پکیج QFN و پکیج DQFN دو نمونه از پکیج آی سی های SMD می باشند. پکیج آی سی در انواع مختلفی وجود دارد. یکی از پکیج های محبوب پکیج QFN می باشد. این پکیج مینیاتوری برای مصارف صنعتی، خودرویی و پاور مناسب است. وقتی نوبت به این پکیج ها می رسد، در مورد انواع آن، ویژگی ها، طراحی و مونتاژ آنها و همچنین مزایای آنها چیزهای زیادی برای یادگیری داریم.
آنچه در این مقاله می‌خوانید
پکیج QFN و پکیج DQFN مخفف چیست؟
پکیج Quad Flat No-Lead) QFN) مخفف بسته بندی چهار طرف فلت بدون پایه است. آی سی QFN یک پکیج بدون پایه است که در اندازه کوچک موجود می باشد و اتلاف حرارت متوسطی را در PCB ها ارائه می دهد. مانند هر پکیج آی سی دیگر، وظیفه پکیج QFN اتصال قالب سیلیکونی آی سی به برد مدار چاپی است.
چیپ های QFN (همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است) به طور کلی دارای یک ردیف پد (پکیج QFN) یا دو ردیف پد (پکیج DQFN) هستند. پکیج DQFN مخفف Dual Quad Flat No-Lead می باشد. در هر دوی این پکیج ها پدها در اطراف یک پد مرکزی بزرگتر (که flag یا Epad نامیده می شود) قرار دارند و همگی در یک بدنه پلاستیکی محصور شده اند. آیسی های QFN با فرآیند Reflow بر روی PCB لحیم کاری و مونتاژ می‌شوند.
پدهای محیطی آی سی QFN معمولاً برای تخصیص سیگنال استفاده می شوند، در حالی که flag دو کاربرد دارد:
۱- مسیر انتقال حرارت گرمای دیوایس
۲- زمین دیوایس
بسیاری از آیسی های QFN از flag فقط برای اتصال به زمین (VSS) و همچنین مسیر انتقال حرارت استفاده می کنند.
داخل یک پکیج QFN چه می گذرد؟
آیسی های QFN با یک قالب عرضه می شوند که توسط پین ها احاطه شده است. پین ها از آلیاژ مس با پوشش قلع مات ساخته شده اند. قالب و پین ها معمولاً با استفاده از سیم به یکدیگر متصل می شوند. مس یا طلا معمولاً برای اتصال سیم ترجیح داده می شود. برخی از تولیدکنندگان از فناوری فلیپ تراشه برای این اتصال استفاده می کنند. تکنیک فلیپ تراشه عملکرد الکتریکی بهتری را در مقایسه با روش معمولی ارائه می دهد.
پدهای فلزی (پین ها) در امتداد چهار لبه سطح زیرین قرار دارند و محل اتصالات الکتریکی را به برد مدار چاپی PCB ارائه می دهند. قسمت زیر پکیج QFN از یک پد در معرض دید تشکیل شده است. این پد یک مسیر گرمای کارآمد را به برد مدار چاپی PCB ارائه می دهد. این پد، اتصال به زمین را نیز امکان پذیر می کند. این پد واقع شده در زیر پکیج QFN، به برد مدار چاپی لحیم می شود.
برخی از ویژگی های آیسی های QFN به شرح زیر می باشند:
- حداکثر ارتفاع نشستن بر روی برد مدار چاپی 0.35 تا 2.10 میلی متر (استاندارد: 0.85 میلی متر)
- آبکاری ترمینال Ni-Pd-Au و Sn
- بدون پایه
- مطابقت با RoHS، ELV و REACH
انواع رایج چیپ های QFN شامل پکیج QFN نازک (TQFN)، پکیج QFN بسیار نازک (VQFN) و غیره می باشند.
مقایسه پکیج QFN و پکیج QFP
1- پکیج QFN از نظر فیزیکی قوی، و از نظر حرارتی کارآمدتر است و فضای PCB بسیار کمتری را نسبت به پکیج QFP معادل اشغال می‌کند.
2- در پکیج QFP، بر خلاف پکیج QFN، پینها به شکل L از بدنه تراشه بیرون آورده شده اند. و درست مانند آیسی های QFN، پینها در هر چهار طرف تراشه قرار می گیرند، از این رو این پکیج ها Quad نامیده می شوند.
3- در حین لحیم کاری پکیج QFN ، اگر مقدار زیادی خمیر لحیم زیر دیوایس قرار گیرد، قطعه شناور می شود. و ممکن است باعث شود که پدهای محیطی آی سی QFN به برد مدار چاپی PCB نرسند و باعث عدم لحیم کاری پدهای محیطی شود. همچنین، اگر خمیر لحیم زیر flag کم باشد، آی سی QFN خیلی پایین می‌آید و می‌تواند باعث شود که پدهای مجاور اتصال کوتاه شوند. برای رفع این مسائل، محدودیت هایی برای استفاده از چیپ های QFN اعمال می شود.
