QFN-Verpackung:Arten, Aufbau und Vorteile

Beschäftigen Sie sich mit Mikrocomputern, Leiterplatten oder programmierbaren Modulen? Dann brauchen Sie eine IC-Komponente, die funktioniert. Und das QFN- oder Quad-Micro-Leadframe-Gehäuse sollte in Betracht gezogen werden. Was ist QFN? Es bedeutet Quad Flat No-Lead. Wir werden später in diesem Artikel auf Details eingehen. Warum sich also für eine QFN-Verpackung entscheiden? Abgesehen davon, dass es eines der beliebtesten Pakete ist, ist das QFN vielseitig. Außerdem zeichnet es sich durch Erschwinglichkeit und bemerkenswerte Leistung aus.

Dieser Artikel erklärt mehr über die Verpackung, Typen, Montagemethoden und mehr.

Fangen wir an.

Was sind QFN-Pakete?

QFN-Paket

Quelle:Wikimedia Commons

QFN ist ein Halbleitergehäuse, das den ASCIC mit einer Leiterplatte verbindet. Und dies geschieht durch die Verwendung von Oberflächenmontagetechnologie.

Darüber hinaus ist das QFN ein leiterrahmenbasiertes Gehäuse, das als Chip Scale Package (CSP) bezeichnet wird. Und das liegt daran, dass Sie Leads nach der Montage sehen und kontaktieren können.

Typischerweise bildet ein Kupfer-Leadframe die PCB-Verbindung und Chip-Montage der QFN-Gehäuse. Außerdem kann dieses Paket entweder eine einzelne oder mehrere Stiftreihen haben.

Die einreihige Struktur der Pakete entsteht jedoch durch einen Säge- oder Stanzvereinzelungsprozess. Und beide Verfahren teilen eine umfangreiche Sammlung von Paketen in einzelne Pakete auf.

Darüber hinaus wird das mehrreihige QFN einem Kupferätzprozess unterzogen, um die bevorzugte Anzahl von Stiften und Reihen zu erhalten. Dann wird eine Säge die Reihen und Stifte cingulieren.

Außerdem haben QFNs normalerweise ein geöffnetes Wärmeleitpad unter dem Gehäuse. Daher können Sie das Paket direkt auf die Leiterplatte löten, wenn Sie eine optimale Wärmeübertragung vom Die wünschen.

Arten von QFN-Paketen

Es gibt verschiedene Arten von QFN-Paketen. Hier sind einige davon:

Kunststoffgeformte QFNs

Kunststoffgeformte QFNs

Quelle:Wikimedia Commons

Interessanterweise ist dieses Paket ziemlich billig. Das aus Kunststoff geformte QFN hat keinen Deckel und besteht aus zwei Teilen:einem Kupferleiterrahmen und einer Kunststoffverbindung. Aber es ist auf Anwendungen beschränkt, die etwa 2–3 GHz haben.

Air-Cavity-QFN

Air-Cavity-QFN

Quelle:Pixabay

Dieses QFN verfügt über einen Lufthohlraum in seinem Gehäuse. Und es besteht aus drei Teilen:einem Kunststoff- oder Keramikdeckel, einem Kupferleiterrahmen und einem aus Kunststoff geformten Körper (ohne Siegel und geöffnet). Außerdem ist diese Art von QFN aufgrund seiner Konstruktion teuer. Aber Sie können es für Mikrowellenanwendungen im Bereich von 20 bis 25 GHz verwenden.

QFN mit benetzbaren Flanken

QFN mit benetzbaren Flanken

Quelle:Pixabay

Das QFN mit benetzbaren Flanken weist eine Erhebung auf, die die Lotbenetzung anzeigt. Daher ist es für einen Designer einfach, die Pads visuell zu überprüfen und sicherzustellen, dass sie auf der Leiterplatte montiert sind.

Punch-Typ-QFN

Punch-Typ-QFN

Quelle:Pixlr

Bei diesem QFN-Typ ist das Gehäuse in einem einzigen Formhohlraumformat geformt. Und ein Stanzwerkzeug trennt den Formhohlraum, daher der Name. Außerdem bedeutet dies, dass Sie mit dieser Methode nur eine einzelne Verpackung formen können.

QFN vom gesägten Typ

Modellstruktur eines gesägten QFN

Quelle:Researchgate

Dieses Paket beinhaltet die Verwendung von MAP (Mold Array Process) zum Formen. Das Verfahren beinhaltet das Schneiden eines massiven Satzes von Kisten in kleinere Teile. Anschließend können Sie den Vorgang abschließen, indem Sie die gesägten Pakete einzeln sortieren.

