Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлено из QFN )
Перейти к навигации Перейти к поиску
«QFN» перенаправляется сюда. Чтобы узнать об аэропорте, см. Вертодром Нарсак Куджаллек .
28-контактный QFN, перевернутый, чтобы показать контакты и площадку для нагрева / заземления

Плоские корпуса без проводов, такие как четырехплоскостные без проводов ( QFN ) и двойные плоские без проводов ( DFN ), физически и электрически соединяют интегральные схемы с печатными платами . Плоский нет-провод, также известный как микро - выводные рамки (МСФ) и SON (небольшие наброски нет проводов), не является технологией поверхностного монтажа , один из нескольких технологий упаковки , которые соединяют ИСА к поверхностям из печатных плат без сквозных отверстий . Flat no-lead - это герметичный корпус из пластика, близкий к масштабу чипа, сделанный из плоской меди.Подложка свинцовой рамки. Периметр на нижней части корпуса обеспечивает электрические соединения с печатной платой . [1] Плоские корпуса без выводов включают открытую теплопроводящую площадку для улучшения теплопередачи от ИС (в печатную плату). Передача тепла может быть дополнительно облегчена за счет металлических переходных отверстий в термопрокладке. [2] Пакет QFN аналогичен четырехплоскому корпусу (QFP) и решетке с шариками (BGA).

Плоское поперечное сечение без выводов [ править ]

QFN вид сбоку.

На рисунке показано поперечное сечение плоского корпуса без выводов с выводной рамкой и соединением проводов . Есть два типа конструкции корпуса: пунш-синяк и пила . [3] Распиловка разрезает большой набор пакетов на части. При разделении пуансонов единая упаковка формуется в форму. На поперечном сечении показан корпус с пильными вставками с прикрепленной термоголовкой. Выводная рамка изготовлена ​​из медного сплава, а для прикрепления кремниевого кристалла к термопрокладке используется теплопроводный клей. Силиконовый кристалл электрически соединен с корпусом выводов с помощью золотых проводов диаметром 1-2  тыс .

Подушечки пилообразной упаковки могут либо полностью находиться под упаковкой , либо складываться по краю упаковки.

Разные типы [ править ]

Распространены два типа пакетов QFN: QFN с воздушной полостью , с воздушной полостью, встроенной в корпус, и формованные из пластмассы QFN с минимальным количеством воздуха в упаковке.

Менее дорогие QFN, отлитые из пластмассы, обычно ограничиваются приложениями до ~ 2–3 ГГц. Обычно он состоит всего из двух частей: пластикового компаунда и медной свинцовой рамки и не имеет крышки.

Напротив, QFN с воздушной полостью обычно состоит из трех частей; медная рамка с выводами, литой пластиковый корпус (открытый и незапечатанный) и керамическая или пластиковая крышка. Обычно он дороже из-за своей конструкции и может использоваться для микроволновых приложений до 20–25 ГГц.

Пакеты QFN могут иметь один ряд контактов или двойной ряд контактов.

Преимущества [ править ]

Этот пакет предлагает множество преимуществ, включая уменьшенную индуктивность выводов, небольшую площадь основания, близкую к масштабу микросхемы, тонкий профиль и малый вес. В нем также используются контактные площадки ввода / вывода по периметру для облегчения трассировки печатной платы, а технология открытой медной контактной площадки обеспечивает хорошие тепловые и электрические характеристики. Эти особенности делают QFN идеальным выбором для многих новых приложений, где важны размер, вес, тепловые и электрические характеристики.

Проблемы проектирования, производства и надежности [ править ]

Усовершенствованные технологии упаковки и миниатюризация компонентов часто могут приводить к новым или неожиданным проблемам с дизайном, производством и надежностью. Так было с пакетами QFN, особенно когда дело доходит до принятия новыми OEM -производителями электроники, не являющимися бытовыми потребителями .

