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QFPの放熱パッド [フットプリント]

QFPの中心に放熱用のパッドが存在しているデバイスがあります。
業者での実装時はリフロー処理で問題ないのですが故障などで自分で交換と
なるとどうするのか気になります。

前出のトランジスター技術の12月号にその件が載っていました。
(162ページ)
四角いパッドの中心に半田コテの先が入りそうな穴を開けておいて
そこから熱を与えて半田付けするというものです。

3-4mm以上の穴でないとコテ先が入らないかもしれません。
VIAとの併用も必要なので現実的かは微妙です。


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フットプリントの下書き [フットプリント]

単純なフットプリントはDelphiスクリプトで対応していますが
複雑になると色々なDelphiスクリプトを組み合わせても作りにくい場合があります。

そういう時は機構設計CADでパッドのセンターやパッドサイズなどを含んだ
すべてを下書きしてそれをDXFインポートしてそれにパッドなどを配置します。

後から下図は消すなどの処理をしています。
これとは別に3DCADで作図してSTEPファイルを作成しています。

つまり、規模の大きなフットプリントの場合は3つのCADを併用していることに
なります。
異なった日に作成することが多いので部品資料のPDFの図面も見落としに
別のCADで作図中に気が付くことが多いです。
同じ日に作成すると同じような勘違いがあるので別日というのは重要です。


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型番の比較 [フットプリント]

フットプリントと回路図または部品表との比較は印刷した用紙の消し込みではなくて
EXCELのマクロで処理しています。

用紙の場合はREF番号のソートがされていないことが多いので時間が掛かるから
こういうマクロ処理にしました。

比較して内容が異なればセルの背景色を変えてあるのでそれをチェックします。
しかし、その違いの項目が多いとそれでも人的ミスが発生してしまいます。

記述内容のどこが異なっているのかを見つけて文字自体の色を変更するなどの
再修正が必要かもしれません。



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Exposed Die Pad [フットプリント]

SO、QFP、QFNなどでは「Exposed Die Pad」を持っているものがあります。
この放熱板露出タイプは、内部半導体用のヒートスプレッダーをパッケージの表面に
露出させたものです。
但し、中には放熱というよりは基板との部品実装強度を保つためのものもあります。
弊社では他のフットプリントと区別するために雛形では型番の最後にEをつけて管理して
います。

オープンのまま、またはべたGNDに接続処理をするかをチェックします。
単純に四角形ではなくて角丸または1番ピンだけがほかと違う形状の場合があり
フットプリント作りでは悩ませます。

複数のVIAを打って放熱効果を出す場合もありますが、メタルマスクで塗ったクリーム半田が
その穴から反対の面に流れ出すという欠点もあるので小さめの穴のVIAを沢山打つ場合もあります。
または、四角のメタルマスクを少しだけギャップを設けて4分割する場合もあります。
これは逆にその部分のクリーム半田の量が多くてデバイスが移動してしまうのを防止するために
実質的な面積を減らすための工夫です。

https://www.p-ban.com/htmlmail_qanda/2014/08/#q4



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各種ICパッケージ [フットプリント]

これまでは東芝のICのパッケージを標準にしてフットプリントの雛形を作成して
いました。

こちらのサイトでは一覧になっているので探しやすいです。
http://www.linear-tech.co.jp/designtools/packaging/

フットプリント作成時にサイズの許容差にむらがある場合は他のメーカーの寸法を
調べたくなることがあります。
そういう場合にはこちらのサイトも役に立つでしょう。

パッドサイズはやや小さめではありますが推奨フットプリントが記載されているのも
有用でしょう。


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SOT223-5 [フットプリント]

SOT-223は3ピンだけだと思っていたら5ピンのタイプもあるようです。
通常は2.3mmピッチですが5ピンは1.27mmピッチです。

本体の樹脂の幅が6.5mmあるので1ピンと5ピンの幅が5.08mmでも同じパッケージで
問題ありません。
(1.27mm x 4 = 5.08mm)

弊社のAVR用のDelphiマクロでは3ピンだけの対応でした。
プログラムの修正は他への影響が大きいので、リード線は後から別処理する
しかないでしょう。

SOT223シリーズはどれも放熱用の広いリード線も他の細いリード線と、断面の折り曲げや板厚は
同じなのが他のパッケージと異なる部分です。
つまりセンター割振りの作図で大丈夫という意味です。


SOT223-5.png
タグ:Altium Designer
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フットプリント作成の前の規格化 [フットプリント]

ICなどのフットプリントのDelphiスクリプトをこれまでに作成してきました。
しかし、単純にプログラムで処理するという訳にはいかず、ある程度の規格化と
各寸法の関連性も事前に調べるという作業が必要です。
これが非常に勉強になります。

また弊社では3Dデータも作成しているのでその場で作成するとフットプリントと同時作成で
二重苦になります。
そこである程度は規格化して3D形状はそれを別名保存して型番シルクだけを変えて使用する
場合が殆どです。
(型番シルクは白色で0.05mmの押し出しをしています。)

