Explorer les fonctionnalités, la conception et les applications du package QFN

Dans l'électronique moderne, la technologie d'emballage joue un grand rôle dans la détermination des performances, de la taille et de la fiabilité des appareils.Parmi la plage diversifiée de packages de montage en surface, le package QFN (quad plat à No-Leads) représente ses propriétés électriques et thermiques exceptionnelles.Compact et léger, il est bien adapté pour des applications à haute densité nécessitant des performances supérieures.Cet article se penche sur l'importance du package QFN, de ses fonctionnalités et de quelques considérations pour la conception, l'inspection et la réparation.

Catalogue

Aperçu des packages QFN

Le package QFN est une technologie de montage en surface avec un contour carré ou rectangulaire.Contrairement au package LCC (Carrier de puce sans plomb), qui utilise des broches d'extension courbées, le package QFN n'a pas de leads externes, réduisant sa taille et sa hauteur.Élaboré selon les directives de la Japan Electronic Machinery Industry Association, il utilise des contacts d'électrode sur ses quatre côtés pour la connexion, ce qui entraîne une zone de montage plus petite par rapport à QFP (Package Quad Flat).

Alors que l'absence de leads améliore la compacité, elle présente des défis dans le soulagement des contraintes aux contacts d'électrode.Par conséquent, le nombre de contacts varie de 14 à 100, moins que les broches QFP.Disponibles en variantes en céramique et en plastique, les QFN en céramique (souvent marqués en LCC) ont une distance de centre de contact de 1,27 mm.En revanche, les QFN en plastique offrent plus de flexibilité avec des distances centrales de 0,5 mm, 0,65 mm ou 1,27 mm.Connu sous le nom de P-LCC ou PCLC, la variante Plastic QFN offre une solution rentable à l'aide de substrats époxy en verre.

Caractéristiques du package QFN

Le package QFN (quad plate sans plage) est une conception compacte et sans plomb avec une forme carrée ou rectangulaire.Il dispose d'un coussin métallique exposé au centre du dessous pour une gestion thermique efficace.Les coussinets conducteurs le long de la périphérie de l'emballage fournissent des connexions électriques.Contrairement aux forfaits SOIC et TSOP traditionnels avec des fils de mouette, la conception de QFN minimise la distance entre les broches internes et les coussinets externes, réduisant l'auto-inductance et la résistance au câblage.Il en résulte des performances électriques supérieures.

De plus, le coussin thermique exposé améliore la dissipation thermique en servant de canal thermique direct.En règle générale, ce coussin est soudé directement sur le PCB, et les vias thermiques dans le PCB permettent à la chaleur de se dissiper dans le plan de sol en cuivre, gérant efficacement l'énergie thermique excessive.

La combinaison du package QFN de petite taille, de structure légère et de capacités haute performance le rend idéal pour les applications priorisent l'espace, le poids et l'efficacité.Par exemple, lors de la comparaison d'un QFN à 32 broches à un PLCC de 28 broches traditionnel, le QFN réduit la zone de 84%, de l'épaisseur de 80% et du poids de 95%.Cela le rend adapté aux PCB à haute densité utilisés dans les téléphones mobiles, les caméras numériques, les PDA et autres appareils portables.

Tampon thermique et via la conception

Les performances thermiques du package QFN sont largement attribuées à son coussin de dissipation de chaleur.Pour réaliser un transfert thermique efficace de la puce vers le PCB, un coussin de disposication de chaleur assorti et des vias thermiques conçus de manière appropriée sont importants.Le coussin doit fournir une surface de soudage fiable, tandis que les VIA offrent des voies de dissipation thermique.

Certaines considérations de conception incluent les éléments suivants:

• Taille thermique: La taille du coussin thermique doit correspondre au coussin exposé du composant, en évitant les interférences avec les coussinets environnants.
• Via l'espacement et les dimensions: Les vias de dissipation de chaleur sont généralement espacées de 1,0 mm à 1,2 mm de distance, avec des diamètres allant de 0,3 mm à 0,33 mm.
• Stratégies de masque de soudure: Différentes méthodes, telles que les masques de soudure en haut ou en bas, des revêtements photosensibles liquides ou des trous à travers, peuvent être utilisés pour optimiser les performances.Chaque méthode présente des avantages et des compromis, tels que la formation de bulles d'air ou une soudure réduite sur le pad.

Le profil de température de reflux influence la qualité de la soudure.L'augmentation de la température de reflux maximale peut réduire la formation de vide, tout en maintenant le volume de la soudure à la face inférieure du PCB.

