Retire/excluya la almohadilla expuesta del paquete QFN del diseño de PCB

Estoy haciendo un diseño de PCB con un Atmel/Microchip MCU ATSAML21E18B-MUT que tiene un paquete QFN-32 de 5x5 mm. Esta placa puede tener un máximo de 20x40 mm y estoy teniendo problemas de espacio porque el circuito no es muy poco y además lleva una antena NFC en placa que ocupa 14x14 mm en ambos lados.

El dibujo de "QFN de 32 pines" está en la página 1123. La hoja de datos no menciona si esta almohadilla debe conectarse o no a GND u otra señal.

Verifique mi dibujo actual del paquete QFN-32 en el diseño actual a continuación, hay una almohadilla cuadrada de 2,8x2,8 mm en el centro, también conocida como almohadilla expuesta. Quiero eliminarlo... para poder enrutar pistas y vías debajo del paquete QFN. Haciendo esto, terminaría el diseño fácilmente.

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Y, al ensamblar las placas, quiero colocar un material de aislamiento eléctrico entre el paquete IC y la placa, para garantizar que no haya cortocircuito entre la almohadilla central del paquete QFN-32 y una vía o pista, por ejemplo. , si la máscara de soldadura no lo garantiza.

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Entonces, en este caso, ¿puedo quitar de forma segura la almohadilla central del QFN-32 del diseño de PCB?

  • OBS1: Es una placa de doble cara, no hay posibilidad de ir multicapa.
  • OBS2: El IC no se calienta.

El paquete:

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"colocar un material aislante": te das cuenta de que eso es exactamente lo que es la máscara de soldadura, ¿verdad?
Sí, sé que la máscara de soldadura es un aislante, pero tal vez su aislamiento no sea perfecto al 100% considerando la producción de una gran cantidad de placas y una posible imperfección en la fabricación de PCB. Eso sería sólo para tener una garantía.
argumento bastante débil: si sus placas son tan baratas que tiene que pagar por el paso manual adicional de colocar un aislante debajo de un dispositivo QFN (sin embargo, garantizará una buena soldadura después), entonces tal vez haga mejores placas.
¿Por qué no puedes ir multicapa? Si es por el costo, es casi seguro que su solución sea peor que el problema que está tratando de resolver.

Respuestas (1)

Mi conclusión inicial: no vale la pena considerar seguir tu ruta, las posibles desventajas superan el hecho de que podrías obtener un diseño más compacto.

En general, tendría que verificar tres veces que su dispositivo no se caliente demasiado con la almohadilla térmica desconectada. Por lo tanto, tendría que usar la hoja de datos (resistencias térmicas) y un modelo de potencia de su circuito integrado para estimar cuánta energía eléctrica se convierte en energía térmica en su aplicación real, y estimar si la matriz a la parte superior del paquete || la resistencia térmica de la matriz a los contactos es lo suficientemente baja como para que el dispositivo se mantenga lo suficientemente frío. Entonces tendrías algo que probablemente funcione.

Tendría una sensación un poco mareada al respecto. Microchip agregó esa almohadilla térmica al paquete por una razón.

Además, hablemos del diseño aquí:

Con su ancho de trazo, solo puede enrutar 1 trazo de capa superior entre las almohadillas en las esquinas; por lo tanto, no es necesario dejar más espacio libre en la capa superior del que ya tiene. Capa inferior: tienes mucha más libertad. Querría conectar un plano de tierra grande a la tierra térmica de la capa superior a través de un par de vías, pero nada lo obliga a hacer que cubra toda la parte inferior del paquete IC.

De todos modos, lo que has dibujado como diseño inferior no me parece bien. ¡Los límites de desacoplamiento no ayudan mucho si la ruta de corriente de tierra es peor que la ruta Vcc! Por lo tanto, su diseño parece cuestionable en algo más que el aspecto térmico de las cosas.

Por lo tanto, vuelva a diseñar todo, comenzando con el intento de poner lo menos posible en la capa inferior y, si es posible, tener un plano de tierra grande y sin cortar. Sí, eso hará que todos nuestros componentes del lado inferior pasen al lado superior. Pero créanme, durante el montaje (o cuando le pague a alguien para que lo haga), se alegrará cuando haya erradicado la necesidad de soldar SMD en dos lados.

Una cosa más: asegúrese de que los condensadores de la parte superior estén fuera de las zonas de exclusión del paquete QFN. Lo que ha colocado parece innecesariamente difícil de soldar.

En general: si este es uno de los primeros diseños que hace, comience con un tablero con cuatro veces el espacio que le gustaría usar al final, y colóquelo completamente, siguiendo las reglas de las mejores prácticas para mantener limpio el plano del suelo. organizar los pasivos en grupos que sean fáciles de ensamblar/soldar, que incluyan suficientes puntos de prueba, que tengan realmente suficientes tapas de desacoplamiento, etc. Si su diseño terminado realmente parece que puede reducirlo a la mitad en ambas dimensiones, hágalo. No comience con "Necesito reducir esto al área más pequeña posible"; eso casi siempre sale mal (créanme, así es como perdí mis primeras tablas).

Debidamente notificado. Aún tengo la duda de si el pad expuesto se puede dejar flotando o si hay que conectarlo a GND.
La resistencia térmica de la hoja de datos casi con certeza asume que se usa la almohadilla térmica.
@ThePhoton Por ejemplo, en un proyecto anterior utilicé un interruptor analógico IC, número de pieza FSA2567MPX, paquete "16-WFQFN Exposed Pad". Dejé la almohadilla expuesta flotando en el diseño de PCB y el proyecto funcionó bien.
@ abomin3v3l lo siento, pero eso no significa que la resistencia térmica en la hoja de datos suponga que no hay conexión de almohadilla térmica. Un microcontrolador fácilmente podría tener una potencia lo suficientemente baja como para no necesitar la almohadilla térmica, pero será difícil probarlo a partir de la información en la hoja de datos.
@ThePhoton ¡Gracias por la ayuda! Ya tengo un prototipo del circuito actual (con mayores dimensiones), y puedo afirmar que el microcontrolador no calienta nada, anda 'frío' con temperatura del paquete muy cercana a la temperatura ambiente. Y ahora intentaré hacer un diseño más pequeño. Probaré PCB de doble capa sin la almohadilla en el diseño. De hecho, dibujaré un pad muy pequeño en caso de que sea necesario conectar el pad expuesto a GND, pero uno muy pequeño, no de 2,8x2,8 mm de tamaño completo...