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2012年4月 4日 (水)

パワーSMDデバイスのパッドのはなし

パワーSMDデバイスのパッドとは
 パワー MOS-FETや低電圧電源ICなどは、TO-220のものはネジで放熱版に半田付けしますが、SMD型は基板に実装する際、どのくらいのパッド(半田付け電極パターン、もしくは非レジスト領域)をつけたらいいのか、時々悩みます。もちろん基本的にはリフロー半田で実装する時は、部品がうまくパッドの正しい位置に実装されるよう工夫やノウハウが必要です。
ハード的にはLayoutpad
 右図は IR の資料にあったパッド寸法図です。フットプリントについては「フットプリント(推奨最小パッド寸法):基板のフットプリントは、 リフローはんだ付け工程において表面張力による セルフアライメントが可能となる寸法の事。」と説明があります。
 TO-263は TO-220のデバイスをそのままSMD形状にしたもので、一番大きいですが、放熱効果を得るには14mmx24mm程度の銅箔面積を必要とされていますが、両面基板にして、スルーホールを多数設けることで表面積を削減出来ます。
 D-Pack は PowerMOS FETなど、SOT-223等は 1.5A出力の 定電圧IC等にも使われています。
 一番ポピュラーなのは、SOT-89 ではないでしょうか。これは 5V 500mA 程度の定電圧ICや小型PowerMOSトランジスタ、はては高周波用のMMICにも用いられています。中央のGND(orドレイン)端子から放熱出来るようにスルーホールをつけたりしますので、広めで、6角の形をしたパターンで工夫されています。 しかしながら、このパッケージを手半田する場合はちょっと大変です。というのは中央の端子は裏面に広くありますが、表面に出ているのはわずかで、半田ごてをあてて半田を流し込むのに少々テクニックが必要です。パッド面が半田メッキされていれば良いですが、銅そのままでは半田が乗りにくく、フラックス等で薄く予備半田して、かつ半田時にもフラックスで裏面までうまく流し込むように注意すべきです。
 失敗するとデバイスが半田の上に浮き上がってしまって、他の2本のリードを半田付け出来なくなったり、傾いたりします。これを直そうと半田こてをあてて修正しているうちにデバイスが熱で劣化してしまったりする危険もあります。
 NECの資料によりますとこの SOT-89では、端子温度 350℃以下でデバイスの1辺あたり3秒以内と規定されています。一辺あたりというのが謎ですが、3本の端子と、GNDタブそれぞれそのくらいスピーディーにやらないといけないことですね。赤外線リフローでも260℃以下60秒以内3回以内とけっこう厳しい(うまくリフロー出来れば1回で問題ないですが)ようです。
ソフト的には
 かつてリフロー半田が初めての頃、「パッド面積が広ければつかないことは無い」と思って気楽に設計していたのですが、半田の量が多くなると、デバイスが面積の大きい方の中央に引かれるんですね...D-PACKのFETがドレイン側に移動してゲート、ソースの足が離れてしまったり、回転してしまったりで散々でした。大は小を兼ねないのがこのパッド設計ではないでしょうか。


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