64针1mm间距PQFP表贴芯片封装结构

　　做消费类电子主板结构设计快十二年，经手的表贴芯片封装三维模型少说有几百个，PQFP这类四边出脚的扁平封装，是板级结构设计里最常碰到的元器件类型之一，这次做的64针1mm间距规格，是工业控制板、车载小信号处理板、消费类数码产品主控板上用量极大的一款封装。

　　先从实际应用场景说，这类封装的芯片大多承载中低速信号处理、接口转换、电源时序管控这类功能，不像BGA封装那样走高速串行信号，对安装平整度的要求相对宽松，但因为引脚密度不低，在做PCB布局和结构干涉检查的时候，必须有精准的三维模型做校核，不然很容易出现引脚和周边丝印、结构件凸台干涉，或者焊盘设计偏移导致回流焊虚焊的问题。之前做一款工业采集板的时候，就因为用了网上随便找的简化模型，没考虑引脚成型后的外扩尺寸，导致回流焊后引脚和旁边的固定铜柱间距只剩0.1mm，过振动测试的时候引脚磨破绝缘层短路，整批板子返工花了十多万，从那之后所有用到的表贴芯片，我都要自己核对封装尺寸做精准模型，或者找参数完全匹配的现成模型校核。

　　这款64针PQFP的本体尺寸是20x14mm，引脚间距1mm，属于PQFP封装里的中等密度规格，四边各引出16个鸥翼型引脚，引脚成型后的外伸长度、弯折弧度、引脚厚度都严格按照JEDEC的MS-026标准做的还原，做结构设计的时候，安装边界要在本体尺寸基础上，四边各预留至少1.5mm的焊盘空间和维修操作空间，要是板子上有屏蔽罩的话，屏蔽罩内壁和芯片本体的间距要留0.3mm以上，避免组装的时候屏蔽罩压到芯片本体导致内部晶圆碎裂。另外要注意，这类表贴芯片的顶部不是完全平整的，模塑封体的顶部有轻微的脱模斜度，中间位置比边缘高0.15mm左右，做导热垫选型的时候要把这个高度差算进去，不然导热垫压缩量不够会导致散热不良，之前做一款车载网关的时候就踩过这个坑，按本体标称高度选的0.5mm导热垫，实际贴装后芯片顶部和散热壳之间有0.1mm间隙，高温环境下芯片工作温度比设计值高18度，后来换了0.65mm的导热垫才解决问题。

　　从设计思路上来说，做这个模型的时候没有做不必要的简化，引脚部分是完全按照实际冲压成型的形状做的，每个引脚的弯折半径、脚端的倒角都还原了实物的状态，不是简单的长方体拉伸，这样在做DFM检查的时候，可以直接导入焊接仿真软件里模拟锡膏印刷、回流焊的引脚共面度情况，提前发现引脚变形导致的虚焊风险。本体部分还原了模塑封体的边角圆角、顶部的激光标识区域，还有一角的定位标记，这个定位标记是PCB贴装的时候视觉对位用的，做模型的时候把这个特征做出来，在做SMT贴装程序模拟的时候，可以直接识别定位点，不用再额外做标记。另外引脚的金属部分做了分层的质感还原，引脚根部和模塑封体结合的位置做了密封胶的溢胶特征，这个细节很多简化模型都没有，但在做引脚受力仿真的时候，这个溢胶区域的强度会影响引脚的抗弯折能力，过振动测试的时候，这个位置的应力集中情况是必须要校核的。

　　实际选型的时候，这款封装的芯片要注意和同引脚数的TQFP封装区分开，TQFP的本体厚度更薄，引脚的外伸长度更短，要是模型选错了，做出来的焊盘尺寸和引脚不匹配，焊接良率会非常低。另外在做板级堆叠设计的时候，这款芯片的背面是平整的，可以在PCB对应位置做散热过孔，把芯片的热量导到背面的散热层，模型里把背面的平整度做了还原，没有多余的凸点，方便做散热路径的仿真。还有一个容易忽略的点，就是这类鸥翼引脚的共面度要求，实物的引脚共面度公差是0.1mm，做模型的时候把所有引脚的底部平面度控制在0.05mm以内，这样在做组装仿真的时候，能准确模拟每个引脚和焊盘的接触情况，提前发现共面度超差导致的开焊问题。

　　平时做结构设计的时候，这类芯片模型除了用来做干涉检查，还可以用来做整机的跌落仿真，模拟跌落过程中引脚受到的冲击力，要是引脚的应力超过材料的屈服强度，就要调整芯片的布局位置，或者在周边增加缓冲结构。之前做手持类检测设备的时候，就是通过仿真发现边角位置的PQFP芯片在1.2米跌落的时候，引脚应力超过了铜材的屈服强度，后来把芯片往板子中心移了8mm，再加了点胶固定，跌落测试就顺利通过了。总的来说，这类精准的封装三维模型，不是拿来看样子的，是要贯穿从原理图选型、PCB布局、结构设计、DFM分析、仿真测试全流程的核心基础数据，尺寸上差0.1mm，就可能导致整个项目的试产失败，所以每个尺寸参数都要和实物、行业标准完全对应，不能有半点马虎。