Плоский пакет без потенциальных клиентов
Корпуса с плоскими выводами , такие как четырехплоские без выводов ( QFN ) и двойные плоские выводы ( DFN ), физически и электрически соединяют интегральные схемы с печатными платами . Плоские выводы без выводов, также известные как микровыводные рамки (MLF) и SON (без выводов с мелким контуром), представляют собой технологию поверхностного монтажа , одну из нескольких пакетных технологий, которые соединяют микросхемы с поверхностями печатных плат без сквозных отверстий . Плоский бесвыводный корпус представляет собой корпус в пластиковой капсуле, близкий к микросхеме, изготовленный с плоской подложкой в медной выводной рамке. Площадки по периметру в нижней части корпуса обеспечивают электрические соединения с печатной платой . [1] Плоские корпуса без свинца обычно, но не всегда, включают в себя открытую теплопроводящую площадку для улучшения теплопередачи от микросхемы (в печатную плату). Передачу тепла можно дополнительно облегчить с помощью металлических отверстий в термопрокладке. [2] Пакет QFN аналогичен четырехплоскостному пакету (QFP) и массиву шариковой сетки (BGA).
Плоское поперечное сечение без выводов
[ редактировать ]
На рисунке показано поперечное сечение плоского бесвыводного корпуса с выводной рамкой и проводным соединением . Существует два типа конструкции корпуса: отдельные пуансоны и отдельные пилы . [3] Пила-разделитель разрезает большой набор пакетов на части. При разделении пуансонов одной упаковке придается форма. В поперечном сечении показан корпус, разделенный пилой, с прикрепленной к нему термоголовкой. Выводная рамка изготовлена из медного сплава, а для крепления кремниевого кристалла к термопрокладке используется теплопроводящий клей. Кремниевый кристалл электрически соединен с выводным каркасом 1–2 тыс. штук диаметром золотыми проводами .
Подушечки распилованного пакета могут либо полностью находиться под пакетом , либо загибаться по краю пакета.
Различные типы
[ редактировать ]Распространены два типа упаковок QFN: QFN с воздушной полостью, встроенной в упаковку, и QFN, отлитые из пластика, с минимальным количеством воздуха в упаковке.
Менее дорогие QFN, отлитые из пластика, обычно ограничиваются приложениями до ~ 2–3 ГГц. Обычно он состоит всего из двух частей: пластикового компаунда и медной рамки и не поставляется с крышкой.
Напротив, QFN с воздушной полостью обычно состоит из трех частей; медная выводная рамка, пластиковый корпус (открытый и негерметичный) и керамическая или пластиковая крышка. Обычно он дороже из-за своей конструкции и может использоваться для микроволновых приложений в диапазоне частот до 20–25 ГГц.
Корпуса QFN могут иметь один или два ряда контактов.
Преимущества
[ редактировать ]Этот корпус предлагает множество преимуществ, включая уменьшенную индуктивность выводов, небольшие размеры, близкие к размеру микросхемы, тонкий профиль и малый вес. Он также использует площадки ввода-вывода по периметру для упрощения трассировки печатной платы, а технология открытых медных площадок обеспечивает хорошие тепловые и электрические характеристики. Эти особенности делают QFN идеальным выбором для многих новых применений, где важны размер, вес, тепловые и электрические характеристики.
Проблемы проектирования, производства и надежности
[ редактировать ]Улучшенные технологии упаковки и миниатюризация компонентов часто могут привести к новым или неожиданным проблемам с дизайном, производством и надежностью. Так произошло с пакетами QFN, особенно когда речь идет о внедрении новыми OEM-производителями небытовой электроники .
