Кіріспе

Барлық 4 жағында контактілері бар интегралды схемалық жиынтық, топтаманың төменгі жағында төрт қабатты (QFN) және қос қабатты (DFN) сияқты сымсыз топтамалар интегралды схемаларды физикалық және электрлік түрде баспалы схема тақталарына жалғастырады. Flat no leads, micro leadframe (MLF) және SON (small outline no leads) деп те аталады, бұл IC-ді PCB-дің бетіне тесіктерсіз жалғайтын бірнеше пакет технологияларының бірі. Пакет түбіндегі периметрлік жерлер ПКБ-ға электрлік қосылымдарды қамтамасыз етеді. Қорғасынсыз жалпақ пакеттерде, әдетте, бірақ әрқашан емес, IC-ден (PCB-ге) жылу беруді жақсарту үшін ашық жылу өткізгіш тақташа болады. Жылуды беруді жылулық жапсырмадағы металл тесіктер арқылы жеңілдетуге болады. QFN пакеті төрт қабатты пакетке (QFP) және шарлы тор массивіне (BGA) ұқсас.

Свинсіз жазық көлденең қимасы

Суретте қорғасынсыз, қорғасынды қаңқасы бар және сыммен жабыстырылған жазық пакеттің қимасы көрсетілген. Боди дизайнының екі түрі бар, соққымен және пісірумен. Ажырату арқылы үлкен пакет бөлшектерге бөлініп кетеді. Пункстік сингляцияда бір пакетті пішінге айналдырады. Кесінді кесіндіде пісірілген дене және оған бекітілген термиялық бас жапсырмасы көрсетілген. Қорғасынды рама мыс қорытпасынан жасалған және силиконды үлпекті жылулық жапсырмаға бекіту үшін жылу өткізгіш жабысқақ қолданылады. Кремнийлі үлпек 12 мың диаметрлі алтын сымдармен қорғасын қаңқасына электрлік байланыста болады. Палкалы пакеттің төсеніштері толықтай пакет астында болуы мүмкін немесе олар пакеттің жиегімен бүктелуі мүмкін.

Түрлі түрлері

QFN-дің екі түрі кең таралған: QFN-де ауа қуысы бар, ол пакетке ауа қуысын енгізеді, ал QFN-де ауа барынша азайтылған пластикалық қалыпты QFN. Арзан пластикалық қалыпталған QFN-лер әдетте ~23 ГГц-қа дейінгі қосымшаларға шектеледі. Ол әдетте тек 2 бөліктен тұрады, пластмассадан жасалған және мыс қорғасыннан жасалған қаңқадан тұрады және қақпағымен бірге келмейді. Ал QFN ауа қуысы әдетте үш бөліктен тұрады: мыс қорғасын қаңқасы, пластикалық қалыпты корпус (ашық және жабық емес) және керамикалық немесе пластикалық қақпақ. Әдетте ол құрылысына байланысты қымбат болады және 20-25 ГГц-қа дейінгі микротолқынды қолданбаларда пайдаланылуы мүмкін. QFN пакеттерінде бір қатарлы контакттар немесе қос қатарлы контакттар болуы мүмкін.

Артықшылықтар

Бұл пакет әр түрлі артықшылықтарды ұсынады, соның ішінде қорғасын индукциясын азайту, кішігірім "шіп масштабындағы" аяқ ізін, жұқа профильді және аз салмақты. Ол сонымен қатар ПХБ-ның жолдарын жеңілдету үшін периметрлік I / O пакеттерін қолданады, ал ашық мыс үлпек пакеттер технологиясы жақсы жылулық және электрлік өнімділікті ұсынады. Бұл қасиеттер QFN-ді көптеген жаңа қолданбалар үшін идеалды таңдау етеді, онда өлшем, салмақ, жылу және электрлік өнімділік маңызды.

Құрылыс, өндіріс және сенімділік мәселелері

Өтетілген қаптама технологиялары мен бөлшектерді шағыншалау көбінесе жаңа немесе күтпеген дизайнға, өндіріске және сенімділік мәселелеріне әкелуі мүмкін. Бұл жағдай QFN пакеттерімен болған, әсіресе тұтынушы емес электронды құрылғылардың жаңа OEM-лер қабылдаған кезде.