Дизайн и производство [ править ]

Некоторые ключевые соображения при проектировании QFN - это конструкция контактной площадки и трафарета. Когда дело доходит до конструкции контактных площадок, можно использовать два подхода: определение паяльной маски (SMD) или определение маски без пайки (NSMD). Подход NSMD обычно приводит к более надежным соединениям, поскольку припой способен связываться как с верхней, так и с боковыми сторонами медной площадки. [4] Процесс травления меди также обычно требует более жесткого контроля, чем процесс маскирования припоя, что приводит к более прочным соединениям. [5] Это может повлиять на тепловые и электрические характеристики соединений, поэтому может быть полезно проконсультироваться с производителем упаковки для получения оптимальных рабочих параметров. Контактные площадки SMD могут использоваться, чтобы уменьшить вероятность образования перемычек при пайке.однако это может повлиять на общую надежность соединений. Дизайн трафарета - еще один ключевой параметр в процессе проектирования QFN. Правильная конструкция апертуры и толщина трафарета могут помочь создать более однородные соединения (т.е. минимальные пустоты, газовыделение и плавающие детали) с надлежащей толщиной, что приведет к повышению надежности. [6]

Есть также проблемы со стороны производства. Для более крупных компонентов QFN поглощение влаги во время оплавления припоя может быть проблемой. Если упаковка сильно впитывает влагу, то нагрев во время оплавления может привести к чрезмерному короблению компонентов. Это часто приводит к тому, что углы компонента отрываются от печатной платы , что приводит к неправильному образованию стыков. Чтобы снизить риск коробления во время оплавления, рекомендуется уровень чувствительности к влаге 3 или выше. [7] Некоторые другие проблемы, связанные с производством QFN, включают: плавающую деталь из-за чрезмерного количества паяльной пасты под центральной тепловой подушкой, большие пустоты в припое, плохие характеристики повторной обработки и оптимизацию профиля оплавления припоя.[8]

Надежность [ править ]

Упаковка компонентов часто определяется рынком бытовой электроники, и меньше внимания уделяется отраслям с более высокой надежностью, таким как автомобилестроение и авиация. Поэтому может быть сложно интегрировать семейства пакетов компонентов, такие как QFN, в среду с высокой надежностью. Компоненты QFN, как известно, подвержены проблемам усталости припоя , особенно термомеханической усталости из-за термоциклирования . Значительно более низкий зазор в корпусах QFN может привести к более высоким термомеханическим деформациям из-за несоответствия коэффициента теплового расширения (КТР) по сравнению с корпусами с выводами. Например, в условиях ускоренного термоциклирования от -40 ° C до 125 ° C, различные четырехквадратные плоские корпусаКомпоненты (QFP) могут выдерживать более 10 000 термических циклов, тогда как компоненты QFN выходят из строя примерно при 1 000–3 000 циклов. [7]

Исторически сложилось так, что тестирование надежности в основном проводилось JEDEC , [9] [10] [11] [12], однако в первую очередь это было сосредоточено на кристаллах и межсоединениях первого уровня. IPC- 9071A [13] попытался решить эту проблему, сосредоточив внимание на межсоединениях 2-го уровня (т. Е. От корпуса к подложке печатной платы). Проблема с этим стандартом заключается в том, что он был больше принят OEM-производителями, чем производителями компонентов, которые склонны рассматривать его как проблему, связанную с конкретным приложением. В результате было проведено много экспериментальных испытаний и анализа методом конечных элементов для различных вариантов корпусов QFN, чтобы охарактеризовать их надежность и усталостные характеристики припоя . [14] [15][16] [17] [18] [19] [20]

Серебрени и др. [21] предложили полуаналитическую модель для оценки надежности паяных соединений QFN при термоциклировании. Эта модель генерирует эффективные механические свойства для пакета QFN и вычисляет напряжение сдвига и деформацию с использованием модели, предложенной Ченом и Нельсоном. [22] Затем на основе этих значений определяется плотность рассеянной энергии деформации и используется для прогнозирования характерных циклов до отказа с использованием 2-параметрической кривой Вейбулла .

