I dispositivi elettronici stanno avanzando rapidamente e richiedono design compatti ed efficienti. Tra le tante scelte importanti, i package QFN sono sempre più diffusi. Cosa rende questo tipo di package così popolare? Dovresti utilizzarlo anche nei tuoi progetti? Questa guida lo analizza in modo chiaro e completo.
Cosa sono i pacchetti QFN?
QFN sta per Quad Flat No-leads. I package QFN collegano i chip di silicio (ASIC) a un circuito stampato (PCB). È implementato utilizzando Tecnologia a montaggio superficialeCome suggerisce il nome, questo pacchetto non includeva i cavi classici che erano presenti in passato. Invece di avere i cavi tradizionali, i pacchetti Quad Flat senza cavi presentano piazzole di contatto con un'apertura piazzola di saldatura sotto. Questa struttura può migliorare le prestazioni elettriche e termiche, ed è per questo che i pacchetti QFN sono molto popolari tra gli utenti.
Un pacchetto QFN è generalmente costituito dai seguenti componenti di base:
Telaio di supporto: questa parte è fondamentale per determinare le prestazioni del circuito integrato. Fondamentalmente, funge da supporto per il package.
Die singoli o multipli: si tratta in realtà di chip di silicio all'interno del package, montati sul circuito stampato mediante la tecnica del montaggio superficiale.
Wire Bond: solitamente realizzati in rame o oro, questi fili formano le connessioni necessarie tra il telaio conduttore e le matrici.
Composto per stampaggio: questo materiale circonda e protegge i componenti interni. Fornisce isolamento elettrico, previene la corrosione e aumenta la durata e l'affidabilità del package.
Tipi di pacchetti Quad Flat No-Lead
- QFN a cavità d'aria: questo tipo è caratterizzato da un coperchio in plastica o ceramica, un telaio in rame e un corpo stampato in plastica non sigillato. Questo tipo è solitamente utilizzato nei sistemi a microonde che operano tra 20 e 25 GHz, dove è necessaria una cavità d'aria.
- Pacchetto QFN multi-riga: questo tipo di progettazione soddisfa i requisiti di un numero elevato di pin utilizzando più file di pin, simili a Tecnologia BGA ma spesso viene prodotto a un prezzo inferiore.
- QFN con fianchi bagnabili: questo tipo di package quad-flat senza piombo presenta fianchi o terminali metallici esposti su tutti e quattro i lati del corpo del package. Tutti questi fianchi sono progettati per essere bagnabili dalla saldatura e, in questo modo, la saldatura avrà la possibilità di assorbire e creare una solida connessione tra il package e il PCB.
- Package FC-QFN (Flip-Chip Quad Flat No Lead): utilizza connessioni flip-chip in un telaio conduttore in rame. È più piccolo di un package QFP standard e migliora anche le prestazioni elettriche grazie al percorso elettrico più breve.
- QFN con wire bond: in un package QFN con wire bond, il die semiconduttore viene montato su un leadframe e, successivamente, i wire bond vengono utilizzati per collegare i terminali del package al die semiconduttore. Questo, ovviamente, riduce l'ingombro del package rispetto ai package tradizionali. Pacchetti Quad Flat (QFP) con cavi esposti.
Tipo di punzone QFN vs tipo segato QFN
I pacchetti QFN possono anche essere suddivisi in due tipologie principali a seconda del processo di fabbricazione:
Punzone tipo QFN: questo tipo di punzone viene prodotto con una sola cavità. Dopo il processo di stampaggio, viene utilizzato un utensile speciale per estrarre ogni singolo pacchetto dalla matrice stampata. Questo metodo è molto produttivo per la produzione in serie e di solito si traduce in un taglio netto e netto.
QFN di tipo segato: i QFN di tipo segato vengono invece prodotti tramite il processo "Mold Array". Questo processo prevede la produzione di un grande foglio di package stampati, che vengono poi tagliati in singole unità utilizzando una sega. Questa tecnologia è molto efficiente nella gestione di grandi volumi.
Vantaggi e limiti dei pacchetti QFN
vantaggi:
- Compatto e dal profilo basso, è ideale per applicazioni con spazio limitato in dispositivi quali smartphone, dispositivi indossabili e dispositivi IoT.
- Migliore dissipazione termica grazie al die pad esposto, che consente di trasferire il calore al PCB in modo più efficiente.
- Una maggiore efficienza termica si traduce in migliori prestazioni e affidabilità.
- Ideale per applicazioni in cui dimensioni, peso e consumo energetico sono fattori molto critici.
limitazioni:
- L'assenza di cavi esterni non facilita l'ispezione visiva o la rilavorazione delle giunzioni di saldatura, che sono nascoste sotto il corpo del package.
- Per un passo dei pin ridotto e un numero maggiore di I/O, esiste un rischio maggiore di ponte di saldaturae per evitarli è necessario che i processi siano molto ben controllati.
- Non è la soluzione ideale per scopi che richiedono elevata affidabilità.
QFP vs. QFN: qual è la differenza? Come scegliere?
QFP e QFN sono i due package di circuiti integrati più comuni. Sebbene i loro nomi differiscano solo per una lettera, il package QFP presenta terminali ad ala di gabbiano che sporgono dal corpo del package. Questo è molto utile durante l'ispezione o la rilavorazione e, allo stesso tempo, è piuttosto compatto.
I QFN offrono una migliore dissipazione termica perché il die pad è esposto e questo tipo di design consente di trasferire più calore al PCB. Tuttavia, i QFN sono difficili da ispezionare visivamente e rilavorare a causa del fatto che i giunti di saldatura saranno nascosti sotto il package.
Considerate lo spazio sulla scheda per il componente, la necessità di prestazioni termiche e le capacità del processo produttivo. Se le esigenze sono lo spazio e le prestazioni termiche, i QFN potrebbero essere la scelta giusta, ma se è necessaria facilità di ispezione e rilavorazione, i QFP possono essere l'alternativa migliore.
Ulteriori letture: Tipi di package IC: come scegliere quello giusto?
Applicazioni dei pacchetti QFN
I package QFN sono particolarmente apprezzati nei settori in cui il risparmio di spazio e le massime prestazioni sono di fondamentale importanza. I QFN sono utilizzati nei seguenti settori:
- Elettronica di consumo: il package quad-flat senza piombo è comunemente utilizzato negli smartphone e nei tablet PC, con lo scopo generale di occupare poco spazio e gestire in modo eccellente il calore.
- Sistemi automobilistici: le elevate prestazioni dei pacchetti QFN ne fanno un dispositivo utilizzato in moduli vitali come le unità di controllo del motore.
- Apparecchiature di comunicazione: le QFN trovano applicazione nei dispositivi di rete ad alta velocità in cui è essenziale un'elaborazione rapida del segnale.