Құрылыс және өндіріс

Кейбір негізгі QFN дизайны - бұл пад және штемпель дизайны. Блондау жапсырмасын жобалау кезінде екі тәсіл қабылдануы мүмкін: дәнекерлеу маскасы анықталды (SMD) немесе дәнекерлеу маскасы анықталмаған (NSMD). NSMD әдісі әдетте сенімді жалғауларға әкеледі, өйткені дәнекерлеу мыс жапсырманың жоғарғы және бүйірлеріне қосыла алады. Мыс эфирлеу процесі де, әдетте, дәнекерлеу маскалау процесіне қарағанда қатаң бақылауға ие, нәтижесінде біріктірулер біркелкі болады. Бұл буындардың жылулық және электрлік қызметтеріне әсер етуі мүмкін, сондықтан оңтайлы қызмет параметрлері үшін пакет өндірушісінен кеңес алу пайдалы болуы мүмкін. SMD жапсырмаларын дәнекерлеу көпіршіктерін азайту үшін қолдануға болады, бірақ бұл буынның жалпы сенімділігіне әсер етуі мүмкін. Штамп дизайны - QFN жобалау процесіндегі тағы бір негізгі параметр. Дұрыс диафрагмалық дизайн және штемпельдің қалыңдығы дұрыс қалыңдығы бар, сенімділікті арттыруға мүмкіндік беретін, тұрақты жалғауларды (яғни, аздап босатқан, газдан тыс және жүзуші бөліктерді) жасауға көмектеседі. Сонымен қатар, өндіріс саласында да мәселелер бар. Үлкен QFN компоненттерінде дәнекерлеуді қайта ағызу кезінде ылғал сіңіру мәселесі туындауы мүмкін. Егер қорапқа ылғал көп сіңірілсе, онда қайта ағызу кезінде қыздыру компоненттің шамадан тыс бүлінуіне әкелуі мүмкін. Бұл көбінесе компоненттің бұрыштарының баспалы схема тақтасынан көтерілуіне әкеледі, бұл дұрыс емес буынның пайда болуына әкеледі. Қайта ағызу кезінде бүгілу мәселелерін азайту үшін ылғал сезімталдығы деңгейі 3 немесе одан жоғары болуы ұсынылады. QFN өндірісімен байланысты тағы бірнеше мәселелерге: орталық жылулық төсеме астындағы шектен тыс дәнекерлеу пастасына байланысты бөліктердің жүзуі, үлкен дәнекерлеудің бос болуы, қайта өңдеуге болатын нашар сипаттамалары және дәнекерлеудің қайта ағу профилін оңтайландыру жатады.

Сенімділік

Компоненттік таңбалауды көбінесе тұтынушы электроника нарығы басқарады, ал автомобиль және авиация сияқты сенімділік жоғары салаларға аз көңіл бөлінеді. Сондықтан QFN сияқты компоненттік пакеттер топтарын жоғары сенімділік ортасына қосу қиын болуы мүмкін. QFN компоненттері дәнекерлеудің шаршауына, әсіресе термомеханикалық шаршауға ұшырайды. QFN пакеттердегі едәуір төменгі тұрақ, қорғасынды пакеттерге қарағанда, жылулық кеңею коэффициентінің (CTE) сәйкес келмеуінен жоғары термомеханикалық тартылыстарға әкелуі мүмкін. Мысалы, 40 °C-тен 125 °C-қа дейінгі жеделдетілген жылу циклінің жағдайында әртүрлі төрт қабатты пакет (QFP) компоненттері 10 000 жылу циклінен астам уақытқа созылуы мүмкін, ал QFN компоненттері шамамен 1000-3000 циклден кейін істен шығады. Алайда, бұл негізінен 1 және 2-деңгейлі байланыс желілеріне бағытталған. IPC 9071A 2-деңгейлі өзара байланыстарға (яғни PCB субстратқа пакет) назар аудару арқылы осы мәселені шешуге тырысты. Бұл стандарттың қиындығы - оны компонент өндірушілерге қарағанда OEM-тер көбірек қабылдады, олар оны арнайы қосымша ретінде қарастырады. Нәтижесінде олардың сенімділігін және дәнекерлеудің шаршау мінез-құлқын сипаттау үшін әртүрлі QFN пакет нұсқаларында көптеген тәжірибелік сынақтар мен шекті элементтер талдауы жүргізілді. Серебрен және басқалар. QFN дәнекерлеу буынының сенімділігін жылу циклы кезінде бағалау үшін жартылай аналитикалық модель ұсынды. Бұл модель QFN пакетіне тиімді механикалық қасиеттер береді және Чен мен Нельсон ұсынған модельді қолдана отырып, қию кернеуі мен ауытқуын есептейді. Осы мәндерден диссипацияланған кернеудің энергия тығыздығы анықталады және 2 параметрлі Вейбулл қисығын пайдалана отырып, ақаулыққа дейінгі сипаттамалық циклдерді болжауға қолданылады.

Басқа пакетпен салыстыру

QFN пакеті төрт қабатты пакетке ұқсас, бірақ өткізгіштер пакеттің қабырғаларынан шықпайды. Сондықтан QFN пакетті қолмен дәнекерлеу, дәнекерлеу буынының сапасын тексеру немесе зондты жүргізу қиын.