Urządzenia elektroniczne szybko się rozwijają, wymagają kompaktowych konstrukcji i wydajności. Wśród wielu wyborów, które mają znaczenie, Pakiety QFN są zawsze popularnym wyborem. Co sprawia, że tego typu opakowania są tak popularne? Czy powinieneś używać go również w swoich projektach? W tym przewodniku szczegółowo i przejrzyście omówiono tę kwestię.
Czym są pakiety QFN?
QFN oznacza Quad Flat No-leads. Do pakietów QFN dołączane są matryce silikonowe (ASIC-a) do płytki drukowanej (PCB). Jest realizowany za pomocą technologia montarzu powierzchniowego. Jak sama nazwa wskazuje, pakiet ten nie zawierał klasycznych przewodów, które były dostępne w przeszłości. Zamiast mieć zwykłe leady, Opakowania poczwórne płaskie bez ołowiu posiadają podkładki krawędziowe z otwartym otworem podkładka lutownicza pod . Struktura ta może poprawić wydajność elektryczną i cieplną, i dlatego pakiety QFN cieszą się dużą popularnością wśród użytkowników.
Pakiet QFN składa się zazwyczaj z następujących podstawowych komponentów:
Ołowiana rama: Ta część ma kluczowe znaczenie przy określaniu wydajności układu scalonego. Zasadniczo służy jako wsparcie dla pakietu.
Pojedyncze lub wielokrotne matryce: W rzeczywistości są to chipy krzemowe znajdujące się w opakowaniu i mocowane do płytki drukowanej przy użyciu techniki montażu powierzchniowego.
Wiązania drutowe: Najczęściej są one wykonane z miedzi lub złota. Przewody te tworzą niezbędne połączenia pomiędzy ramą prowadzącą a matrycami.
Mieszanka do formowania: Materiał ten otacza i chroni elementy wewnętrzne. Zapewnia izolację elektryczną, zapobiega korozji, oraz wzmacnia trwałość i niezawodność opakowania.
Rodzaje czteropłaskich opakowań bez ołowiu
- Wnęka powietrzna QFN: Ten typ charakteryzuje się plastikową lub ceramiczną pokrywką, miedziana rama ołowiana, oraz korpus uformowany z tworzywa sztucznego, który nie jest uszczelniony. Ten typ jest zwykle stosowany w systemach mikrofalowych, które działają pomiędzy 20 do 25 GHz, gdzie konieczna jest komora powietrzna
- Wielorzędowy pakiet QFN: Ten typ konstrukcji spełnia wymagania dużej liczby pinów poprzez zastosowanie wielu rzędów pinów, podobny do Technologia BGA ale często jest wykonany po niższej cenie.
- QFN ze zwilżalnymi bokami: Ten typ poczwórnego, płaskiego opakowania bez ołowiu ma odsłonięte metalowe boki lub końcówki po wszystkich czterech stronach korpusu opakowania. Wszystkie te boki są zaprojektowane tak, aby można je było zwilżyć lutem, lut będzie miał możliwość wchłaniania wilgoci i tworzenia mocnego połączenia lutowniczego pomiędzy obudową a płytką drukowaną.
- Pakiet Fc-QFN (Flip-Chip Quad Flat, bez ołowiu): Wykorzystuje połączenia typu flip-chip w miedzianej ramie ołowianej. Jest mniejszy niż zwykły pakiet QFP, a także poprawia parametry elektryczne ze względu na krótszą ścieżkę elektryczną.
- Złącze drutowe QFN: W opakowaniu drutowym QFN, matryca półprzewodnikowa jest zamontowana na ramie prowadzącej i, następnie, wiązania drutowe służą do łączenia końcówek opakowania z matrycą półprzewodnikową. To, oczywiście, sprawia, że opakowanie zajmuje mniej miejsca niż zwykłe Pakiety poczwórne (QFP) z odsłoniętymi przewodami.
