Elektronische apparaten ontwikkelen zich razendsnel en vereisen compacte ontwerpen en efficiëntie. Van de vele belangrijke keuzes zijn QFN-behuizingen een altijd populaire keuze. Wat maakt dit type behuizing zo populair? Zou u deze ook in uw projecten moeten gebruiken? Deze gids biedt een helder en uitgebreid overzicht.
Wat zijn QFN-pakketten?
QFN staat voor Quad Flat No-leads. QFN-behuizingen bevestigen siliciumchips (de ASIC) aan een printplaat (PCB). De implementatie gebeurt met behulp van Surface-Mount technologieZoals de naam al doet vermoeden, bevatte dit pakket niet de klassieke aansluitingen die er vroeger waren. In plaats van de gebruikelijke aansluitingen hebben de Quad flat no-lead pakketten randpads met een open soldeer pad onder. Deze structuur kan de elektrische en thermische prestaties verbeteren, en daarom zijn QFN-behuizingen erg populair onder gebruikers.
Een QFN-pakket bestaat doorgaans uit de volgende basiscomponenten:
Lead Frame: Dit onderdeel is cruciaal voor de prestaties van de IC. Het dient in principe als ondersteuning voor het pakket.
Enkele of meerdere chips: Dit zijn feitelijk de siliciumchips in de behuizing die met behulp van de oppervlaktemontagetechniek op de printplaat worden gemonteerd.
Wire Bonds: Deze zijn meestal gemaakt van koper of goud. Deze draden vormen de noodzakelijke verbindingen tussen het leadframe en de dies.
Vormmassa: Dit materiaal omhult en beschermt de interne componenten. Het biedt elektrische isolatie, voorkomt corrosie en versterkt de duurzaamheid en betrouwbaarheid van de behuizing.
Soorten Quad Flat No-Lead-pakketten
- QFN met luchtholte: Dit type wordt gekenmerkt door een plastic of keramisch deksel, een koperen frame en een behuizing van gegoten plastic die niet is afgedicht. Dit type wordt meestal gebruikt in microgolfsystemen die werken tussen 20 en 25 GHz, waar een luchtholte noodzakelijk is.
- Multi-rij QFN-pakket: dit type ontwerp voldoet aan de vereisten van een groot aantal pinnen door gebruik te maken van meerdere rijen pinnen, vergelijkbaar met BGA-technologie maar vaak is de prijs lager.
- QFN met bevochtigbare flanken: Dit type vierkante, platte, loodvrije behuizing heeft blootliggende metalen flanken of aansluitingen aan alle vier de zijden van de behuizing. Al deze flanken zijn zo ontworpen dat ze bevochtigbaar zijn door soldeer. Op deze manier kan het soldeer opzwellen en een sterke soldeerverbinding vormen tussen de behuizing en de printplaat.
- Fc-QFN-behuizing (Flip-Chip Quad Flat No Lead): Deze behuizing maakt gebruik van flip-chipverbindingen in een koperen kabelframe. Bovendien is deze kleiner dan een standaard QFP-behuizing en levert hij betere elektrische prestaties doordat het elektrische pad korter is.
- Wire bond QFN: In een wire bond QFN-behuizing wordt de halfgeleiderchip op een leadframe gemonteerd en worden vervolgens wire bond-verbindingen gebruikt om de behuizingsklemmen met de halfgeleiderchip te verbinden. Dit resulteert uiteraard in een kleinere behuizing dan bij een standaardbehuizing. Quad Flat-pakketten (QFP's) met blootliggende draden.
Punch Type QFN versus Sawn Type QFN
QFN-pakketten kunnen ook worden onderverdeeld in twee hoofdtypen, afhankelijk van het productieproces:
Punch type QFN: Deze stijl wordt geproduceerd met één matrijsholte. Na het spuitgieten wordt een speciaal gereedschap gebruikt om elke individuele verpakking uit de gegoten matrijs te stansen. Deze methode is zeer productief voor massaproductie en resulteert meestal in een schone, scherpe snede.
Gezaagde QFN's: Gezaagde QFN's worden daarentegen geproduceerd via het mallenmatrixproces. Dit omvat het maken van een grote plaat met gegoten verpakkingen die met een zaag in afzonderlijke eenheden worden gesneden. Deze technologie is zeer efficiënt in het verwerken van grote volumes.
Voordelen en beperkingen van QFN-pakketten
voordelen:
- Compact en laag profiel, waardoor het ideaal is voor toepassingen met beperkte ruimte in apparaten zoals smartphones, wearables en IoT-apparaten.
- Betere warmteafvoer dankzij de blootliggende matrijsplaat, waardoor warmte efficiënter naar de printplaat wordt overgebracht.
- Een hogere thermische efficiëntie resulteert in betere prestaties en betrouwbaarheid.
- Geschikt voor toepassingen waarbij grootte, gewicht en stroomverbruik zeer belangrijke factoren zijn.
Beperkingen:
- Doordat er geen externe aansluitingen zijn, is visuele inspectie of het opnieuw aanbrengen van soldeerpunten lastig. Deze zitten namelijk verborgen onder de behuizing.
- Bij een kleine pin-pitch en een hoger aantal I/O is er een groter risico op soldeer overbruggingen om dit te voorkomen, moeten de processen heel goed gecontroleerd worden.
- Niet echt ideaal voor bepaalde doeleinden waarbij een hoge betrouwbaarheid vereist is.
QFP versus QFN: wat is het verschil? Hoe kies je tussen beide?
QFP en QFN zijn de twee meest voorkomende behuizingen voor geïntegreerde schakelingen. Hoewel hun namen slechts één letter verschillen, heeft de QFP-behuizing vleugelvormige aansluitingen die uit de behuizing steken. Dit is erg handig bij inspectie of revisie, en tegelijkertijd is hij vrij compact.
QFN's hebben een betere warmteafvoer omdat de die-pad blootligt, en dit type ontwerp zorgt voor een betere warmteoverdracht naar de PCB. QFN's zijn echter moeilijk visueel te inspecteren en te repareren omdat de soldeerpunten onder de behuizing verborgen zitten.
Houd rekening met de ruimte op de printplaat voor het component, de noodzaak van thermische prestaties en de mogelijkheden van het productieproces. Als ruimte en thermische prestaties belangrijk zijn, zijn QFN's wellicht de beste keuze. Maar als eenvoudige inspectie en eenvoudige herbewerking vereist zijn, kunnen QFP's een beter alternatief zijn.
Verder lezen: IC-pakkettypen: hoe kiest u de juiste?
Toepassingen van QFN-pakketten
QFN-pakketten zijn vooral populair in sectoren waar ruimtebesparing en topprestaties van groot belang zijn. QFN's worden gebruikt in de volgende sectoren:
- Consumentenelektronica: De platte, loodvrije behuizing wordt vaak gebruikt in smartphones en tablet-pc's. De behuizing neemt weinig ruimte in beslag en heeft een uitstekende warmteafvoer.
- Automobielsystemen: Dankzij de hoge prestaties van QFN-pakketten worden deze gebruikt in essentiële modules zoals motorregeleenheden.
- Communicatieapparatuur: QFN's worden toegepast in snelle netwerkapparaten waarbij snelle signaalverwerking essentieel is.