Flip-Chip-QFN

Flip-Chip-QFN

Quelle:Pixabay

Der Flip-Chip ist ein billiges geformtes Gehäuse. Und die Box verwendet Flip-Chip-Verbindungen auf einem Substrat (Kupfer-Leiterrahmen).

Dank seines kurzen elektrischen Wegs ist es das ideale Quad Flat No-Lead für elektrische Leistung.

Drahtbond-QFN

Drahtbond-QFN

Quelle:Researchgate

Dieses Gehäuse wird mit Leiterbahnen, Halbleitern oder integrierten Schaltungen direkt mit Drähten zu den Chipanschlüssen verbunden.

QFN-Versammlung

QFN-Verpackung

Quelle:Wikimedia Commons

Hier sind die grundlegenden Schritte für die Oberflächenmontage der QFN-Komponenten:

Schritt 1 – Lötpaste drucken

Zunächst müssen Sie die Bestückung mit Lotpastendruck beginnen. Und der Prozess umfasst das gleichmäßige Verteilen von Lötpaste auf Ihrer Platine, bevor Sie die Komponenten platzieren.

Schritt 2 – Platzierung der Komponenten

Sie können beginnen, Ihre QFN-IC-Komponenten basierend auf dem Layout Ihres PCB-Designs auf Ihrer Platine zu montieren. Außerdem ist es wichtig, in dieser Phase genaue und präzise Werkzeuge zu verwenden, da die Komponenten eine hohe Verbindungsdichte aufweisen.

Schritt 3 – Führen Sie eine Pre-Reflow-Inspektion durch

Dieser Schritt ist von entscheidender Bedeutung, da Sie bestätigen müssen, dass die Platine für den Eintritt in den Reflow-Ofen geeignet ist. Stellen Sie dabei sicher, dass Ihre Platine keine Verunreinigungen auf der Oberfläche aufweist, die den Lötprozess beeinträchtigen könnten.

Schritt 4 – Fahren Sie mit dem Reflow-Löten fort

Bitte legen Sie es zum Löten in den Reflow-Ofen, sobald Sie sich vergewissert haben, dass Ihr Board in gutem Zustand ist.

Schritt 5 – Überprüfen Sie Ihr Board nach dem Reflow-Löten

Der Grund für diesen Schritt ist die Bestätigung der Lotqualität.

Außerdem ist es wichtig zu beachten, dass Sie ein Schablonendesign und einen geeigneten PCB-Footprint für die bestückten Komponenten benötigen. Auf diese Weise arbeiten Sie basierend auf der Designabsicht.

Wie lötet man ein QFN-Gehäuse?

Wie bereits erwähnt, ist das Löten ein entscheidender Teil des QFN-Montageprozesses. Wenn also die Leiterplatte in den Reflow-Ofen kommt, erwärmen sich einige Leiterplattenteile schneller als andere. Und dies geschieht aufgrund der Temperatur im Reflow-Ofen.

Die Teile, die sich schnell aufheizen, sind die leichteren Teile der Platine. Aber die Bereiche mit großen Kupferflächen brauchen länger zum Aufheizen. Allerdings können Sie Thermoelemente für den gesamten Prozess verwenden.

Und dieses Gerät hilft Ihnen, die Oberflächentemperatur des QFN-Gehäuses zu überwachen. Darüber hinaus helfen Ihnen die Thermoelemente sicherzustellen, dass Ihre maximale Gehäusekörpertemperatur (Tp) typische Werte nicht übersteigt.

Vorteile von QFN-Paketen

• Das Paket hat keine Probleme mit der Lead-Koplanarität.
• Es hat eine kleine Stellfläche, die hilft, Platz auf PCBs zu sparen.
• QFN verwendet reguläre Oberflächenmontagegeräte und -abläufe für die Leiterplattenmontage.
• Das Gehäuse ist relativ dünn, d. h. das QFN hat eine Gehäusehöhe von weniger als 1 mm.
• Es hat eine bemerkenswerte thermische Leistung (wenn man bedenkt, dass es beim Löten einen hervorragenden Weg für die Wärmeübertragung vom Chip auf die Platine bietet).
• Die Komponenten auf der Platine können sich aufgrund der geringen Größe, Position und des Formfaktors der Kontaktpads in der Nähe der QFN-Komponenten befinden.
• QFN hat eine leichte Gehäuseleitungsinduktivität.
• Ausgezeichnete elektrische Leistung.
• Das Halbleiterpaket ist erschwinglich.