パッケージ形状の寸法差がどの程度が許容されるかもあるのでメーカーによる寸法の違いを
事前に知っておくことが重要でした。

パッケージ形状を示す呼び名にも方言がありますがこれもある程度は理解しておかないと
いけないでしょう。



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日本ケミコンの形状 [フットプリント]

日本ケミコンの複数の資料を寄せ集めると下記のような形状の一覧となります。
D,E,Fと55,61,73の組み合わせとアルファベット順に大きなサイズとなるように命名
されているのがわかります。

弊社でもこれらも容量と耐圧による型番ではなくて形状でフットプリントの管理と発行を
しています。

D55
D61
D73

E55
E61
E73

F55
F61
F73

F80
F90
HA0
JA0
KE0


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D3PAKのフットプリント [フットプリント]

TO-268AA (D3PAK)という形状もあるようです。
TO220よりも横幅のあるパワートランジスタなどの表面実装タイプのようです。

こちらにその一例のPDFがあります。
http://www.mouser.com/ds/2/523/APT40SM120S_A-1129417.pdf

弊社の「AVRドラフティング」というDelphiスクリプトでは横幅を15mmに制限をしていたので
それを17mmにすることでこれまでのDPAK、D2PAK以外にD3PAKにも対応してフットプリントが
作成できるように改善しました。
しかし、D3PAKはこれまでとは少し違っていて四角ではなくて台形のような形状なので
スクリプトは下書きとして別途、他のプリミティブを配置するなどして対処することに
なるでしょう。


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高速ビデオOPAMPの形状 [フットプリント]

アナログデバイス社で具体的にはAD8061ARなどやエランテック社のEL5132ISなどのSOP(1.27ピッチ)は
対辺までのリード線の幅は通常のOPAMPの250milの6.4mmではなくて6mmとなっています。

高速で動作するのでSOPでもやや小さいパッケージにしているのでしょうか。
これまで弊社では6mmのものも6.4mmのものと兼用してパターン設計や3D部品を配置していました。

どちらも6mmに修正したフットプリントと3D形状を発行して配置するようにしました。

他のパッケージについてもチェックしましたが、もしかしたら買収などによってリード線の長さや
パッケージサイズが変化しているのではないかと感じた点もありました。
古くて使用頻度が減ったフットプリントでメーカーの移籍などで古い資料での確認ができないのが
残念です。



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型番か形状管理か [フットプリント]

フットプリントを絶対的な型番で管理するかメーカーや自社の呼称などの形状名で管理するかは
パターン設計者によって対応が違うでしょう。

弊社ではIC以外などで汎用性の高いものは後者の自社名の呼称にネットリスト内のフットプリント名
を差し替えて処理しています。
特にチップCRやチップアルミ電解コンデンサでそれは顕著です。

それは3D形状もSTEPファイルで管理する都合があるのでなるべく型番名を増やしたくないと
いうことが理由です。
しかし、通常とは異なる外形色の場合やチップ抵抗などでも特殊で間違いが発生しやすい場合は
厳密に型番で管理します。


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3ピン以外のTO263-* [フットプリント]

以前にも触れたことがある4ピン以上のTO263形状のデバイスの話です。
横幅はTO220と同じぐらいなのにピン数が多くて表面実装するタイプのことで
下記のサイトで一覧になっています。
https://www.infineon.com/cms/en/product/packages/PG-TO263/

顧客の依頼があった時点でそのデバイスについて調べてフットプリント化する場合は
系列として解釈しにくいので同じメーカーで一覧になっているとありがたいです。

デバイスの全長は15-15.5mm程度ですが弊社では600milである15.24mmの直近上位の
15.3mmということで規格化しています。
横幅は10-10.2mm程度でしょう。


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SSOP8Pの狭い横幅 [フットプリント]

以前にSOP8Pの横幅の違うタイプに触れましたが
今度はSSOPでそれよりもさらに小さいタイプについてのお話です。

パッケージサイズは3x3mmで0.65mmピッチのタイプについて下記のような形状です。
リード線の端同士の長さは5mmでガルウィングはここでもそれぞれ1mmというタイプです。
これであればパッドの長さは従来の1.5mmのままで良さそうです。

SSOP_5mm.jpg

以前にもご紹介しましたが、弊社ではICパッケージのDelphiスクリプトを用意しています。

http://sophil3.blog.so-net.ne.jp/2017-03-10
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逆向き実装するタイプのTO [フットプリント]

下記の図の赤丸のように通常とはリード線の折り曲げが逆のタイプのものが
存在するのを知りました。

通常は基板のパターンに半田付けされる放熱パッドがそのまま見える向きに実装するので
そこに別の放熱器を取り付け穴を頼りにネジ留め実装するのでしょうか。

稀に4層基板の内層にまで放熱バッドを設けるような依頼もありますがそういう場合には
こういった実装方法も考えないといけないでしょう。

国産のものはスマートに処理することが多いのですが、海外のものはこういう部分は大雑把で
トリッキーな対応をすることがあるんですね。

TO_Reverse_Type.jpg
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リード線のタイプとトウ [フットプリント]

