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Quadrato piatto senza piombo (QFN) fanno attualmente parte di elettronicas. Offre prestazioni elevate in un contenitore di dimensioni ridotte. I pacchetti QFN sono attualmente utilizzati su scala di massa in applicazioni da elettronica di consumo a livello industriale e di automobilistico applicazioni grazie alla loro superiore capacità elettrica e termico caratteristiche.
Che cos'è il QFN? Qual è il significato di QFP?
Entrambi i pacchetti QFP e QFN sono conformi a Standard JEDEC MO-220 e EIAJe la scelta tra questi è determinata dai requisiti relativi alle prestazioni elettriche, ai budget termici e alla capacità di assemblaggio.
Pacchetto quadrato piatto senza piombo
Il Quadrato piatto senza piombo (QFN) pacchetto è una tecnologia di incapsulamento di circuiti integrati (IC) a montaggio superficiale che si caratterizza per il suo formato piatto, senza piombo. Tipicamente costruiti in formato quadrato o rettangolare, i pacchetti QFN sono caratterizzati da una serie di piastre di contatto conduttive sulla parte inferiore al posto delle derivazioni periferiche.
Pacchetto Quad Flat
Il Pacchetto quadruplo piatto (QFP) è un tipo di incapsulamento per circuiti integrati a montaggio superficiale con conduttori ad ala di gabbiano che si estendono da ogni lato di un contenitore rettangolare. I pacchetti QFP rimangono prevalenti in microcontrollore (MCU), FPGAe comunicazione CI dove una densità di I/O ragionevole e la rilavorazione sono più importanti della miniaturizzazione estrema.
QFN vs QFP
QFN e QFP sono entrambi pacchetti IC quad-flat ma con diverse design e le specifiche di prestazione.
QFN (Quad Flat No-Lead)
- Nessun cavo sporgente, i contatti sono sul fondo.
- Meglio gestione termica con tampone a vista.
- Meno effetti parassiti, quindi ideale per le applicazioni ad alta velocità.
- Richiede processi accurati di assemblaggio e saldatura dei PCB.
QFP (Quad Flat Package)
- Ha cavi ad ala di gabbiano che si estendono verso l'esterno della confezione.
- Più facile da ispezionare e più conveniente da rielaborare a causa dei cavi esposti.
- Prestazioni termiche medie, poiché la dissipazione del calore avviene principalmente attraverso i conduttori.
- Ingombro molto ridotto rispetto al QFN per lo stesso numero di pin.
| Dimensione | QFP | QFN |
| Forma a spillo | Perni ad ala di gabbiano | Senza pin, cuscinetti inferiori |
| Volume della confezione | Più grande | Più piccolo |
| Numero di pin | Di più | Meno |
| Prestazioni di dissipazione del calore | Generale | Buono, con un'ampia superficie esposta sul fondo. |
| Prestazioni elettriche | Buono | Gli eccellenti e brevi percorsi dei pin riducono l'induttanza e la resistenza |
| Processo di produzione | Maturo e conveniente | Produzione completamente automatizzata, adatta al layout di PCB ad alta densità |
| Applicazione | Ampiamente utilizzato in vari dispositivi elettronici | Elettronica di consumo, elettronica automobilistica, industria e comunicazioni, dispositivi medici, ecc. |
| Ispezione dei giunti a saldare | Intuitivo e facile da rilevare | I perni non sono visibili, ma si affidano ai raggi X 3D o alle immagini termiche a infrarossi. |
| Efficienza | Più basso | Più alto |
| Costo | Più basso | Più alto |
Che cos'è la saldatura QFN?
La saldatura dei pacchetti QFN richiede precisione a causa della loro natura senza piombo. Un layout accurato della PCB, stencil designe i profili di riflusso sono necessari per una buona connessione.
Principali sfide nella saldatura QFN
- Problemi di allineamento: Un allineamento errato può causare un contatto elettrico insufficiente.
- Saldatura Ponte: L'eccesso di pasta saldante può causare cortocircuiti.
- Formazione del vuoto: Le trappole d'aria nel giunto di saldatura possono ridurre le prestazioni termiche ed elettriche.
- Sfide di ispezione: L'assenza di indizi apparenti offre una maggiore difficoltà nell'ispezione visiva dei collegamenti.
Migliori pratiche
per la saldatura di QFN e QFP
Fase 1: progettazione del pad termico e del dissipatore di calore
Pad QFN (standard IPC-7351)
- Cuscinetto EPAD: Corrispondenza delle dimensioni del chip (tolleranza ±0,1 mm).
- Periferica pastiglie: larghezza = larghezza del pin × 1,1, lunghezza = lunghezza del pin + 0,2 mm.
Pad QFP:
Adotta un design trapezoidale al fine di massimizzare l'uso della capacità di autoallineamento dei perni.
Elementi essenziali
- Foro passante array: Sotto l'EPAD si trova una matrice 3 x 3 di fori passanti (dimensioni dei fori 0,3 mm, riempimento epossidico conduttivo).