نکات طراحی برد مدار چاپی برای پکیج QFN
1- هنگام طراحی برد مدار چاپی PCB برای پکیج QFN ، در داخل flag سعی کنید از تعداد ویاهای زیادی استفاده کنید تا انتقال حرارت به خوبی صورت گیرد. مثلا این عدد برای چیپ های QFN 36 پین باید حداقل ۸ وایا باشد و حداقل 16 وایا برای flag های 6×6 میلی متر.
2- برای گرفتن نتیجه بهتر، از وایا های با اندازه سوراخ 0.28 میلی متر تا 0.5 میلی متر استفاده کنید.
در طراحی flag آیسی های QFN بسیار دقت کنید زیرا نقش مهم و حیاتی در انتقال حرارت دیوایس را ایفا می کند. در اینجا یک مثال از طراحی PCB برای flag برای یک تراشه با پکیج qfn آورده شده است که اندازه flag آن 6.1×6.1mm می باشد. اندازه flag بر روی pcb، باید از اندازه واقعی flag اندکی کوچکتر باشد. در این مثال 6.05×6.05mm است.
روتینگ پکیج QFN
- برای آیسی های QFN از روتینگ در فضای بین flag و پدهای محیطی خودداری کنید.
- روتینگ در فضای بین flag و پدهای محیطی می تواند براحتی منجر به اتصال کوتاه شود. بدلیل فضای کمی که بین این دو در زیر چیپ های QFN وجود دارد.
- اتصال کوتاه می تواند بین ترک ها و مخصوصا وایا اتفاق بیفتد حتی اگر با چاپ سبز هم پوشیده شده باشند. علت آن این است که لبه ترکها، یا لبه پد وایاها و مخصوصا لبه سوراخ وایا می تواند چاپ سبز نگیرد و یا در طول پروسه لحیم کاری چاپ سبز آن از بین برود.
روتینگ پکیج DQFN
- هنگام روتینگ پکیج DQFN بین flag و پدهای محیطی بسیار دقت کنید.
- برای روتینگ پدهای داخلی آیسی DQFN از فضای بین flag و پدها استفاده کنید. و ترکها را از طریق وایا به بیرون دیوایس هدایت کنید.
- مطابق توضیحات قبلی این می تواند باعث اتصال کوتاه شود اما تفاوت آن این است که در پکیج DQFN بین flag و پدها گپ بزرگتری وجود دارد که احتمال اتصال کوتاه را کاهش می دهد. برای اطمینان بیشتر وایاها را هم با چاپ سبز بپوشانید.
مزایای استفاده از پکیج QFN
- پکیج QFN بدون پایه و سبک وزن است و به راحتی قابل حمل می باشد.
- اندوکتانس پین چیپ های QFN کم است.
- برای کاربردهایی که نیاز به اتلاف حرارت دارند، آی سی های QFN ایده آل هستند.
- آی سی های QFN به راحتی و با هزینه کم در دسترس هستند.
چگونه پکیج QFN را روی PCB لحیم کنیم؟
لحیم کاری بخشی از فرآیند مونتاژ آی سی QFN است. در طول فرآیند مونتاژ، قطعات پس از غربالگری خمیر لحیم کاری سوار می شوند. پس از اینکه چیپ های QFN با استفاده از ابزار pick and place بر روی برد مدار چاپی قرار داده شدند، با استفاده از لحیم کاری Reflow لحیم می شوند.
هنگامی که برد مدار چاپی PCB وارد کوره جریان مجدد (Reflow) می‌شود، دمای داخل کوره باعث می‌شود قسمت‌های خاصی از برد سریع‌تر از بقیه گرم شوند. قطعات سنگین تر و مناطق مسی بزرگ (مانند پولیگان ها) به زمان بیشتری برای گرم شدن نیاز دارند.
دمای سطح بالای پکیج QFN با استفاده از ترموکوپل ها در طول فرآیند کنترل می شود. این بررسی برای این است که حداکثر دمای بدنه (TP) پکیج QFN از مقادیر استاندارد تجاوز نکند.
اتصالات لحیم کاری آی سی QFN چگونه بازرسی می شوند؟
پس از مونتاژ آی سی های QFN، لحیم کاری پین های آی سی بررسی می شوند. اتصالات لحیم کاری پکیج QFN در زیر پکیج تشکیل شده است. از این رو برای بازرسی آن ها از بازرسی نوری و بازرسی اشعه ایکس استفاده می شود.
متشکرم
توضیحات خوب و جامع هست
ممنونم. خدا رو شکر که راضی هستین