Płaski pakiet bez ołowiu - Flat no-leads package
Płaskie pakiety bezodprowadzeniowe, takie jak quad-flat bez- przewodowe ( QFN ) i podwójne-płaskie bez- przewodowe ( DFN ) fizycznie i elektrycznie łączą obwody scalone z płytkami drukowanymi . Płaskie no-przewody, znane również jako mikro leadframe (MLF) i syn (małej zarysie żadnych leads), to montaż powierzchniowy , jeden z kilku pakietów, które łączą technologie scalone do powierzchni z płytek bez otworów przelotowych . Płaski bezołowiowy jest zamkniętym opakowaniem z tworzywa sztucznego w skali bliskiej chipa , wykonanym z płaskiego podłoża z miedzianej ramy ołowianej. Wypusty obwodowe na spodzie obudowy zapewniają połączenia elektryczne z płytką drukowaną . Płaskie pakiety bezołowiowe zawierają odsłoniętą podkładkę przewodzącą ciepło, która poprawia przenoszenie ciepła z układu scalonego (do płytki drukowanej). Przenikanie ciepła może być dodatkowo ułatwione przez metalowe przelotki w podkładce termicznej. Pakiet QFN jest podobny do pakietu quad-flat (QFP) i układu siatki kulowej (BGA).
Płaski przekrój bez ołowiu
Rysunek przedstawia przekrój płaskiego pakietu bez ołowiu z ramką ołowianą i wiązaniem drutowym . Istnieją dwa rodzaje konstrukcji korpusu, izolacja stempla i izolacja piły . Pojedyncza piła tnie duży zestaw pakietów na części. Podczas pojedynkowania stempli pojedyncze opakowanie jest formowane w kształt. Przekrój przedstawia pojedynczy korpus piły z dołączoną termiczną podkładką pod głowicę. Ramka ołowiana wykonana jest ze stopu miedzi, a do mocowania silikonowej matrycy do podkładki termicznej zastosowano klej przewodzący ciepło. Matryca silikonowa jest elektrycznie połączona z ramką wyprowadzeń za pomocą złotych drutów o średnicy 1-2 tys .
Podkładki w pakiecie z pojedynczą piłą mogą znajdować się całkowicie pod opakowaniem lub można je zagiąć wokół krawędzi opakowania.
Różne rodzaje
Powszechnie stosowane są dwa typy opakowań QFN: QFN z wnęką powietrzną , z wnęką powietrzną zaprojektowaną w opakowaniu oraz QFN formowane z tworzywa sztucznego ze zminimalizowanym przepływem powietrza w opakowaniu.
Tańsze QFN formowane z tworzywa sztucznego są zwykle ograniczone do zastosowań do ~2–3 GHz. Zwykle składa się tylko z 2 części, tworzywa sztucznego i miedzianej ramy ołowianej i nie jest wyposażony w pokrywę.
Natomiast komora powietrzna QFN składa się zwykle z trzech części; miedziana rama ołowiana, korpus formowany z tworzywa sztucznego (otwarty i nieuszczelniony) oraz ceramiczna lub plastikowa pokrywa. Jest zwykle droższy ze względu na swoją konstrukcję i może być używany do zastosowań mikrofalowych do 20–25 GHz.
Pakiety QFN mogą mieć pojedynczy rząd kontaktów lub podwójny rząd kontaktów.
Zalety
Ten pakiet oferuje wiele korzyści, w tym zmniejszoną indukcyjność ołowiu, niewielkie rozmiary „blisko skali chipa”, cienki profil i niską wagę. Wykorzystuje również obwodowe pady we/wy, aby ułatwić prowadzenie ścieżek PCB, a technologia odsłoniętej miedzianej matrycy zapewnia dobrą wydajność termiczną i elektryczną. Te cechy sprawiają, że QFN jest idealnym wyborem dla wielu nowych zastosowań, w których ważne są rozmiar, waga oraz parametry termiczne i elektryczne.
Wyzwania w zakresie projektowania, produkcji i niezawodności
Udoskonalone technologie pakowania i miniaturyzacja komponentów często mogą prowadzić do nowych lub nieoczekiwanych problemów z projektowaniem, produkcją i niezawodnością. Tak było w przypadku pakietów QFN, zwłaszcza jeśli chodzi o przyjęcie przez nowych niekonsumenckich elektronicznych producentów OEM .