Проектирование и производство
[ редактировать ]Некоторые ключевые аспекты проектирования QFN — это конструкция контактной площадки и трафарета. Когда дело доходит до конструкции контактной площадки, можно использовать два подхода: с заданной паяльной маской (SMD) или с заданной паяльной маской (NSMD). Подход NSMD обычно приводит к более надежным соединениям, поскольку припой способен приклеиваться как к верхней, так и к боковым сторонам медной площадки. [4] Процесс травления меди обычно требует более строгого контроля, чем процесс пайки, что приводит к более плотным соединениям. [5] Это потенциально может повлиять на тепловые и электрические характеристики соединений, поэтому может быть полезно проконсультироваться с производителем упаковки для получения оптимальных рабочих параметров. Прокладки SMD можно использовать для уменьшения вероятности образования перемычек припоя , однако это может повлиять на общую надежность соединений. Дизайн трафарета — еще один ключевой параметр в процессе проектирования QFN. Правильная конструкция отверстий и толщина трафарета могут помочь обеспечить более равномерные соединения (т.е. минимальное образование пустот, выделение газа и плавающие детали) с необходимой толщиной, что приводит к повышению надежности. [6]
Есть проблемы и с производством. Для более крупных компонентов QFN поглощение влаги во время оплавления припоем может стать проблемой. Если упаковка впитывает большое количество влаги, то нагрев во время оплавления может привести к чрезмерной деформации компонента. Это часто приводит к тому, что углы компонента отрываются от печатной платы , что приводит к неправильному формированию соединения. Чтобы снизить риск коробления во время оплавления, уровень чувствительности к влаге 3 или выше. рекомендуется [7] Несколько других проблем при производстве QFN включают в себя: плавание детали из-за чрезмерного количества паяльной пасты под центральной термопрокладкой, большие пустоты припоя, плохие характеристики дорабатываемости и оптимизацию профиля оплавления припоя. [8]
Надежность
[ редактировать ]Упаковка компонентов часто определяется рынком бытовой электроники, при этом 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 среды высокой надежности. Известно, что компоненты QFN подвержены проблемам усталости припоя , особенно термомеханической усталости из-за термоциклирования . Значительно меньшее расстояние в корпусах QFN может привести к более высоким термомеханическим напряжениям из-за несоответствия коэффициента теплового расширения (КТР) по сравнению с корпусами со выводами. Например, в условиях ускоренного термоциклирования при температуре от -40 °C до 125 °C различные компоненты четырехплоскостного корпуса (QFP) могут выдерживать более 10 000 термических циклов, тогда как компоненты QFN имеют тенденцию выходить из строя примерно при 1000–3000 циклов. [7]
Исторически сложилось так, что тестирование надежности в основном проводилось JEDEC . [9] [10] [11] [12] однако в первую очередь это касается кристаллов и межсоединений 1-го уровня. МПК -9071А [13] попытались решить эту проблему, сосредоточив внимание на межсоединениях 2-го уровня (т.е. корпус-подложка печатной платы). Проблема с этим стандартом заключается в том, что его больше используют OEM-производители, чем производители компонентов, которые склонны рассматривать его как проблему, специфичную для конкретного приложения. В результате было проведено множество экспериментальных испытаний и анализа методом конечных элементов для различных вариантов корпуса QFN, чтобы охарактеризовать их надежность и усталостное поведение припоя . [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20]
Serebreni et al. [21] предложил полуаналитическую модель для оценки надежности паяных соединений QFN при термоциклировании. Эта модель определяет эффективные механические свойства пакета QFN и рассчитывает напряжение сдвига и деформацию с использованием модели, предложенной Ченом и Нельсоном. [22] Затем на основе этих значений определяется плотность рассеиваемой энергии деформации и используется для прогнозирования характеристических циклов до отказа с использованием 2-параметрической кривой Вейбулла .
Сравнение с другими пакетами
[ редактировать ]Корпус QFN аналогичен корпусу Quad Flat , но выводы не выходят за края корпуса. Следовательно, сложно паять корпус QFN вручную, проверять качество паяных соединений или проверять выводы.
Варианты
[ редактировать ]Разные производители используют разные названия для этого корпуса: ML (микро-выводная рамка) и FN (плоский без выводов), кроме того, существуют версии с площадками со всех четырех сторон (четырех) и с площадками только с двух сторон (двойные), толщина варьируется. от 0,9–1,0 мм для обычных упаковок и 0,4 мм для очень тонких. Сокращения включают:
| Упаковка | Описание | Производитель |
|---|---|---|
| ДФН | двойной плоский бессвинцовый корпус | Атмел, ROHM Semiconductor |
| ДКФН | двойной четырехъядерный плоский корпус без выводов | Атмел |
| cDFN | iC-Хаус | |
| ТДФН | тонкий двойной плоский бессвинцовый корпус | |
| УТДФН | ультратонкий двойной плоский бессвинцовый корпус | |
| XDFN | чрезвычайно тонкий двойной плоский бессвинцовый корпус | |
| QFN | четырехплоскостной пакет без свинца | Амкор Технолоджи |
| КФН-ТЭП | четырехъядерный плоский корпус без выводов с выступающей сверху контактной площадкой | |
| ТКФН | тонкий четырехъядерный плоский бессвинцовый корпус | |
| ТОО | пакет выводных рамок без выводов | Национальный полупроводник |
| ЛКПК | безвыводной пластиковый держатель для чипов | АСАТ Холдингс |
| МЛФ | микро-выводная рамка | Амкор Технолоджи и Атмел |
| МЛПД | двойной пакет микровыводных рамок | |
| МЛПМ | пакет микро-выводных рамок микро | |
| МЛПК | четырехъядерный пакет с микровыводными рамками | |
| ДРМЛФ | двухрядный пакет микровыводных рамок | Амкор Технолоджи |
| DRQFN | двухрядный, четырехплоский, без выступа | Микрочиповая технология |
| ВКФН/ВКФН | очень тонкий четверной флэт без отведения | Texas Instruments и другие (например, Atmel, ROHM Semiconductor) |
| HVQFN | Радиатор Очень тонкий корпус Quad Flat | |
| УДФН | ультра двойной плоский без вывода | Микрочиповая технология |
| UQFN | ультратонкий четырехъядерный без вывода | Texas Instruments и технология микрочипов |
Пакет микровыводных рамок (MLP) представляет собой семейство пакетов интегральных схем QFN, используемых в схем поверхностного монтажа электронных конструкциях . Он доступен в трех версиях: MLPQ (Q означает четырехъядерный ), MLPM (M означает микро ) и MLPD (D означает двойной ). Эти корпуса обычно имеют открытую площадку для крепления матрицы для улучшения тепловых характеристик. Этот пакет по конструкции аналогичен пакетам масштаба микросхемы (CSP). MLPD предназначены для обеспечения совместимой по размеру замены корпусов интегральных схем малого размера (SOIC).