- Spessore del rame requisito: ≥ 2 oz (70 μm) per migliorare la dissipazione del calore.
Fase 2: Layout dello strato di resistenza a saldare e serigrafia
- Finestra di resistenza a saldare: 0,05 mm più grande della piazzola (per evitare che la pasta saldante si insinui).
- Serigrafia marcatura: Contrassegnare la posizione del pin 1 in modo che non venga coperto.
Fase 3: scegliere il materiale giusto
| Applicazione | Materiale | Vantaggi |
| Alta frequenza | FR4 Tg170 | Economico, stabile |
| Alta potenza | Alta conduttività termica (ad esempio, Rogers 4350B) | Basso Rthja, migliore diffusione del calore |
Fase 4: Disegno dello stencil e pasta saldante
- Pressione del tergipavimento: 45 N (una pressione eccessiva può causano il collasso della pasta saldante).
- Velocità di stampa: 20 mm/s (una velocità troppo elevata può causare una minore quantità di stagno).
- Rapporto di superficie: ≥ 0,66 (rapporto area = area aperta/spessore matita).
| Piazzola | Spessore dello stencil |
| 0,4 mm QFN | 0,1-0,12 mm |
| QFP da 0,5 mm | 0,12-0,15 mm |
| Lega | Intervallo di fusione | Caso d'uso |
| SAC305 | 217-220°C | Senza piombo, ad alta affidabilità |
| Sn63Pb37 | 183°C | Sensibilità ai costi, facilità di rilavorazione |
Fase 5: Controllo del processo di mascheratura
Selezione dell'ugello
- 0402 componenti: Utilizzo 0,3 mm ugello (vuoto ≥ 70 kPa).
- Passo di 0,4 mm QFN: Utilizzo 0,25 mm ugello con sistema di allineamento visivo.
Requisiti di precisione di montaggio
- Deviazione della posizione: ±25 μm (per 0,4 mm QFN).
- Riferimento di allineamento: 25 μm si utilizza una tacca di allineamento ottico di precisione.
Trattamento antiossidazione
- Protezione dall'azoto: Livello di ossigeno nel monitor <100 ppm (valore misurato da calibrare periodicamente).
Fase 6: Saldatura a riflusso
Vengono gestiti i difetti tipici:
- Effetto pietra tombale: Controllare la simmetria della piastra e garantire l'uniformità della temperatura.
- Vuoti: Aumentare la quantità di pasta saldante o ottimizzare l'ambiente di azoto (O₂<500 ppm).
Profilo di temperatura ottimizzazione (lega Sn63Pb37)
| Palcoscenico | Intervallo di temperatura | Velocità di rampa | Durata |
| Preriscaldare | 25°C → 150°C | 2°C/s | 60 s |
| In ammollo | 150°C → 183°C | 1°C/s | 90 s |
| Riflusso | 235°C ±5°C | - | 60 s |
| Raffreddamento | - | -4°C/s | - |
Fase 7: Test
Standard di ispezione a raggi X
- Limiti del tasso di cavità: consumatore <25%, elettronica per autoveicoli <15%.
Analisi delle fette
- IMC spessore dello strato: Intervallo normale 2-5 μm (osservato a 15 kV utilizzando il SEM).
Test di ciclismo termico
- Condizioni: JESD22-A104 Condizione B (-55°C↔125°C, 1000 cicli).
- Requisiti di qualificazione: Nessuna fessurazione, delaminazione, variazione di resistenza <10%.
Fase 8: rilavorazione e risoluzione dei problemi
Rilavorazione con pistola ad aria calda
- Temperatura: 350°C (temperatura misurata sul fondo del chip ≤ 260°C).
- Velocità del vento: livello 2 (per evitare che i componenti circostanti vengano spazzati via).
Fasi di riparazione del ponte
- Impiegati flusso non pulito (come Kester RF741).
- Esercitare una leggera pressione sul ponte utilizzando 0,15 mm saldare il nastro di aspirazione e riscaldarlo fino a quando non si scioglie.
- Eliminare i residui di flussante con l'alcol isopropilico.
Altri
- Conservazione della pasta saldante: Conservare la pasta saldante non aperta a 5-10°C e preriscaldare per 4 ore prima dell'uso..
- Gestione del dispositivo MSL3 o superiore: I dispositivi MSL3 o superiori devono essere cotto a 125°C per 24 ore.
- Registrazioni di processo: Realizzare versioni elettroniche dei profili di temperatura, dei parametri di posizionamento e dei risultati dei test.
Conclusione
I pacchetti QFN sono lo standard nell'elettronica di oggi. design perché sono piccoli, hanno elevate prestazioni elettriche e sono termicamente efficienti. Sebbene siano necessarie saldature speciali, i loro vantaggi li rendono superiori alle difficoltà e quindi vengono utilizzati nella maggior parte dei casi. applicazioni ad alte prestazioni. I progettisti devono bilanciare i compromessi fra efficienza termica, facilità di assembleae lo spazio della stanza se è possibile scegliere tra QFN e QFP.
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