一、QFN封装PCB设计基本介绍

QFN（Quad Flat No Lead）是一种相对比较新的IC封装形式，但由于其独特的优势，其应用得到了快速的增长。QFN是一种无引脚封装，它有利于降低引脚间的自感应系数，在高频领域的应用优势明显。QFN外观呈正方形或矩形，大小接近于CSP，所以很薄很轻。元件底部具有与底面水平的焊端，在中央有一个大面积裸露焊端用来导热，围绕大焊端的外围四周有实现电气连接的I/O焊端，I/O焊端有两种类型：一种只裸露出元件底部的一面，其它部分被封装在元件内；另一种焊端有裸露在元件侧面的部分。

QFN采用周边引脚方式使PCB布线更灵活，中央裸露的铜焊端提供了良好的导热性能和电性能。这些特点使QFN在某些对体积、重量、热性能、电性能要求高的电子产品中得到了重用。

由于QFN是一种较新的IC封装形式，IPC-SM-782等PCB设计指南上都未包含相关内容，本文可以帮助指导用户进行QFN的焊盘设计和生产工艺设计。但需要说明的是本文只是提供一些基本知识供参考，用户需要在实际生产中不断积累经验，优化焊盘设计和生产工艺设计方案，以取得令人满意的焊接效果。

二、QFN封装描述

QFN的外形尺寸可参考其产品手册，它符合一般工业标准。QFN通常采用JEDEC MO-220系列标准外形，在焊盘设计时可以参考这些外形尺寸（示例如图1）。

图1 QFN元件三维剖视图和实物外观

三、QFN通用PCB设计指南

QFN的中央裸焊端和周边I/O焊端组成了平坦的铜引线结构框架，再用模铸树脂将其浇铸在树脂里固定，底面露出的中央裸焊端和周边I/O焊端，均须焊接到PCB上。

PCB焊盘设计应该适应工厂的实际工艺能力，以求取得最大的工艺窗口，得到良好的高可靠性焊点。需要说明的是中央裸焊端的焊接，通过“锚”定元件，不仅可以获得良好的散热效果，还可以增强元件的机械强度，有利于提高周边I/O焊端的焊点可靠性。针对QFN中央裸焊端而设计的PCB散热焊盘，应设计导热过孔连接到PCB内层隐藏的金属层。这种通过过孔的垂直散热设计，可以使QFN获得完美的散热效果。

四、QFN焊盘设计指南

1、周边I/O焊盘

PCB I/O焊盘的设计应比QFN的I/O焊端稍大一点，焊盘内侧应设计成圆形以配合焊端的形状，详细请参考图2和表1。

图2 典型的QFN元件焊端和PCB 焊盘外观图

如果PCB有设计空间， I/O焊盘的外延长度（Tout）大于0.15mm，可以明显改善外侧焊点形成，如果内延长度（Tin）大于0.05mm，则必须考虑与中央散热焊盘之间保留足够的间隙，以免引起桥连。

2、中央散热焊盘

中央散热焊盘应设计比QFN中央裸焊端各边大0-0.15mm，即总的边长大出0-0.3mm，但是中央散热焊盘不能过分的大，否则，会影响与I/O焊盘之间的合理间隙，使桥连概率增加。此间隙最小为0.15mm，可能的话，最好是0.25mm或更大。

3、散热过孔

散热过孔应按1.0mm-1.2mm的间隙均匀分布在中央散热焊盘上，过孔应连通到PCB内层的金属接地层上，过孔直径推荐为0.3mm-0.33mm。

虽然增加过孔（减小过孔间隙），表面上看好象可以改善热性能，但因为增加过孔的同时也增加了热气回来的通道，所以实际效果不确定，需要根据实际PCB的情况来决定（如PCB散热焊盘尺寸、接地层）。

4、阻焊层设计

目前有两种阻焊层设计类型：SMD（Solder Mask Defined）和NSMD（Non-Solder Mask Defined）。SMD：阻焊层开口小于金属焊盘；NSMD：阻焊层开口大于金属焊盘。

由于在铜腐蚀工艺中更易控制，所以NSMD工艺更优选。而且SMD工艺会使焊盘阻焊层与金属层重叠区域压力集中，在极端疲劳条件下容易使焊点开裂。采用NSMD工艺则使焊锡围绕在金属焊盘边缘，可以明显改善焊点的可靠性。

由于以上原因，在中央散热焊盘和周边I/O焊盘的阻焊层设计中一般都推荐采用NSMD工艺。但是，在尺寸相对比较大的中央散热焊盘阻焊层设计中应该采用SMD工艺。

在采用NSMD工艺时，阻焊层开口应比焊盘大120um-150um，即在阻焊层与金属焊盘之间留有60um-75um的间隙，弧形焊盘应设计相应的弧形阻焊层开口与之匹配，特别是在拐角处应有足够的阻焊层以阻止桥连。

每个I/O焊盘应单独设计阻焊层开口，这样可以使I/O相邻焊盘之间布满阻焊层，阻止相邻焊盘之间形成桥连。但是，针对I/O焊盘宽度为0.25mm，间距只有0.4mm的细间距QFN，只能将处于一边的所有I/O焊盘统一设计一个大的开口，这样I/O相邻焊盘之间就没有了阻焊层。

有些QFN的中央裸焊端设计过大，使得与周边I/O焊端之间的间隙很小，很容易引起桥连。在这种情况下，PCB散热焊盘的阻焊层设计应采用SMD工艺，即阻焊层开口应每边缩小100um，以增加中央散热焊盘与I/O焊盘之间的阻焊层面积。

阻焊层应覆盖散热焊盘上的过孔，以防止焊锡从散热过孔中流失，使QFN中央裸焊端与PCB中央散热焊盘之间形成空焊。过孔阻焊层的直径应比过孔直径大100um，建议在PCB背面涂布阻焊油堵塞过孔，这样可以在正面散热焊盘上会形成许多空洞，这些空洞有利于在回流焊接过程中释放气体，并围绕过孔形成更大的气泡，需要特别说明的是，这些气泡的存在不会影响热性能、电性能和焊点可靠性，是可以接受的。