Микровыводная рамка (MLF) представляет собой корпус, герметизированный пластиком, близким 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 крепления кристалла открыта в нижней части поверхности корпуса, чтобы обеспечить эффективный путь нагрева при пайке непосредственно к печатной плате. Это также обеспечивает стабильное заземление за счет использования нижних связей или электрического соединения через проводящий материал для крепления матрицы.
Более поздним вариантом конструкции, обеспечивающим более высокую плотность соединений, является корпус с двухрядной микровыводной рамкой (DRMLF). Это пакет MLF с двумя рядами земель для устройств, требующих до 164 входов/выходов. Типичные области применения включают жесткие диски, USB-контроллеры и беспроводные локальные сети.
См. также
[ редактировать ]- Держатель чипа Упаковка для чипа и список типов упаковки
- Четырехместный пакет
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Требования к проектированию контуров твердотельных и сопутствующих изделий, ПУБЛИКАЦИЯ JEDEC 95, РУКОВОДСТВО ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ 4.23.
- ^ Бонни К. Бейкер, Меньшие корпуса = большие проблемы с теплом , Microchip Technology Inc.
- ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 28 августа 2006 г. Проверено 26 сентября 2008 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ) - ^ http://www.dfrsolutions.com/hubfs/Resources/services/Manufacturing-and-Reliability-Challenges-With-QFN.pdf?t=1503583170559 [ только URL-адрес PDF ]
- ^ https://www.microsemi.com/document-portal/doc_view/130006-qfn-an [ только URL-адрес PDF ]
- ^ http://www.dfrsolutions.com/hubfs/Resources/services/Understanding-Criticality-of-Stencil-Aperture-Design-and-Implementation-QFN-Package.pdf [ только URL-адрес PDF ]
- ^ Перейти обратно: а б http://www.dfrsolutions.com/hubfs/Resources/services/The-Reliability-Challenges-of-QFN-Packaging.pdf?t=1502980151115 [ только URL-адрес PDF ]
- ^ 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.
- ^ JEDEC JESD22-A104D, май 2005 г., Температурный цикл.
- ^ JEDEC JESD22-A105C, январь 2011 г., Циклическое изменение мощности и температуры.
- ^ JEDEC JESD22-A106B, июнь 2004 г., Тепловой удар
- ^ JEDEC JESD22B113, март 2006 г., Метод испытания на циклический изгиб на уровне платы для определения характеристик надежности межсоединения компонентов портативных электронных устройств
- ^ IPC IPC-9701A, февраль 2006 г., Методы тестирования производительности и квалификационные требования для припоев для поверхностного монтажа.
- ^ Сайед А. и Канг В. «Сборка на уровне платы и соображения надежности для корпусов типа QFN». Международная конференция SMTA, 2003 г.
- ^ Ян Ти, Т. и др. «Комплексное моделирование надежности паяных соединений на уровне платы и тестирование корпусов QFN и PowerQFN». Надежность микроэлектроники 43 (2003): 1329–1338.
- ^ Вианко, П. и Нильсен, М.К. «Термическая механическая усталость пластикового четырехплоского корпуса без свинца (PQFN) с 56 входами и выходами». Международная конференция SMTA, 2015.
- ^ Уайльд Дж. и Жуковски Э. «Сравнительный анализ надежности μBGA и QFN». 8-й. Межд. Конф. по тепловому, механическому и мультифизическому моделированию и экспериментам в микроэлектронике и микросистемах, 2007 г., IEEE, 2007 г.
- ^ Де Врис, Дж. и др. «Надежность паяных соединений HVQFN-корпусов, подвергнутых термоциклированию». Надежность микроэлектроники 49 (2009): 331-339.
- ^ 17. Ли, Л. и др. «Надежность на уровне платы и процесс сборки расширенных пакетов QFN». Международная конференция SMTA, 2012.
- ^ Бирзер, К. и др. «Исследование надежности безвыводных корпусов QFN до окончания срока службы с помощью стресс-тестов на уровне платы для конкретных приложений». Конференция по электронным компонентам и технологиям, 2006 г.
- ^ 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.
- ^ Чен, WT и CW Нельсон. «Термическое напряжение в клеевых соединениях». Журнал исследований и разработок IBM 23.2 (1979): 179–188.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Замечания по монтажу платы для корпусов QFN
- MicroLeadFrame® от Amkor Technology
- Технология защиты кромок для пакетов QFN от Amkor Technology
- Обзор ChipScale. Архивировано 30 сентября 2011 г. в журнале Wayback Machine , июль – август 2000 г.]
- Линейная технология — Руководство пользователя пакета QFN