QFNパッケージ：タイプ、アセンブリ、および利点

マイクロコンピューター、PCB、またはプログラム可能なモジュールを扱っていますか？次に、動作するICコンポーネントが必要です。そして、QFNまたはクアッドマイクロリードフレームパッケージを検討する必要があります。 QFNとは何ですか？クワッドフラットノーリードを意味します。詳細については、この記事の後半で説明します。では、なぜQFNパッケージを選ぶのでしょうか。最も人気のあるパッケージの1つであることに加えて、QFNは用途が広いです。また、手頃な価格と卓越したパフォーマンスで際立っています。

この記事では、パッケージ、タイプ、組み立て方法などについて詳しく説明します。

始めましょう。

QFNパッケージとは何ですか？

QFNパッケージ

出典：ウィキメディアコモンズ

QFNは、ASCICをPCBに接続する半導体パッケージです。そして、それは表面実装技術を使用することによってこれを行います。

さらに、QFNは、チップスケールパッケージ（CSP）と呼ばれるリードフレームベースのパッケージです。組み立て後にリードを確認して連絡できるからです。

通常、銅製のリードフレームがQFNパッケージのPCB相互接続とダイアセンブリを構成します。さらに、このパッケージには、1列または複数列のピンを含めることができます。

とはいえ、パッケージの単一行構造は、のこぎりのシンギュレーションまたはパンチのシンギュレーションプロセスによって形成されます。また、どちらの手順でも、パッケージの広範なコレクションが1つのパッケージに分割されます。

さらに、複数列のQFNは、銅のエッチングプロセスを経て、ピンと列の優先数を取得します。次に、のこぎりで列とピンを連結します。

また、QFNには通常、パッケージの下に開いたサーマルパッドがあります。したがって、ダイからの最適な熱伝達が必要な場合は、パケットをPCBに直接はんだ付けできます。

QFNパッケージの種類

QFNパッケージにはさまざまな種類があります。それらのいくつかを次に示します。

プラスチック成形QFN

プラスチック成形QFN

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興味深いことに、このパッケージはかなり安いです。プラスチック成形されたQFNには蓋がなく、銅製のリードフレームとプラスチック製のコンパウンドの2つの部分で構成されています。ただし、約2〜3GHzのアプリケーションに限定されます。

エアキャビティQFN

エアキャビティQFN

出典：Pixabay

このQFNは、パッケージにエアキャビティを備えています。また、プラスチック製またはセラミック製の蓋、銅製のリードフレーム、およびプラスチックで成形された本体（シールなしで開いている）の3つの部分で構成されています。また、このタイプのQFNは、その構造のために高価です。ただし、20〜25GHzの範囲のマイクロ波アプリケーションに使用できます。

濡れやすい側面を備えたQFN

濡れやすい側面を備えたQFN

出典：Pixabay

濡れ可能な側面を備えたQFNは、はんだが濡れていることを示す高さを備えています。したがって、設計者はパッドがPCBに取り付けられていることを視覚的に確認して確認するのは簡単です。

パンチタイプのQFN

パンチタイプのQFN

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このタイプのQFNは、パッケージが単一の金型キャビティ形式で成形されています。そして、パンチツールが金型キャビティを分離するため、この名前が付けられました。また、この方法で成形されたパッケージは1つしか入手できないことを意味します。

ソーンタイプQFN

ソーンタイプQFNのモデル構造

出典：Researchgate

このパッケージには、成形にMAP（モールドアレイプロセス）を使用することが含まれます。この手順では、大量のボックスのセットを小さなパーツにカットする必要があります。次に、製材されたタイプのパッケージを個別に並べ替えることで、プロセスを完了することができます。

フリップチップQFN

フリップチップQFN

出典：Pixabay

フリップチップは安価な成形パッケージです。また、ボックスは基板（銅リードフレーム）上でフリップチップ相互接続を使用しています。

電気経路が短いため、電気的性能に理想的なクアッドフラットノーリードです。

ワイヤーボンドQFN

ワイヤーボンドQFN

出典：Researchgate

このパッケージは、PCBトラック、半導体、または集積回路に直接、チップ端子へのワイヤーで接続します。

QFNアセンブリ

QFNパッケージ

出典：ウィキメディアコモンズ

QFNコンポーネントの表面実装アセンブリに使用する基本的な手順は次のとおりです。

ステップ1-はんだペースト印刷を行う

まず、はんだペースト印刷で組み立てを開始する必要があります。また、このプロセスでは、コンポーネントを配置する前に、はんだペーストをボード上に均一に広げます。

ステップ2–コンポーネントの配置

PCB設計のレイアウトに基づいて、QFNICコンポーネントのボードへの取り付けを開始できます。また、コンポーネントは相互接続密度が高いため、この段階では正確で正確なツールを使用することが重要です。

ステップ3–リフロー前検査を実行する

ボードがリフローオーブンに入るのに適していることを確認する必要があるため、この手順は非常に重要です。作業中は、はんだ付けプロセスを変更する可能性のある汚染物質がボードの表面にないことを確認してください。

