QFN Verpakking: Typen, Montage en Belangrijkste Voordelen voor High-Performance Electronica

Heeft u te maken met microcomputers, PCB's of programmeerbare modules? Dan hebt u een IC-component nodig die werkt. En de QFN of quad micro lead frame verpakking is er een om te overwegen. Wat is QFN? Het betekent quad flat no-lead. We zullen later in dit artikel op de details ingaan. Dus, waarom kiezen voor QFN-verpakking? Naast het feit dat het een van de meest populaire verpakkingen is, is de QFN veelzijdig. Ook valt het op door betaalbaarheid en opmerkelijke prestaties.

Dit artikel legt meer uit over de verpakking, typen, montagemethoden en meer.

Laten we beginnen.

Wat zijn QFN-pakketten?

QFN-pakket

Bron: Wikimedia Commons

QFN is een halfgeleiderpakket dat de ASCIC verbindt met een PCB. En het doet dit door gebruik te maken van surface-mount technologie.

Verder is de QFN een lead-frame-gebaseerd pakket genaamd Chip Scale Package (CSP). En het is omdat het u toestaat om leads na montage te zien en te contacteren.

Typisch maakt een koperen lead-frame de QFN-pakketten's PCB-interconnectie en die-montage. Plus, dit pakket kan een enkele of meerdere rijen pennen hebben.

Dat gezegd hebbende, vormt de pakketten's enkele rijstructuur door een zaag-singulatie of punching-singulatieproces. En beide procedures splitsen een grote verzameling pakketten in afzonderlijke pakketten.

Verder ondergaat de multi-rij QFN een koperetsproces om het gewenste aantal pennen en rijen te krijgen. Dan zal een zaag de rijen en pennen singuleren.

Ook hebben QFNs meestal een open thermisch pad onder het pakket. Daarom kunt u het pakket direct aan de PCB solderen als u optimale warmteoverdracht van de die wilt.

Typen QFN-pakketten

Er zijn verschillende typen QFN-pakketten. Hier zijn er een paar:

Plastic-Gemolde QFNs

Plastic-Gemolde QFNs

Bron: Wikimedia Commons

Interessant is dat dit pakket vrij goedkoop is. De plastic-gemolde QFN heeft geen deksel en heeft twee delen: een koperen lead-frame en een plastic compound. Maar het is beperkt tot toepassingen die ongeveer 2 – 3 GHz hebben.

Luchtcaviteit QFN

Luchtcaviteit QFN

Bron: Pixabay

Deze QFN heeft een luchtcaviteit in zijn pakket. En het bestaat uit drie delen: een plastic of keramiek deksel, koperen lead-frame, en plastic-gemold lichaam (zonder verzegeling en geopend). Ook is dit type QFN duurder vanwege de constructie. Maar u kunt het gebruiken voor microgolftoepassingen variërend van 20 tot 25 GHz.

QFN met Benetbare Flanken

QFN met benetbare flanken

Bron: Pixabay

De QFN met benetbare flanken heeft een elevatie die soldeernetting aangeeft. Daarom is het voor een ontwerper gemakkelijk om visueel te controleren en te verzekeren dat de pads op de PCB gemonteerd zijn.

Punch-Type QFN

Punch-Type QFN

Bron: Pixlr

Deze type QFN heeft zijn pakket gemold in een enkel molkavelforma. En een punching-tool scheidt de molkavel, vandaar de naam. Ook betekent dit dat u alleen een enkel pakket gemold kunt krijgen met deze methode.

Zaag-Type QFN

Modelstructuur van Zaag-Type QFN

Bron: Researchgate

Dit pakket betreft het gebruik van MAP (mold array proces) voor molding. De procedure omvat het snijden van een grote set dozen in kleinere delen. Vervolgens kunt u het proces afronden door de zaag-type pakketten afzonderlijk te sorteren.

Flip Chip QFN

Flip Chip QFN

Bron: Pixabay

De flip-chip is een goedkoop gemold pakket. En de doos gebruikt flip-chip interconnecties op een substraat (koperen lead-frame).

Dankzij zijn korte elektrisch pad, is het de ideale Quad Flat No-Lead voor elektrische prestaties.

Wire Bond QFN

Wire Bond QFN

Bron: Researchgate

Dit pakket verbindt met PCB-sporen, halfgeleiders of geïntegreerde schakelingen direct met draden naar de chip-terminals.

QFN Montage

QFN Verpakking

Bron: Wikimedia Commons

Hier zijn de basale stappen voor surface-mount montage van de QFN-componenten:

Stap 1 – Doen Solder-pasta Printen

Allereerst moet u de montage beginnen met solder-pasta printen. En het proces omvat het uniform spreiden van solder-pasta op uw bord voordat u de componenten plaatst.

Stap 2 – Plaatsing van Componenten

U kunt beginnen met het monteren van uw QFN IC-componenten op uw bord gebaseerd op de layout van uw PCB-ontwerp. Ook is het vitaal om nauwkeurige en precise tools in deze fase te gebruiken omdat de componenten een hoge interconnectiedichtheid hebben.

Stap 3 – Voer een Pre-Reflow Inspectie Uit

Deze stap is vitaal omdat u moet bevestigen dat het bord geschikt is om de reflow-oven te betreden. Terwijl u er bent, zorg ervoor dat uw bord geen verontreinigingen op zijn oppervlak heeft die het solderproces kunnen veranderen.