Directives de conception de pad et de pochoirs

Conception de tampons périphériques

Les coussinets périphériques pour les packages QFN devraient utiliser une approche définie par masque défini (NSMD).L'ouverture du masque de soudure doit être de 120 à 150 μm de plus que le pad, garantissant une tolérance de fabrication de 50 à 65 μm.Pour les pas de plomb de moins de 0,5 mm, le masque de soudure entre les pistes peut être omis.

Conception du pochoir thermique

Pour minimiser les vides des soudures, divisez les ouvertures du pochoir pour le coussin thermique en sections plus petites plutôt que d'utiliser une seule grande ouverture.La couverture de la pâte de soudure devrait varier de 50% à 80%, avec une épaisseur de 50 μm d'aide à la fiabilité au niveau du tableau.

Épaisseur et ouvertures du pochoir

Pour les coussinets environnants, l'épaisseur du pochoir et la taille de l'ouverture affectent directement la qualité de la soudure.

Par exemple:

• Un pochoir de 0,12 mm est recommandé pour un pas de 0,5 mm.
• Un pochoir de 0,15 mm est idéal pour un pas de 0,65 mm.L'ouverture doit être légèrement plus petite que le coussin pour éviter le pontage pendant le soudage de reflux.

Inspection et reprise des joints de soudure QFN

Inspection conjointe de la soudure

Techniques de repensage

Les packages QFN remaniés sont similaires à la reprise de BGA, mais plus difficile en raison de la taille plus petite et de la densité plus élevée.Trois méthodes courantes pour l'application de la pâte de soudure lors de la reprise sont:

• Écran d'impression de pâte de soudure sur le PCB.

• Disppensation de la pâte de soudure sur des coussinets de PCB.

• Application de la pâte de soudure directement sur les coussinets de composants.

Chaque méthode nécessite une précision et des opérateurs qualifiés.La sélection de l'équipement est cruciale pour éviter les composants endommagés lors de la reprise.Le package QFN gagne en popularité généralisée en raison de ses excellentes propriétés électriques et thermiques, de la taille compacte et de sa conception légère.Des variantes telles que le package MLF (Micro Lead Frame) améliorent encore ses applications.Contrairement aux CSP (packages de taille de puce), QFN s'appuie sur la pâte de soudure et la soudure de reflux pour établir des connexions électriques et mécaniques avec le PCB, ce qui en fait un choix intégral pour les appareils électroniques modernes.

Conclusion

Le package QFN représente une solution de pointe pour les conceptions électroniques compactes et hautes performances.Ses caractéristiques uniques, y compris d'excellentes propriétés thermiques et électriques, la rendent indispensable dans des applications portables et à haute densité.Cependant, la mise en œuvre des packages QFN nécessite une attention méticuleuse aux principes de conception, à l'optimisation des processus et aux méthodologies de retravail.Au fur et à mesure que les normes de l'industrie évoluent, la recherche et le raffinement en cours dans la conception, l'inspection et la réparation du QFN débloqueront davantage son potentiel à travers diverses applications.

Questions fréquemment posées [FAQ]

1. Comment souder un package QFN?

Utilisez un pistolet à air chaud réglé à 230 ° C.Gardez le temps de soudure en moins de 1 minute.Plusieurs tentatives sont possibles.Chauffer progressivement la zone, se déplaçant de loin vers la puce, tenant le pistolet à air verticalement.Appliquer la pâte de soudure entre la puce et le PCB au préalable.Expérimentez pour déterminer la bonne quantité.

Une fois que la pâte de soudure fond, secouez doucement la puce avec des pincettes pour vous assurer que toutes les broches sont correctement attachées à leurs coussinets.Si la puce ne revient pas à sa position d'origine après un léger coup de pouce, ajustez la quantité de pâte de soudure.

2. Que représente QFN?

QFN signifie quad plate sans plage, un type de package sans plomb avec une conception quadruple plate.

3. En quoi un package DFN est-il différent d'un package QFN?

Différences de fonctionnalités:

Package DFN: connu pour sa forte flexibilité dans la conception.

Package QFN: Comprend des fonctionnalités telles que les conceptions de coussinets de broches périphériques, les coussinets thermiques centraux avec vias et les considérations de masque de soudure PCB.

Différences en essence:

Package DFN: une technologie d'emballage plus récente utilisant des conceptions avancées à double face ou quadruple.

Package QFN: se concentre sur l'optimisation des performances électriques et de la gestion thermique grâce à des éléments de conception uniques.