Typ stempla QFN vs typ piły QFN
Opakowania QFN można również podzielić na dwa główne typy w zależności od procesu produkcyjnego:
Typ stempla QFN: Ten styl jest produkowany z jedną wnęką formy. Po procesie formowania za pomocą specjalnego narzędzia wybija się z uformowanej matrycy każde pojedyncze opakowanie. Ta metoda jest bardzo wydajna w przypadku produkcji masowej i zwykle zapewnia czystość, ostre cięcie.
Typ piłowany QFN: Z drugiej strony, QFN typu piłowanego są produkowane w procesie matrycowym. Polega to na wykonaniu dużego arkusza uformowanych opakowań, pociętego na pojedyncze jednostki za pomocą piły. Technologia ta jest bardzo wydajna w zarządzaniu dużymi wolumenami.
Zalety i ograniczenia pakietów QFN
Zalety:
- Kompaktowy i niski profil, dzięki czemu idealnie nadaje się do zastosowań o ograniczonej przestrzeni w urządzeniach takich jak smartfony, urządzenia do noszenia, i urządzenia IoT.
- Lepsze odprowadzanie ciepła dzięki odsłoniętej matrycy, która umożliwia efektywniejsze przenoszenie ciepła na płytkę drukowaną.
- Wyższa sprawność cieplna przekłada się na lepszą wydajność i niezawodność.
- Dobre do zastosowań, gdy rozmiar, waga, i zużycie energii są bardzo krytycznymi czynnikami.
Ograniczenia:
- Brak zewnętrznych przewodów nie ułatwia kontroli wizualnej i poprawek połączeń lutowanych, które ukryte są pod korpusem opakowania.
- Dla małego rozstawu pinów i większej liczby wejść/wyjść, istnieje większe ryzyko mostkowanie lutownicze, a procesy muszą być bardzo dobrze kontrolowane, aby ich uniknąć.
- Niezbyt idealny do niektórych celów związanych z wysoką niezawodnością.
QFP vs. QFN: Jaka jest różnica? Jak wybierać między nimi?
QFP i QFN to dwa najpopularniejsze pakiety układów scalonych. Chociaż ich nazwy różnią się tylko jedną literą, pakiet QFP zawiera przewody w kształcie skrzydełek mewy wystające z korpusu opakowania. Jest to bardzo pomocne podczas sprawdzania lub przeróbek, i w tym samym czasie, jest dość kompaktowy.
QFN będą miały lepsze rozpraszanie ciepła, ponieważ matryca jest odsłonięta, a tego typu konstrukcja umożliwia przenoszenie większej ilości ciepła na płytkę drukowaną. jednak, QFN są trudne do wizualnej kontroli i przeróbek ze względu na fakt, że złącza lutowane zostaną zakopane pod opakowaniem.
Weź pod uwagę miejsce na płycie na komponent, potrzeba wydajności cieplnej, i możliwości procesu produkcyjnego. Jeśli potrzebna jest przestrzeń i wydajność cieplna, wtedy QFN mogą być wyborem, ale jeśli potrzebna jest łatwość inspekcji i łatwość przeróbek, wówczas QFP mogą być lepszą alternatywą.
Dalsza lektura: Typy pakietów IC: Jak wybrać odpowiedni?
Zastosowania pakietów QFN
Pakiety QFN są szczególnie popularne w sektorach, w których oszczędność miejsca i najwyższa wydajność mają ogromne znaczenie. QFN są używane w następujących sektorach:
- Elektroniki użytkowej: Poczwórna płaska obudowa bez przewodów jest powszechnie stosowana w smartfonach i tabletach, których ogólnym celem jest zajmowanie niewielkiej powierzchni i doskonałe zarządzanie ciepłem.
- Systemy motoryzacyjne: Wysoka wydajność pakietów QFN sprawia, że jest to urządzenie stosowane w istotnych modułach takich jak sterowniki silnika.
- Aparatura komunikacyjna: QFN znajdują zastosowanie w szybkich urządzeniach sieciowych, gdzie istotne jest szybkie przetwarzanie sygnału.
