Tinkamo IC paketo pasirinkimas tiesiogiai veikia našumą, gaminamumą ir ilgalaikį patikimumą. Tarp paviršiaus montavimo variantų QFN (Quad Flat No-Lead) ir QFP (Quad Flat Package) yra du plačiausiai naudojami formatai. Nors abu palaiko šiuolaikinį PCB surinkimą, jie labai skiriasi pėdsaku, šiluminiu elgesiu, tikrinimo reikalavimais ir elektrinėmis savybėmis. Šių skirtumų supratimas padeda pasirinkti tinkamą paketą pagal vietos apribojimus, kaiščių skaičių, signalo greitį ir gamybos galimybes.
QFN paketo apžvalga
QFN (Quad Flat No-Lead) paketas yra bešvinis paviršiaus montuojamas IC paketas, kuris jungiamas prie PCB naudojant metalines trinkeles pakuotės apačioje, o ne į išorę. Trinkelės lituojamos tiesiai prie atitinkamų PCB trinkelių, o korpusas paprastai yra kvadratinis arba stačiakampis, o apačioje yra perimetro pagalvėlės. Daugelyje QFN taip pat yra centrinis atviras šiluminis padėklas, kuris lituojamas prie PCB vario srities, kad būtų galima išsklaidyti šilumą ir įžeminti elektrą.
Kas yra QFP paketas?
QFP (Quad Flat Package) yra ant paviršiaus montuojamas IC paketas, kuriame naudojami kiro sparnų laidai, besitęsiantys iš visų keturių pakuotės korpuso pusių. Šie laidai lenkiasi į išorę ir žemyn, sudarydami matomas litavimo jungtis ant PCB. QFP paketai apibrėžiami pagal atvirus perimetrinius laidus ir paprastai yra smulkūs švino žingsniai (dažnai nuo 0,4 mm iki 1,0 mm, priklausomai nuo varianto).
QFN ir QFP tipai
Įprasti QFN tipai
• Plastikinis QFN: plačiausiai naudojamas ir ekonomiškiausias tipas. Jame naudojamas vario švino rėmas, įkapsuliuotas suformuotame mišinyje, ir yra paplitęs buitinės, pramoninės ir automobilių elektronikoje.
• Drėkinamas šoninis QFN: turi padengtus šoninius kraštus, leidžiančius susidaryti matomai litavimo filė. Tai padidina tikrinimo patikimumą, ypač automobilių ir į saugą orientuotoje gamyboje, kur pirmenybė teikiama vizualiniam patikrinimui.
• Oro ertmė QFN: apima vidinę ertmę ir sandarų dangtį, kad sumažintų dielektrinius nuostolius ir pagerintų RF veikimą. Paprastai jis naudojamas aukšto dažnio arba RF priekinėse programose, kur signalo vientisumas yra labai svarbus.
• Flip-Chip QFN: vietoj tradicinio vielos sujungimo naudojamas atverčiamo lusto štampo priedas. Tai sutrumpina vidinius elektros kelius, sumažina parazitinį induktyvumą ir pagerina didelės spartos ir RF našumą.
Dažni QFP variantai
• LQFP / TQFP (žemo profilio / plonas QFP): plonesnės korpuso versijos, išlaikant aukštą kontaktų skaičių. Įprasta erdvę tausojantiems dizainams, kuriems vis dar reikalinga didelė įvesties / išvesties talpa.
• Smulkaus žingsnio QFP: mažesnis tarpas tarp švinų, dažnai apie 0,4–0,5 mm žingsnį, siekiant padidinti kaiščių tankį. Mažėjant žingsniui, frezavimo ir litavimo proceso valdymas tampa vis sudėtingesnis.
• Šilumos sklaidytuvas arba šilumą skleidžiantis QFP: apima patobulintus šiluminius kelius, skirtus vidutinės galios reikmėms, kai standartinis švino laidumas yra nepakankamas.
• Keraminis QFP: naudoja keraminę medžiagą, kad pagerintų aplinkos stabilumą ir ilgalaikį patikimumą, dažnai pramoninėje ar atšiaurioje aplinkoje.