ステップ4–リフローはんだ付けを続行します

ボードの状態が良好であることを確認したら、はんだ付け用のリフローオーブンに入れてください。

ステップ5–リフローはんだ付け後にボードを検査する

このステップの理由は、はんだの品質を確認するためです。

また、組み立てられたコンポーネントには、ステンシルの設計と適切なPCBフットプリントが必要であることに注意することが重要です。そうすれば、設計意図に基づいて作業することになります。

QFNパッケージをどのようにはんだ付けしますか？

前述のように、はんだ付けはQFNアセンブリプロセスの重要な部分です。そのため、PCBがリフローオーブンに入ると、一部のボード部品は他の部品よりも速く加熱されます。そして、これはリフローオーブン内の温度が原因で発生します。

急速に熱くなる部分は、ボードの軽い部分です。ただし、銅の面積が大きい領域は、加熱に時間がかかります。とはいえ、プロセス全体で熱電対を使用できます。

また、このデバイスは、QFNパッケージの表面温度を監視するのに役立ちます。さらに、熱電対は、パッケージのピーク体温（Tp）が通常の値を超えないようにするのに役立ちます。

QFNパッケージの利点

• パッケージには、主要な共面性の問題はありません。
• フットプリントが小さいため、PCBのスペースを節約できます。
• QFNは、PCBアセンブリに通常の表面実装装置とフローを使用します。
• パッケージは比較的薄いです。つまり、QFNのパッケージの高さは1mm未満です。
• 優れた熱性能を備えています（はんだ付け時にダイからボードへの熱伝達に優れたルートを提供することを考慮して）。
• ボード上のコンポーネントは、サイズ、位置、およびコンタクトパッドの形状係数が小さいため、QFNのコンポーネントに近くすることができます。
• QFNにはわずかなパッケージリードインダクタンスがあります。
• 優れた電気的性能。
• 半導体パッケージは手頃な価格です。

QFNの問題

QFNは素晴らしいパッケージですが、次のような問題があります。

製造上の問題

PCB設計者として、QFNに関する重要な懸念事項の1つは製造可能性です。 QFNの配置とリフローで欠陥率を減らすのは難しいかもしれません。

間違いなく、QFNは、低混合、大量の製品に参入したときにある程度の成功を収めました。ただし、パッケージには、多品種少量の操作で潜在的な問題が発生する傾向があります。そして、この問題は、ボードとステンシルの設計という2つの重要な領域にまたがっています。

したがって、ステンシルの設計プロセスでは、開口部の設計とステンシルの厚さを正確に把握する必要があります。たとえば、ボイドやペーストが多すぎると、ステンシルのデザインに影響します。したがって、最善のアプローチは、製造元のガイドラインに従うことです。そして、はんだの厚さを約2〜3ミルにすることを目指します。

また、パッドに対するアパーチャの比率は約0.8：1である必要があり、多くの小さなアパーチャがあります。ボードのデザインについては、ボンドパッドのデザインがパッケージのフットプリントから約0.2〜0.3mm離れていることを確認してください。

はんだ付けの問題

パッケージのパッド間のピッチが狭いため、はんだブリッジのリスクが高くなります。そして、QFNにはリードがありません。そのため、パッケージをはんだ除去する必要がある場合は、問題が発生する可能性があります。

一部のOEMプロセスとの互換性

QFNパッケージは、ボードまたは部品の寸法が変化する傾向があります。そして、これは通常、パッケージに鉛がないために発生します。したがって、このICパッケージをいくつかのOEMプラクティスまたは名目上のCMの広範な範囲に公開すると、堅牢性が低下します。

また、ボードのたわみは、このパッケージで発生する可能性のあるもう1つの寸法変化です。つまり、QFN（フラットパッケージ）をインサーキットテストやボードの取り付けなどのアクティビティにさらすと、コンポーネントに高いストレスがかかります。これは、パッケージに長くて柔軟な銅線がないために発生します。

QFNとQFPの違いは何ですか？

QFPは（クワッドフラットパック）を意味します。また、パッケージの両方のアレイの違いは次のとおりです。

QFN	QFP
リードはパッケージの4つの側面に伸びています。	リードはL字型またはガルウィング型に伸びています。
PCBアセンブリプロセス中のパッケージの平均基礎。	リードフォームは、PCBアセンブリ中のパッケージの優れたベースを備えています。
バリアントなし	一部のバリアントには、非常に薄いQFP（VQFP）、薄型QFP（LQFP）、薄いQFP（TQFP）などがあります。
パッケージには8つのピンとサーマルパッドしかありません。	片側に8〜70ピンの範囲のさまざまなピンがあります。

最後の言葉

取り扱いが簡単な軽量オプションが必要な場合は、QFNパッケージが最適です。また、このリードレスICパッケージは、ICのシリコンダイをプリント回路基板に接続するのに効果的です。

さらに、パッケージは、優れた熱放散を必要とするアプリケーションに最適です。そして、集会は公園を散歩することです。あなたがする必要があるのは、この記事で強調したステップに固執することだけです。

QFNパッケージについてどう思いますか？次のプロジェクトに最適なものを入手する必要がありますか？お気軽にお問い合わせください。