Projektowanie i produkcja
Niektóre kluczowe kwestie dotyczące projektowania QFN to projektowanie podkładek i szablonów. Jeśli chodzi o projektowanie padów, można zastosować dwa podejścia: zdefiniowaną maskę lutowniczą (SMD) lub zdefiniowaną maskę lutowniczą (NSMD). Podejście NSMD zwykle prowadzi do bardziej niezawodnych połączeń, ponieważ lut może łączyć się zarówno z górną, jak i boczną powierzchnią podkładki miedzianej. Proces trawienia miedzi ma również ogólnie ściślejszą kontrolę niż proces maskowania lutu, co skutkuje bardziej spójnymi połączeniami. Może to potencjalnie wpływać na wydajność cieplną i elektryczną złączy, dlatego pomocne może być skonsultowanie się z producentem opakowania w celu uzyskania optymalnych parametrów wydajności. Podkładki SMD mogą być używane w celu zmniejszenia szans na mostkowanie lutownicze , jednak może to wpłynąć na ogólną niezawodność połączeń. Projekt szablonu to kolejny kluczowy parametr w procesie projektowania QFN. Właściwa konstrukcja otworu i grubość szablonu mogą pomóc w tworzeniu bardziej spójnych połączeń (tj. minimalne puste przestrzenie, odgazowanie i części pływające) o odpowiedniej grubości, co prowadzi do poprawy niezawodności.
Pojawiają się również problemy po stronie produkcyjnej. W przypadku większych komponentów QFN problemem może być absorpcja wilgoci podczas ponownego rozpływu lutu . Jeśli w opakowaniu występuje duża ilość wilgoci, wówczas ogrzewanie podczas ponownego rozpływu może prowadzić do nadmiernego wypaczenia komponentów. Często powoduje to unoszenie się rogów elementu z płytki drukowanej , co powoduje nieprawidłowe formowanie połączenia. Aby zmniejszyć ryzyko problemów z wypaczeniem podczas ponownego rozpływu, zaleca się poziom wrażliwości na wilgoć 3 lub wyższy. Kilka innych problemów związanych z produkcją QFN obejmuje: unoszenie się części z powodu nadmiernej ilości pasty lutowniczej pod środkową podkładką termiczną, duże puste przestrzenie po lutowiu, słaba charakterystyka ponownego przetwarzania oraz optymalizacja profilu rozpływu lutu.
Niezawodność
Opakowania komponentów są często napędzane przez rynek elektroniki użytkowej, przy czym mniej uwagi poświęca się branżom o wyższej niezawodności, takim jak motoryzacja i lotnictwo. Dlatego integracja rodzin pakietów komponentów, takich jak QFN, w środowiskach o wysokiej niezawodności może być wyzwaniem. Wiadomo, że komponenty QFN są podatne na problemy ze zmęczeniem lutu , zwłaszcza zmęczenie termomechaniczne spowodowane cyklami termicznymi . Znacznie mniejszy dystans w opakowaniach QFN może prowadzić do wyższych naprężeń termomechanicznych z powodu niedopasowania współczynnika rozszerzalności cieplnej (CTE) w porównaniu z opakowaniami z ołowiem. Na przykład, w warunkach przyspieszonego cyklu termicznego w zakresie od -40°C do 125°C, różne elementy w czterech płaskich opakowaniach (QFP) mogą wytrzymać ponad 10 000 cykli termicznych, podczas gdy elementy QFN mają tendencję do awarii po około 1000-3000 cyklach.
Historycznie rzecz biorąc, testy niezawodności były głównie prowadzone przez JEDEC , jednak skupiały się one głównie na połączeniach matrycowych i 1-poziomowych. IPC- 9071A próbował rozwiązać ten problem, skupiając się na połączeniach drugiego poziomu (tj. pakiet do podłoża PCB). Wyzwanie związane z tym standardem polega na tym, że został on w większym stopniu przyjęty przez producentów OEM niż przez producentów komponentów, którzy mają tendencję do postrzegania go jako problemu specyficznego dla aplikacji. W rezultacie przeprowadzono wiele testów eksperymentalnych i analizy elementów skończonych w różnych wariantach pakietów QFN, aby scharakteryzować ich niezawodność i zachowanie zmęczeniowe lutu .
Serebreni i in. zaproponował model półanalityczny do oceny niezawodności połączeń lutowanych QFN w warunkach cykli termicznych. Model ten generuje efektywne właściwości mechaniczne dla pakietu QFN oraz oblicza naprężenia ścinające i odkształcenia przy użyciu modelu zaproponowanego przez Chena i Nelsona. Gęstość rozproszonej energii odkształcenia jest następnie określana z tych wartości i wykorzystywana do przewidywania charakterystycznych cykli do uszkodzenia przy użyciu 2-parametrowej krzywej Weibulla .