Stap 4 – Ga door met de Reflow Soldering

Plaats het in de reflow-oven voor solderen zodra u bevestigt dat uw bord in goede staat is.

Stap 5 – Inspecteer Uw Bord Na de Reflow Soldering

De reden voor deze stap is om de soldeerkwaliteit te bevestigen.

Ook is het vitaal om te noteren dat u een stencil-ontwerp en een geschikte PCB-voetafdruk nodig heeft voor de gemonteerde componenten. Op die manier zult u werken gebaseerd op de ontwerpintentie.

Hoe u een QFN-pakket soldeert?

Zoals eerder vermeld, is solderen een cruciaal deel van het QFN-montageproces. Dus, wanneer de PCB de reflow-oven binnenkomt, verwarmen sommige borddelen sneller dan andere. En dit gebeurt vanwege de temperatuur in de reflow-oven.

De delen die snel opwarmen zijn de lichtere delen van het bord. Maar de gebieden met grote koperen oppervlakken nemen langer om op te warmen. Dat gezegd hebbende, kunt u thermocouples voor het hele proces gebruiken.

En dit apparaat helpt u de QFN-pakketoppervlaktetemperatuur te monitoren. Bovendien helpen de thermocouples u ervoor te zorgen dat uw piekpakketlichaamstemperatuur (Tp) de typische waarden niet overschrijdt.

Voordelen van QFN-pakketten

• Het pakket heeft geen lead co-planariteitsproblemen.
• Het heeft een kleine voetafdruk wat helpt ruimte op PCB's te besparen.
• QFN gebruikt gewone surface-mount apparatuur en stromen voor PCB-montage.
• Het pakket is relatief dun, d.w.z., de QFN heeft minder dan 1mm pakkethoogte.
• Het heeft opmerkelijke thermische prestaties (overwegend dat het een uitstekende route biedt voor warmteoverdracht van de die naar het bord bij solderen).
• De componenten op het bord kunnen dicht bij de QFN's componenten komen vanwege de kleine grootte, locatie en vormfactor van de contactpads.
• QFN heeft een lichte pakket-lead-inductie.
• Uitstekende elektrische prestaties.
• Het halfgeleiderpakket is betaalbaar.

Problemen met QFN

De QFN is een fantastisch pakket, maar het komt met snags zoals:

Fabricageproblemen

Als PCB-ontwerper is een van de grote zorgen met de QFN fabricagebaarheid. Het kan uitdagend zijn om een verminderd defectcijfer te hebben bij het plaatsen en reflowen van QFNs.

Geen twijfel, de QFNs hadden enig succes toen ze de low-mix, high-volume producten binnenkwamen. Maar het pakket neigt ertoe om potentiële problemen te hebben met high-mix, low-volume operaties. En dit probleem snijdt door twee belangrijke gebieden: bord- en stencil-ontwerp.

Dus, voor uw stencil-ontwerpproces, moet u nauwkeurig zijn met uw openingontwerp en stencil-dikte. Bijvoorbeeld, als u te veel voiding of pasta heeft, zal het uw stencil-ontwerp beïnvloeden. Daarom is de beste aanpak om u te houden aan de fabrikantseisen. En streef naar een solderdikte van ongeveer 2 – 3 mils.

Ook moet uw openingverhouding tot pad ongeveer 0,8:1 zijn—met veel kleinere openingen. Wat het bordontwerp betreft, zorg ervoor dat uw bond-pad-ontwerp ongeveer 0,2 tot 0,3mm van de pakketvoetafdruk afstaat.

Solderproblemen

Vanwege de smalle pad-tot-pad-pitch van het pakket, is er een verhoogd risico op solder-brugvorming. En de QFN heeft geen lead. Dus, u kunt uitdagingen hebben als u het pakket moet desolderen.

Compatibiliteit met Sommige OEM-processen

De QFN-verpakking kan gevoelig zijn voor dimensionale veranderingen aan het bord of het deel. En dit gebeurt meestal omdat het pakket geen lead heeft. Daarom is het minder robuust wanneer u deze IC-verpakking blootstelt aan enkele uitgebreide bereiken van sommige OEM-praktijken of nominale CM.

Ook bordflexibiliteit is een andere dimensionale verandering die dit pakket kan ervaren. Met andere woorden, als u de QFN (vlak pakket) onderwerpt aan activiteiten zoals in-circuit testen, bordbevestiging, etc., zullen de componenten onder hoge spanning staan. En dit gebeurt omdat het pakket geen lange, flexibele koperen leads heeft.

Wat is het Verschil Tussen QFN en QFP?

De QFP betekent (quad flat pack). En het verschil tussen beide pakketarrays omvatten:

Laatste Woorden

QFN-verpakking is de weg om te gaan als u een lichtgewichtoptie wilt die gemakkelijk te hanteren is. Ook is deze leadloze IC-pakket effectief voor het verbinden van de IC's silicium-die met de printplaat.

Daarnaast zijn de pakketten perfect voor toepassingen die goede warmteafvoering nodig hebben. En de montage is een makkie. Alles wat u hoeft te doen is u te houden aan de stappen die we in dit artikel hebben benadrukt.

Wat denkt u over het QFN-pakket? Heeft u de beste nodig voor uw volgende project? Neem gerust contact met ons op.