Сравнение с другими пакетами [ править ]

Корпус QFN аналогичен четырехплоскому корпусу , но выводы не выходят за края корпуса. Следовательно, сложно паять корпус QFN вручную.

Варианты [ править ]

Разные производители используют разные названия для этого пакета: ML (рамка с микро выводом) или FN (плоский без вывода), кроме того, существуют версии с контактными площадками со всех четырех сторон (четырехсторонняя) и контактными площадками только с двух сторон (двойная), толщина разная. от 0,9 до 1,0 мм для обычных упаковок и 0,4 мм для очень тонких. Сокращения включают:

УпаковкаПроизводитель
DFNдвойной плоский корпус без проводовАтмель
DQFNдвойной четырехъядерный плоский корпус без проводовАтмель
cDFNiC-Haus
TDFNтонкий двойной плоский корпус без свинца
UTDFNультратонкий двойной плоский корпус без свинца
XDFNчрезвычайно тонкий двойной плоский корпус без свинца
QFNчетырехъядерный плоский пакет без проводовАмкор Технологии
QFN-TEPчетырехъядерный плоский пакет без проводов с верхней площадкой
TQFNтонкий плоский корпус без свинца
ТООбезвыводная рамка с выводомNational Semiconductor
LPCCбессвинцовый пластиковый держатель чипаASAT Holdings
MLFмикро-выводная рамкаАмкор Технологии и Атмель
MLPDкорпус с микро-выводом двойной
MLPMкорпус микро-выводной рамки micro
MLPQкорпус микро-выводной рамки четырехъядерный
DRMLFдвухрядный корпус с микросхемойАмкор Технологии
VQFN / WQFNочень тонкий четверной плоский без выводаTexas Instruments и другие (например, Atmel)
UDFNультра двойной плоский без проводовТехнология микрочипов
UQFNультратонкий четырехъядерный плоский без выводаTexas Instruments и Microchip Technology
Корпус с микро выводной рамкой

Микро свинца кадр пакет (MLP) представляет собой семейство интегральной схемы QFN пакетов, используемых в поверхностном монтаже электронных цепей конструкций. Он доступен в 3 версиях: MLPQ (Q означает четырехъядерный ), MLPM (M означает микро ) и MLPD (D означает двойной ). Эти корпуса обычно имеют открытую площадку для крепления штампа для улучшения тепловых характеристик. Этот пакет аналогичен пакетам масштабирования микросхемы (CSP) по конструкции. MLPD разработаны, чтобы обеспечить совместимую по занимаемой площади замену для корпусов малых интегральных схем (SOIC).

Микро выводная рамка (MLF) - это герметичный корпус, близкий к CSP , с медной подложкой выводной рамки. В этом корпусе используются площадки по периметру в нижней части корпуса для обеспечения электрического контакта с печатной платой . Лопатка для присоединения кристалла находится на дне поверхности корпуса, чтобы обеспечить эффективный тепловой путь при пайке непосредственно к печатной плате. Это также обеспечивает стабильное заземление за счет использования нисходящих соединений или электрического соединения через проводящий материал для крепления кристалла.

Более поздняя модификация конструкции, которая позволяет использовать соединения с более высокой плотностью, - это корпус с двухрядной микросхемой (DRMLF). Это пакет MLF с двумя рядами площадок для устройств, требующих до 164 операций ввода-вывода. Типичные приложения включают жесткие диски, контроллеры USB и беспроводную локальную сеть.