Porównanie z innymi pakietami
Opakowanie QFN jest podobne do płaskiego opakowania poczwórnego , ale wyprowadzenia nie wystają z boków opakowania. W związku z tym trudno jest ręcznie lutować pakiet QFN, sprawdzać jakość złącza lutowanego lub przewody sondy.
Warianty
Różni producenci stosują różne nazwy dla tego pakietu: ML (mikro-leadframe) kontra FN (płaskie bezołowiowe), dodatkowo istnieją wersje z nakładkami na wszystkich czterech bokach (quad) i nakładkami tylko po dwóch stronach (podwójne), o różnej grubości od 0,9 do 1,0 mm dla zwykłych opakowań i 0,4 mm dla bardzo cienkich. Skróty obejmują:
Pakiet | Producent | |
---|---|---|
DFN | podwójny płaski pakiet bezołowiowy | Atmel |
DQFN | pakiet dual quad flat bez ołowiu | Atmel |
cDFN | Dom iC | |
TDFN | cienki podwójny płaski pakiet bezołowiowy | |
UTDFN | ultracienkie podwójne płaskie opakowanie bez ołowiu | |
XDFN | wyjątkowo cienki podwójny płaski pakiet bezołowiowy | |
QFN | poczwórny płaski pakiet bez ołowiu | Technologia Amkor |
QFN-TEP | poczwórny płaski pakiet bez ołowiu z odkrytą od góry podkładką | |
TQFN | cienki poczwórny płaski pakiet bez ołowiu | |
LLP | bezołowiowy pakiet leadframe | Krajowy półprzewodnik |
LPCC | bezołowiowy plastikowy nośnik wiórów | Holdingi ASAT |
MLF | mikro-leadframe | Technologia Amkor i Atmel |
MLPD | pakiet micro-leadframe dual | |
MLPM | pakiet micro-leadframe micro | |
MLPQ | pakiet mikro-leadframe quad | |
DRMLF | dwurzędowy pakiet micro-leadframe | Technologia Amkor |
VQFN/WQFN | bardzo cienki poczwórny płaski bez ołowiu | Texas Instruments i inne (takie jak Atmel) |
UDFN | ultra dual flat bez ołowiu | Technologia mikroprocesorowa |
UQFN | ultracienkie płaskie płaskie bez ołowiu | Texas Instruments i technologia Microchip |
Micro lead frame package (MLP) to rodzina pakietów układów scalonych QFN, stosowanych w projektach układów elektronicznych do montażu powierzchniowego . Dostępny jest w 3 wersjach: MLPQ (Q oznacza quad ), MLPM (M oznacza micro ) i MLPD (D oznacza dual ). Te opakowania mają na ogół odsłoniętą podkładkę do mocowania matrycy, aby poprawić wydajność termiczną. Ten pakiet jest podobny do pakietów wagi chipowej (CSP) w budownictwie. MLPD zostały zaprojektowane w celu zapewnienia zgodnego z rozmiarem zamiennika pakietów układów scalonych o niewielkich zarysach (SOIC).
Micro lead frame (MLF) to obudowa z tworzywa sztucznego zbliżona do CSP z miedzianym podłożem leadframe. W tym opakowaniu zastosowano listwy obwodowe na spodzie opakowania, aby zapewnić styk elektryczny z płytką drukowaną . Łopatka do mocowania matrycy jest odsłonięta na spodzie powierzchni opakowania, aby zapewnić wydajną ścieżkę cieplną po przylutowaniu bezpośrednio do płytki drukowanej. Umożliwia to również stabilne uziemienie poprzez zastosowanie wiązań dolnych lub połączenie elektryczne przez przewodzący materiał do mocowania matrycy.
Nowszą odmianą projektu, która pozwala na połączenia o większej gęstości, jest pakiet dwurzędowej ramy mikroprowadzeniowej (DRMLF). Jest to pakiet MLF z dwoma rzędami pól dla urządzeń wymagających do 164 I/O. Typowe zastosowania obejmują dyski twarde, kontrolery USB i bezprzewodową sieć LAN.
Zobacz też
- Nośnik chipów Opakowanie chipów i lista rodzajów opakowań
- Poczwórny pakiet płaski