Probleme mit QFN

Das QFN ist ein fantastisches Paket, aber es hat Haken wie:

Herstellungsprobleme

Als PCB-Designer ist die Herstellbarkeit eines der wichtigsten Anliegen beim QFN. Es kann schwierig sein, eine reduzierte Fehlerrate beim Platzieren und Aufschmelzen der QFNs zu erreichen.

Zweifellos hatten die QFNs einen gewissen Erfolg, als sie in die Low-Mix-, High-Volume-Produkte einstiegen. Aber das Paket neigt dazu, potenzielle Probleme mit den High-Mix-Operationen mit geringem Volumen zu haben. Und diese Ausgabe betrifft zwei wichtige Bereiche:Platinen- und Schablonendesign.

Für Ihren Schablonendesignprozess müssen Sie also mit Ihrem Öffnungsdesign und der Schablonendicke genau sein. Wenn Sie beispielsweise zu viel Voiding oder Paste haben, wirkt sich dies auf Ihr Schablonendesign aus. Daher ist es am besten, sich an die Richtlinien des Herstellers zu halten. Und streben Sie eine Lotdicke von etwa 2 – 3 mil an.

Außerdem sollte Ihr Blendenverhältnis zum Pad etwa 0,8:1 betragen – mit vielen kleineren Blenden. Stellen Sie beim Platinendesign sicher, dass Ihr Bondpad-Design etwa 0,2 bis 0,3 mm von der Grundfläche des Gehäuses entfernt ist.

Lötprobleme

Aufgrund des engen Pad-zu-Pad-Rasters des Gehäuses besteht ein erhöhtes Risiko von Lötbrücken. Und das QFN hat keinen Vorsprung. Es kann also zu Herausforderungen kommen, wenn Sie das Gehäuse entlöten müssen.

Kompatibilität mit einigen OEM-Prozessen

Die QFN-Verpackung kann anfällig für Maßänderungen an der Platine oder dem Bauteil sein. Und das passiert normalerweise, weil das Paket kein Blei hat. Daher ist es weniger robust, wenn Sie dieses IC-Paket einigen umfangreichen Bereichen einiger OEM-Praktiken oder nominalem CM aussetzen.

Außerdem ist die Durchbiegung der Platine eine weitere Dimensionsänderung, die dieses Paket erfahren kann. Mit anderen Worten, wenn Sie das QFN (Flachgehäuse) Aktivitäten wie In-Circuit-Tests, Platinenbefestigung usw. aussetzen, werden die Komponenten einer hohen Belastung ausgesetzt. Und das passiert, weil das Gehäuse keine langen, flexiblen Kupferleitungen hat.

Was ist der Unterschied zwischen QFN und QFP?

Das QFP bedeutet (quad flat pack). Und der Unterschied zwischen beiden Arrays von Paketen beinhaltet:

QFN	QFP
Leads erstrecken sich auf den vier Seiten des Pakets.	Das Kabel erstreckt sich in L-Form oder Flügelform.
Durchschnittlicher Stand des Gehäuses während des PCB-Montageprozesses.	Die Bleiform hat eine hervorragende Basis für das Gehäuse während der Leiterplattenbestückung.
Keine Varianten	Einige der Varianten umfassen sehr dünnes QFP (VQFP), flaches QFP (LQFP), dünnes QFP (TQFP) usw.
Das Gehäuse hat nur acht Pins und ein Wärmeleitpad.	Verfügt über verschiedene Stifte von acht bis siebzig Stiften pro Seite.

Schlussworte

QFN-Verpackungen sind die richtige Wahl, wenn Sie eine leichte Option wünschen, die einfach zu handhaben ist. Außerdem ist dieses bleifreie IC-Gehäuse effektiv, um den Siliziumchip des ICs mit der Leiterplatte zu verbinden.

Darüber hinaus eignen sich die Gehäuse perfekt für Anwendungen, die eine gute Wärmeableitung benötigen. Und die Montage ist ein Spaziergang im Park. Alles, was Sie tun müssen, ist, sich an die Schritte zu halten, die wir in diesem Artikel hervorgehoben haben.

Was denkst du über das QFN-Paket? Brauchen Sie das Beste für Ihr nächstes Projekt? Bitte zögern Sie nicht, uns zu erreichen.