См. Также [ править ]

  • Держатель чипа Список упаковок и типов упаковки для чипов
  • Четырехместный плоский пакет

Ссылки [ править ]

  1. ^ Требования к дизайну для контуров твердотельных и связанных продуктов, ПУБЛИКАЦИЯ JEDEC 95, РУКОВОДСТВО ПО ДИЗАЙНУ 4.23
  2. ^ Бонни С. Бейкер, Меньшие пакеты = большие тепловые проблемы , Microchip Technology Inc.
  3. ^ http://www.freescale.com/files/analog/doc/app_note/AN1902.pdf
  4. ^ http://www.dfrsolutions.com/hubfs/Resources/services/Manufacturing-and-Reliability-Challenges-With-QFN.pdf?t=1503583170559
  5. ^ https://www.microsemi.com/document-portal/doc_view/130006-qfn-an
  6. ^ http://www.dfrsolutions.com/hubfs/Resources/services/Understanding-Criticality-of-Stencil-Aperture-Design-and-Implementation-QFN-Package.pdf
  7. ^ a b http://www.dfrsolutions.com/hubfs/Resources/services/The-Reliability-Challenges-of-QFN-Packaging.pdf?t=1502980151115
  8. ^ http://www.aimsolder.com/sites/default/files/overcoming_the_challenges_of_the_qfn_package_rev_2013.pdf , Силиг, К., и Пиджен, К. «Преодоление проблем пакета QFN», Труды SMTAI, октябрь 2011 г.
  9. ^ JEDEC JESD22-A104D, май 2005, Tempurature Велоспорт
  10. ^ JEDEC JESD22-A105C, январь 2011 г., Цикл мощности и температуры
  11. ^ JEDEC JESD22-A106B, июнь 2004, тепловой удар
  12. ^ JEDEC JESD22B113, март 2006 г., Метод испытания на изгиб циклического изгиба на уровне платы для определения характеристик надежности межсоединений компонентов для портативных электронных устройств.
  13. ^ IPC IPC-9701A, февраль 2006 г., Методы испытаний производительности и квалификационные требования для припоев для поверхностного монтажа.
  14. ^ Syed, A. и Kang, W. "Сборка на уровне платы и соображения надежности для корпусов типа QFN". Международная конференция SMTA, 2003 г.
  15. ^ Ян Ти, Т. и др. «Комплексное моделирование надежности паяных соединений на уровне плат и тестирование корпусов QFN и PowerQFN». Надежность микроэлектроники 43 (2003): 1329–1338.
  16. ^ Вианко, П. и Нейлсен, М.К. «Термомеханическая усталость пластикового четырехплоскостного блока без вывода на 56 входов / выходов (PQFN)». Международная конференция SMTA, 2015.
  17. ^ Wilde, J., и Zukowski, E. "Сравнительный анализ надежности μBGA и QFN". 8-е. Int. Конф. по тепловому, механическому и мультифизическому моделированию и экспериментам в микроэлектронике и микросистемах, 2007 IEEE, 2007.
  18. ^ De Vries, J., et al. «Надежность паяных соединений корпусов HVQFN, подвергнутых термоциклированию». Надежность микроэлектроники 49 (2009): 331-339.
  19. ^ 17. Li, L. et al. «Надежность на уровне платы и процесс сборки передовых пакетов QFN». Международная конференция SMTA, 2012.
  20. ^ Birzer, C., et al. «Исследования надежности бессвинцовых пакетов QFN до конца срока службы с помощью стресс-тестов на уровне плат для конкретных приложений». Конференция по электронным компонентам и технологиям, 2006 г.
  21. ^ Серебрени, М., Блаттау, Н., Шарон, Г., Хиллман, К., Маккласки, П. "Полуаналитическая модель усталостной долговечности для оценки надежности паяных соединений в корпусах qfn при термоциклировании". SMTA ICSR, 2017. Торонто, Онтарио.
  22. ^ Чен, WT и CW Нельсон. «Термическое напряжение в клеевых соединениях». Журнал исследований и разработок IBM 23.2 (1979): 179-188.

Внешние ссылки [ править ]

  • Замечания по монтажу платы для пакетов QFN
  • MicroLeadFrame® от Амкор Технологии
  • Технология защиты кромок для пакетов QFN от Amkor Technology
  • Журнал ChipScale Review , июль - август 2000 г.]
  • Линейная технология - Руководство пользователя пакета QFN