov 02, 2007 12:41 pm   

Dnia 25.10.2007 Piotr "PitLab" Laskowski <pitlab@pulapka.wp.pl> napisał/a:

Witam

Niedawno lutowałem ten układ (FT232RQ) - do pocynowanych padów (i
pomalowanych kalafonią) przycisnąłem pinsetą (z blokadą zaciśnięcia) scalaka
i dmuchałem gorącym powietrzem (z braku lutownicy - opalarką do farby).
Działa :)

--
pozdrawiam
Sawi