Esplorare funzionalità, design e applicazioni del pacchetto QFN

Nell'elettronica moderna, la tecnologia dell'imballaggio svolge un ruolo importante nel determinare le prestazioni, le dimensioni e l'affidabilità dei dispositivi.Tra la vasta gamma di pacchetti a montaggio superficiale, il pacchetto QFN (Quad Flat No-Leads) si distingue per le sue eccezionali proprietà elettriche e termiche.Compatto e leggero, è adatto per applicazioni ad alta densità che richiedono prestazioni superiori.Questo articolo approfondisce l'importanza del pacchetto QFN, le sue caratteristiche e alcune considerazioni per la progettazione, l'ispezione e la riparazione.

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Panoramica dei pacchetti QFN

Il pacchetto QFN è una tecnologia a montaggio superficiale con un profilo quadrato o rettangolare.A differenza del pacchetto LCC (Carrier CHIP senza piombo), che utilizza pin di estensione piegati, il pacchetto QFN non ha cavi esterni, riducendo le sue dimensioni e altezza.Sviluppato secondo le linee guida della Giappone Electronic Machinery Industry Association, utilizza i contatti degli elettrodi sui suoi quattro lati per la connessione, risultando in un'area di montaggio più piccola rispetto a QFP (pacchetto Flat Quad).

Mentre l'assenza di lead migliora la compattezza, presenta sfide nello scarico dello stress ai contatti degli elettrodi.Di conseguenza, il numero di contatti varia da 14 a 100, meno dei pin QFP.Disponibili nelle varianti ceramiche e di plastica, i QFN ceramici (spesso contrassegnati come LCC) hanno una distanza del contact center di 1,27 mm.Al contrario, i QFN di plastica offrono maggiore flessibilità con distanze centrali di 0,5 mm, 0,65 mm o 1,27 mm.Conosciuta come P-LCC o PCLC, la variante di plastica QFN offre una soluzione economica utilizzando substrati epossidici di vetro.

Caratteristiche del pacchetto QFN

Il pacchetto QFN (Quad Flat No-Lead) è un design compatto e senza piombo con una forma quadrata o rettangolare.Presenta una pad di metallo esposta al centro della parte inferiore per una gestione termica efficiente.I cuscinetti conduttivi lungo la periferia del pacchetto forniscono collegamenti elettrici.A differenza dei tradizionali pacchetti SOIC e TSOP con cavi ala di gabbiano, il design di QFN riduce al minimo la distanza tra i pin interni e i cuscinetti esterni, riducendo la resistenza di autoinduttanza e cablaggio.Ciò si traduce in prestazioni elettriche superiori.

Inoltre, la cuscinetto termico esposto migliora la dissipazione del calore fungendo da canale termico diretto.In genere, questo pad viene saldato direttamente sul PCB e VIA termica all'interno del PCB consente al calore di dissiparsi nel piano di terra di rame, gestendo efficacemente l'energia termica in eccesso.

La combinazione del pacchetto QFN di dimensioni ridotte, struttura leggera e capacità ad alte prestazioni lo rende ideale per le applicazioni che danno la priorità allo spazio, al peso ed efficienza.Ad esempio, quando si confronta un QFN a 32 pin con un tradizionale PLCC a 28 pin, il QFN riduce l'area dell'84%, lo spessore dell'80%e il peso del 95%.Ciò lo rende adatto per i PCB ad alta densità utilizzati in telefoni cellulari, fotocamere digitali, PDA e altri dispositivi portatili.

PASS TERMICA E VIA DESIGN

Le prestazioni termiche del pacchetto QFN sono in gran parte attribuite al suo cuscinetto che si dissipano il calore.Per ottenere un trasferimento termico efficiente dal chip al PCB, sono importanti un cuscinetto di dissipazione da calore corrispondente e VIA termica appropriatamente progettata.Il pad deve fornire una superficie di saldatura affidabile, mentre i VIA offrono percorsi per la dissipazione del calore.

Alcune considerazioni di progettazione includono quanto segue:

• Dimensione del cuscinetto termico: La dimensione del cuscinetto termico dovrebbe corrispondere al cuscinetto esposto del componente, evitando l'interferenza con i cuscinetti circostanti.
• Tramite spaziatura e dimensioni: La dissipazione del calore le VIA sono generalmente distanziate di 1,0 mm - 1,2 mm, con diametri che vanno da 0,3 mm a 0,33 mm.
• Strategie di maschera di saldatura: Metodi diversi, come le maschere di saldatura in alto o in basso, i rivestimenti fotosensibili liquidi o i buchi attraverso i buchi, possono essere utilizzati per ottimizzare tramite prestazioni.Ogni metodo presenta vantaggi e compromessi, come la formazione di botte d'aria o la saldatura ridotta sul pad.

Il profilo della temperatura di riflusso influenza la qualità delle saldature.L'aumento della temperatura di riflusso del picco può ridurre la formazione del vuoto, mantenendo al contempo il volume di saldatura sul lato inferiore del PCB.