QFN ir QFP paketų skirtumai
| Kategorija | QFN (keturių plokščių be švino) | QFP (keturių butų paketas) |
|---|---|---|
| Galimo kliento stilius ir signalo veikimas | Pagalvėlės po korpusu sukuria trumpesnį srovės grįžtamąjį kelią ir mažesnį švino induktyvumą, o tai padeda esant didesniam kraštų greičiui ir RF. | Kiro sparno laidai padidina laido ilgį ir induktyvumą, o tai gali pabloginti skambėjimą ir kryžminį pokalbį, kai perjungimo greitis didėja. |
| Dydis ir PCB pėdsakas | Mažesnis korpusas ir neišsikišę laidai sumažina lentos plotą. | Didesnis pėdsakas, nes potencialūs klientai tęsiasi į išorę ir jiems reikia vietos. |
| Šiluminės savybės | Atviras padėklas suteikia tiesioginį šilumos kelią į PCB varį; Naudojant gerai suprojektuotą šiluminį padėklą + VIAS, šilumos perdavimas iš jungties į plokštę yra žymiai geresnis. | Šiluma daugiausia teka per laidus ir pakuotės korpusą; Dažnai reikia papildomo vario ploto, šilumos sklaidytuvų ar oro srauto, kad būtų panaši galia. |
| Smeigtukų skaičiaus mastelio keitimas | Puikiai tinka mažam ir vidutiniam I/O; labai didelis įvesties / išvesties skaičius greitai padidina maršruto tankį. | Gerai prisitaiko prie didesnio I/O skaičiaus; įprasta dideliems MCU / ASIC, kur švino žingsnis palaiko daug kaiščių. |
| Inspekcija | Sąnariai paslėpti; Rentgeno spinduliai dažniausiai naudojami drėkinimui ir šiluminių pagalvėlių tuštinimui patvirtinti. | Matomi švinai ir filė; AOI ir rankinis patikrinimas yra paprasti. |
| Perdirbimas ir prototipų kūrimas | Perdirbimui reikalingas karštas oras / IR ir griežta temperatūros kontrolė; trinkelių pažeidimo rizika yra didesnė. | Lengvesnis rankų perdirbimas; Atskirus kaiščius galima pataisyti lygintuvu. |
| Surinkimo sąnaudų veiksniai | Mažesnis PCB plotas, tačiau proceso kontrolė ir tikrinimas (dažnai rentgeno spinduliai) padidina gamybos išlaidas. | Didesnis PCB plotas, tačiau tikrinimas ir perdirbimas yra pigesni ir greitesni. |
| Mechaninis tvirtumas | Nėra suderinamų laidų; jautresnis lentos lankstymui ir kritimo smūgiui, nebent išdėstymas ir mechaninė konstrukcija kontroliuoja įtampą. | Laidai užtikrina mechaninę atitiktį, kuri gali sugerti tam tikrą PCB lankstumo ir šiluminio plėtimosi neatitikimą. |
| EPĮ tendencija (praktinė) | Trumpesnis kilpos plotas ir mažesni parazitai dažnai sumažina spinduliuojamą / laidų triukšmą greitai perjungiant galią ir RF išdėstymus. | Ilgesnės švino struktūros gali padidinti kilpos induktyvumą ir apsunkinti didelių di/dt mazgų sutramdymą. |
| Maršruto poveikis | Perimetro pagalvėlės po kūnu gali priversti griežčiau ištraukti ventiliatorių; gali padidėti per skaičių tankiuose dizainuose. | Ventiliatorius yra atlaidesnis; lengvesnis pėdsakų pabėgimas ant išorinių sluoksnių daugeliui dizainų. |
QFN ir QFP paketų dažniausios problemos
QFN problemos
• Proceso jautrumas: QFN yra labai jautrūs litavimo pastos tūriui, trafareto dizainui ir žemės modelio tikslumui. Prastas valdymas gali sukelti tiltus, nepakankamą drėkinimą arba tuštumą po šilumine trinkele.
• Paslėptos litavimo jungtys: visos jungtys yra po pakuote. Vizualinė apžiūra yra ribota, todėl norint užtikrinti gamybos patikimumą, dažnai reikalingas rentgeno patikrinimas.
• Perdirbimo sunkumai: norint išimti ir pakeisti QFN, reikia karšto oro įrankių ir kruopščiai kontroliuoti temperatūrą. Nėra jokių užuominų, kurias būtų galima atskirai pataisyti.
• Mechaninis jautrumas įtempiams: QFN trūksta lanksčių laidų, kad sugertų PCB lenkimą. Plokštės lankstumas gali įtempti litavimo jungtis, jei mechaninė konstrukcija nėra tinkamai valdoma.
QFP klausimai
• Švinų koplanarumas ir lygiavimas:
Smulkaus žingsnio QFP laidai turi tolygiai sėdėti ant PCB trinkelių. Koplanarumo svyravimai gali sukelti atviras arba silpnas litavimo jungtis. Įdėjimo metu sulenkti ar nelygūs laidai gali trukdyti tinkamai sudrėkinti ir juos reikia taisyti rankiniu būdu prieš perpildant.
• Litavimo tiltas esant smulkiam žingsniui:
Mažėjant švino žingsniui (pvz., 0,4–0,5 mm), didėja lydmetalio tilto rizika. Per didelis pastos tūris, prastas trafareto dizainas arba nepakankamas litavimo kaukės tarpas gali sukelti trumpuosius ryšius tarp gretimų laidų.
• Švino pažeidimai tvarkant:
Kiro sparnų laidai yra mechaniškai veikiami ir gali sulenkti gabenant, tvarkant padėklus ar automatizuojant paėmimą ir padėjimą. Net ir nedidelės deformacijos gali sukelti išdėstymo poslinkį arba litavimo defektus.
• Oksidacija ir paviršiaus būklė:
Kadangi laidai yra veikiami, ilgas laikymas ar netinkama pakuotė gali sukelti oksidaciją, o tai gali sumažinti litavimą. Taip pat reikia laikytis jautrumo drėgmei lygio (MSL), kad pakuotė nesutrūkinėtų perpildymo metu.