SOPなどのICのリード線(ガルウィング)の場合のトウは0.5mm程度が標準でしょう。
しかし、チップLCRは薄いリード線ではなくて厚みのある電極の構造なので3216以上であれば
トウは0.7-0.9mmぐらいが多いようです。
(画一化したければ広めの0.8mmまたは0.9mmのどちらかに統一してもいいのかも)

チップタンタルの場合はガルウィングを内側に折り曲げたようなC-bendの場合も厚めの電極では
なくて薄い金属板なのでトウは0.5mm前後です。

これらのことからトウのサイズを規格化したいところですが、リード線の材料や厚みなどで
変えないといけないのが理解できました。

ダイオードなどの筒状の電極や電極が大きなチップヒューズなどはこれらのことを考慮して
大きめのトウによるパッドが必要になるでしょう。

SO-TAN_TOE.jpg

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D2PAKとDDPAK [フットプリント]

DPAKはTO-252のことですが
DDPAKは何かと思っていたらD2PAKのことのようです。
つまりTO-263ということになります。
TO-251はIPAKとなります。
これらを一覧にすると下記のようになります。

TO-251 IPAK
TO-252 DPAK(TO-251の表面実装タイプ)
TO-253 D2PAK(DDPAK)

ただ、D2PAKなどでは3Pとは限らず5Pや7Pなどが存在しています。
樹脂パッケージの横幅だけに着目すればTO-220の表面実装タイプともいえそうです。
これまではDelphiスクリプトでも5Pまでしか対応していませんでしたが
実務では7Pが登場してしまいました。

またディスクリートTO220でも7Pのジグザグタイプが存在していますが
フォーミングの順序を奇数と偶数で間違えたりしてしまう場合があります。

それを防止するためにも図面の点線や外観図によるリード線の長さの絵柄もよくチェック
する必要があります。


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ガルウィング部分の描画 [フットプリント]

SOPやSSOPなどではフットプリント内のメカニカルレイヤにリード線をコの字のように
作図されている方は多いでしょう。
更にガルウィングの折れ曲がった部分までは作画されていないでしょう。

しかし、この折れ曲がった部分を外側から0.5mmまたは0.3mm程度内側にラインで作図
しておくとトウの部分がパッドに対してどれぐらい掛かっているか、本体部分がどれぐらい半田で
接続できるかがすぐにわかります。

パッドの長さが1.5mmの場合にヒールとトウはそれぞれ0.5mmを標準としています。

SSOP_GAL_FP.png

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雛形を利用する利点 [フットプリント]

フットプリントで似たような形状の場合はまずはSOD、SOT、SSOPなどという名前で
作成している雛形のフットプリントライブラリを参照しています。

そのフットプリントをコピペした後でその近くまたは同じ座標に新しく作成する
フットプリントを重ねるなどして違いをチェックできます。
また、似たような形状を他のデバイスからのコピーではなくてオリジナルとなる雛形からの
コピーから作成するという安心感もあります。

新規に作成するのは重要ではありますが勘違いを起こしてもそれに気が付かない場合が
あるのでそのミスを回避できます。
(実際には、Delphiスクリプトで作成しているので勘違いよりは数値入力ミスに注意しています。)

弊社では3Dデータも同じ型番名で作成しているのでその雛形の重要性も感じます。
こちらも数値のアレンジで対応はしていますが0.1mm以内の数値の違いは許容させています。


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SOT23-8 [フットプリント]

これはこれまで基板設計で登場してこなかったので雛形として作成していませんでした。
具体的には下記のような形状です。
https://www.intersil.com/content/dam/Intersil/documents/p8_0/p8.064.pdf

しかし、これにはガルウィングではなくてフラットなタイプも存在しています。
一般的な呼名は不明なので弊社ではSOT23F-8として管理しています。

これとは別にROHMの下記の型番ではSOT23-8が「TSMD8」となっています。
http://rohmfs.rohm.com/jp/products/databook/package/spec/discrete/diodepkg-j.pdf

これまでのシリーズとは違って大きなサイズになっています。
同じ呼名でサイズが違うというのは紛らわしいです。


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チップインダクタのフットプリント [フットプリント]

単純なチップインダクタのフットプリント作りは外形も四角形なので簡単です。
しかし、例えばTDK製のSLF7045などは少し面倒です。
http://www.suzushoweb.com/pdf_file/4c32eaf45dabf.pdf

弊社では前者はスクリプトで作成していますが、後者のスクリプトまでは作成して
いません。

しかし、パッドは「リード線とパッド配置のスクリプト」で作成可能です。
http://sophil3.blog.so-net.ne.jp/2017-03-28

形状の内で四角い部分は四角形を配置するスクリプトで対処し
内側のコアの円形の部分も円を配置するスクリプトで対処しています。
これでは面倒に感じるかもしれませんがそれぞれSとOのキーに割振っているので
すぐに配置作業に入れます。

外形シルクの切り欠き部分は別の四角形と直交処理をTキーに割振っているのでこれも
問題なく処理できます。


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