Linee guida per la progettazione di pad e stencil

Design del cuscinetto periferico

I cuscinetti periferici per i pacchetti QFN dovrebbero utilizzare un approccio a maschera non venduto (NSMD).L'apertura della maschera di saldatura dovrebbe essere 120-150 μm più grande del cuscinetto, garantendo una tolleranza di produzione di 50-65 μm.Per i tiri di piombo inferiori a 0,5 mm, la maschera di saldatura tra i lead può essere omessa.

Design dello stencil del cuscinetto termico

Per ridurre al minimo i vuoti di saldatura, dividere le aperture dello stencil per il cuscinetto termico in sezioni più piccole piuttosto che usare una singola apertura di grandi dimensioni.La copertura della pasta di saldatura dovrebbe variare dal 50% all'80%, con un'affidabilità a livello di scheda di fila di spessore di 50 μm.

Spessore e aperture di stencil

Per i cuscinetti circostanti, lo spessore dello stencil e le dimensioni di apertura influenzano direttamente la qualità della saldatura.

Per esempio:

• Si raccomanda uno stencil da 0,12 mm per un tono di 0,5 mm.
• Uno stencil da 0,15 mm è ideale per un tono di 0,65 mm.L'apertura dovrebbe essere leggermente più piccola del cuscinetto per prevenire il ponte durante la saldatura di riferimento.

Ispezione e rilavorazione di giunti di saldatura QFN

Ispezione congiunta di saldatura

Tecniche di rielaborazione

La rielaborazione dei pacchetti QFN è simile alla rilavorazione di BGA ma più impegnativa a causa delle dimensioni più piccole e della densità più elevata.Tre metodi comuni per applicare la pasta di saldatura durante la rielaborazione sono:

• Incolla di saldatura per la stampa schermata sul PCB.

• Distribuzione della pasta di saldatura su cuscinetti PCB.

• Applicazione della pasta di saldatura direttamente sui pad componenti.

Ogni metodo richiede operatori di precisione e qualificati.La selezione delle attrezzature è fondamentale per evitare i componenti dannosi durante la rielaborazione.Il pacchetto QFN sta guadagnando una diffusa popolarità grazie alle sue eccellenti proprietà elettriche e termiche, dimensioni compatte e design leggero.Varianti come il pacchetto MLF (Micro Lead Frame) migliorano ulteriormente le sue applicazioni.A differenza dei CSP (pacchetti di dimensioni del chip), QFN si basa sulla pasta di saldatura e la saldatura di riferimento per stabilire connessioni elettriche e meccaniche con il PCB, rendendolo una scelta integrale per i moderni dispositivi elettronici.

Conclusione

Il pacchetto QFN rappresenta una soluzione all'avanguardia per progetti elettronici compatti e ad alte prestazioni.Le sue caratteristiche uniche, tra cui eccellenti proprietà termiche ed elettriche, lo rendono indispensabile in applicazioni portatili e ad alta densità.Tuttavia, l'implementazione di pacchetti QFN richiede una meticolosa attenzione ai principi di progettazione, all'ottimizzazione dei processi e alle metodologie di rielaborazione.Man mano che gli standard del settore si evolvono, la ricerca e il perfezionamento in corso nella progettazione, ispezione e riparazione QFN sbloccheranno ulteriormente il suo potenziale tra diverse applicazioni.

Domande frequenti [FAQ]

1. Come salda un pacchetto QFN?

Utilizzare una pistola ad aria calda a 230 ° C.Mantieni il tempo di saldatura meno di 1 minuto.Sono possibili più tentativi.Scaldare gradualmente l'area, spostandosi da una distanza verso il chip, tenendo in mano l'aria d'aria.Applicare in anticipo la pasta di saldatura tra il chip e il PCB.Sperimentare per determinare la giusta quantità.

Una volta che la pasta di saldatura si scioglie, scuotere delicatamente il chip con le pinze per assicurarsi che tutti i pin siano correttamente attaccati ai loro cuscinetti.Se il chip non ritorna nella sua posizione originale dopo una leggera spinta, regola l'importo della pasta di saldatura.

2. Cosa significa QFN?

QFN sta per Quad Flat No-Lead, un tipo di pacchetto senza piombo con un design quad piatto.

3. In che modo un pacchetto DFN è diverso da un pacchetto QFN?

Differenze nelle caratteristiche:

Pacchetto DFN: noto per alta flessibilità nel design.

Pacchetto QFN: include funzionalità come i disegni del pin periferico, i cuscinetti termici centrali con VIA e le considerazioni sulla maschera di saldatura PCB.

Differenze in sostanza:

Pacchetto DFN: una nuova tecnologia di imballaggio che utilizza design avanzati a doppio lato o quad piatto senza piombo.

Pacchetto QFN: si concentra sull'ottimizzazione delle prestazioni elettriche e della gestione termica attraverso elementi di progettazione unici.