• Šiluminiai apribojimai didesnės galios konstrukcijose:
Standartiniai QFP paketai išsklaido šilumą daugiausia per laidus ir pakuotės korpusą. Didesnės galios įrenginiuose nepakankamas šiluminis planavimas gali sukelti padidėjusią sankryžos temperatūrą, nebent būtų suprojektuotas papildomas vario plotas arba šilumos sklaida.
• Frezavimo tankio slėgis esant dideliam kontaktų skaičiui:
Nors QFP skalės gerai kaiščių skaičius, labai dideli perimetro švino paketai gali padidinti išorinio sluoksnio perkrovą. Ankstyvas PCB planavimas reikalingas siekiant užkirsti kelią sluoksnių skaičiaus augimui ar pėdsakų pabėgimo apribojimams.
QFN ir QFP paketų taikymas
QFN programos
• Buitinė elektronika: paplitusi maitinimo IC, greituosiuose įkrovikliuose, DC-DC keitikliuose ir kompaktiškuose RF moduliuose, kur erdvė yra ribota ir reikia gerų šiluminių savybių.
• Automobilių elektronika: naudojama jutikliuose, radaruose / RF moduliuose ir kituose aukšto dažnio blokuose, kurie pasižymi trumpomis jungtimis ir stabiliomis elektrinėmis savybėmis.
QFP programos
• Telekomunikacijos ir tinklai: dažnai naudojamas DSP, ryšių valdikliams ir seniems ASIC, kur svarbus didesnis kontaktų skaičius ir lengvas patikrinimas / perdirbimas.
• Pramoniniai valdikliai: populiarūs mikrovaldikliams, sąsajos IC ir valdymo logikai PLC ir automatikos plokštėse, nes laidai yra prieinami prototipų kūrimui, derinimui ir taisymui.
Išvada
QFN ir QFP paketai turi aiškių pranašumų, priklausomai nuo dizaino prioritetų. QFN pasižymi kompaktišku dydžiu, stipriomis šiluminėmis savybėmis ir geresniu aukšto dažnio elgesiu, tačiau reikalauja griežtesnės surinkimo kontrolės. QFP palaiko didesnį kontaktų skaičių, lengvesnį patikrinimą ir paprastesnį perdirbimą, todėl jis yra praktiškas prototipų kūrimui ir sudėtingiems įvesties / išvesties dizainams. Geriausias pasirinkimas priklauso nuo elektros poreikių subalansavimo, mechaninių apribojimų ir pasirengimo gamybai, kad būtų užtikrinta patikima, keičiamo dydžio gamyba.
Dažnai užduodami klausimai [DUK]
Ar QFN ar QFP yra geresni didelės spartos signalo vientisumui?
Didelės spartos ar RF konstrukcijoms QFN paprastai yra geresnis, nes jo trinkelės yra tiesiai po pakuote, sutrumpindamos elektros kelius ir sumažindamos parazitinį induktyvumą. QFP kiro sparno laidai suteikia didesnį induktyvumą, kuris gali šiek tiek pabloginti signalo vientisumą aukštesniuose dažniuose.
Ar QFN reikia atlikti rentgeno patikrinimą PCB surinkimo metu?
Daugumoje gamybos aplinkų taip. QFN litavimo jungtys yra paslėptos po pakuote, todėl vizuali apžiūra neįmanoma. Rentgeno patikrinimas arba alternatyvūs metodai, tokie kaip drėkinamojo šono dizainas, dažniausiai naudojami litavimo kokybei ir tuštinimui po šilumine trinkele patikrinti.
Ar QFP paketai gali efektyviai valdyti didelės galios įrenginius?
QFP gali palaikyti vidutinį galios lygį, tačiau šiluminis išsklaidymas paprastai yra mažiau efektyvus nei QFN su atviru šiluminiu padėklu. Didelės galios QFP konstrukcijoms gali prireikti papildomų vario sričių, šilumos sklaidytuvų ar išorinių aušinimo sprendimų, kad būtų palaikoma saugi sankryžos temperatūra.
Kurią pakuotę lengviau perdirbti ar taisyti prototipuose?
QFP lengviau perdirbti, nes jo potencialūs klientai yra matomi ir prieinami. Atskirus kaiščius dažnai galima paliesti lituokliu. QFN perdirbimui reikalinga karšto oro įranga ir kruopštus šiluminis valdymas, nes visos jungtys yra po prietaisu.
Kaip nuspręsti tarp QFN ir QFP masinei gamybai?
Sprendimas priklauso nuo plokštės vietos, kontaktų skaičiaus, signalo greičio ir gamybos galimybių. Rinkitės QFN kompaktiškoms, termiškai reikalaujančioms arba aukšto dažnio konstrukcijoms su kontroliuojamais surinkimo procesais. Pasirinkite QFP, kad gautumėte didesnį įvesties / išvesties skaičių, lengvesnę apžiūrą ir paprastesnį aptarnavimą vietoje.
