La tua guida definitiva ai pacchetti QFN: Struttura, Tipi, Benefici

I dispositivi elettronici stanno avanzando rapidamente, richiedono design compatto ed efficienza. Tra tante scelte che contano, I pacchetti QFN sono una scelta popolare di tutti i tempi. Ciò che rende questo tipo di pacchetto così popolare? Dovresti usarlo anche nei tuoi progetti? Questa guida ne dà uno sguardo chiaro ed esaustivo.

Cosa sono i pacchetti QFN?

QFN sta per Quad Flat No-lead. I pacchetti QFN attaccano matrici in silicio (l'ASIC) ad un circuito stampato (PCB). È implementato utilizzando Tecnologia a montaggio superficiale. Come suggerisce il nome, questo pacchetto non includeva i classici lead che c'erano in passato. Invece di avere i soliti contatti, I pacchetti quad-flat senza piombo sono dotati di bordi con apertura tampone di saldatura Sotto. Questa struttura può migliorare le prestazioni elettriche e termiche, ed è per questo che i pacchetti QFN sono molto apprezzati dagli utenti.

Un pacchetto QFN è generalmente costituito dai seguenti componenti di base:

Porta telaio: Questa parte è molto critica nel determinare le prestazioni dell'IC. Fondamentalmente funge da supporto per il pacchetto.

Stampi singoli o multipli: Questi sono in realtà i chip di silicio all'interno del contenitore e sono montati sul circuito utilizzando la tecnica di montaggio superficiale.

Legami di filo: Questi sono solitamente realizzati in rame o oro. Questi fili formano le connessioni necessarie tra il leadframe e le matrici.

Composto per stampaggio: Questo materiale circonda e protegge i componenti interni. Fornisce isolamento elettrico, previene la corrosione, e rafforza la durata e l'affidabilità del pacchetto.

Tipi di pacchetti quad-flat senza piombo

• QFN a cavità d'aria: Questa tipologia è caratterizzata da un coperchio in plastica o ceramica, un telaio in piombo di rame, e un corpo modellato in plastica che non è sigillato. Questo tipo viene solitamente utilizzato nei sistemi a microonde che funzionano tra 20 per 25 GHz, dove è necessaria una cavità d'aria
• Pacchetto QFN multi-fila: Questo tipo di design soddisfa i requisiti di un numero elevato di perni utilizzando più file di perni, simile a Tecnologia BGA ma spesso viene prodotto a un prezzo inferiore.
• QFN con fianchi bagnabili: Questo tipo di contenitore quad-flat senza piombo presenta fianchi o terminali metallici esposti su tutti e quattro i lati del corpo del contenitore. Tutti questi fianchi sono progettati per essere bagnabili mediante saldatura e in questo modo, la saldatura avrà la possibilità di assorbire e creare un forte collegamento di saldatura tra il contenitore e il PCB.
• Pacchetto FC-QFN (Flip-Chip Quad Piatto Senza Piombo): Utilizza connessioni flip chip in un telaio in rame. Inoltre, è più piccolo di un normale pacchetto QFP e migliora anche le prestazioni elettriche grazie al fatto che il percorso elettrico è più breve.
• Legame a filo QFN: In un pacchetto QFN wire bond, il die del semiconduttore è montato su un leadframe e, dopo, i collegamenti metallici vengono utilizzati per collegare i terminali del pacchetto al die del semiconduttore. Questo, ovviamente, crea un ingombro del pacchetto più piccolo rispetto al normale Pacchetti quadrupli (QFP) con cavi scoperti.

Tipo punzone QFN vs tipo segato QFN

I pacchetti QFN possono anche essere suddivisi in due tipologie principali a seconda del processo di produzione:

Punzone tipo QFN: Questo stile è prodotto con una cavità dello stampo. Dopo il processo di stampaggio viene utilizzato uno speciale utensile per fustellare ogni singola confezione dalla matrice stampata. Questo metodo è molto produttivo per la produzione di massa e di solito si traduce in un risultato pulito, taglio netto.

Tipo segato QFN: D'altra parte, I QFN di tipo segato vengono prodotti attraverso il processo di stampo in serie. Ciò comporta il processo di realizzazione di un grande foglio di confezioni stampate ritagliate in singole unità utilizzando una sega. La tecnologia è molto efficiente nella gestione di grandi volumi.

Vantaggi e limiti dei pacchetti QFN

vantaggi:

1. Compatto e con un profilo basso, è ideale per applicazioni con spazio limitato in dispositivi come gli smartphone, Indossabili, e dispositivi IoT.
2. Migliore dissipazione termica grazie al die pad esposto che consente un trasferimento termico più efficiente al PCB.
3. Una maggiore efficienza termica si traduce in migliori prestazioni e affidabilità.
4. Buono per applicazioni di dimensioni, peso, e il consumo energetico sono fattori molto critici.

Limitazioni:

1. L'assenza di cavi esterni non facilita l'ispezione visiva o la rilavorazione dei giunti di saldatura, che sono nascosti sotto il corpo del pacco.
2. Per passo piccolo dei pin e un numero maggiore di I/O, c'è un rischio maggiore di ponte di saldatura, e i processi devono essere controllati molto bene per evitarli.
3. Non molto ideale per alcuni scopi ad alta affidabilità.

QFP vs. QFN: Qual è la differenza? Come scegliere tra loro?

QFP e QFN sono i due pacchetti di circuiti integrati più comuni. Sebbene i loro nomi differiscano solo per una lettera, il pacchetto QFP è dotato di conduttori ad ala di gabbiano che sporgono dal corpo del pacchetto. Questo è molto utile quando lo si ispeziona o si rielabora, e allo stesso tempo, è abbastanza compatto.

I QFN avranno una migliore dissipazione termica perché il cuscinetto dello stampo è esposto, e questo tipo di progettazione consente di trasferire più calore al PCB. però, I QFN sono difficili da ispezionare visivamente e da rilavorare a causa del fatto che i giunti di saldatura saranno sepolti sotto il contenitore.

Considera lo spazio nella scheda per il componente, la necessità di prestazioni termiche, e le capacità del processo di produzione. Se la necessità è spazio e prestazioni termiche, allora i QFN potrebbero essere la scelta, ma se ciò che serve è la facilità di ispezione e di rilavorazione, allora i QFP possono essere l’alternativa migliore.

Ulteriori letture: Tipi di pacchetto IC: Come scegliere quello giusto?

Applicazioni dei pacchetti QFN

I pacchetti QFN sono particolarmente apprezzati nei settori in cui risparmiare spazio e avere prestazioni al top sono di fondamentale importanza. I QFN sono utilizzati nei seguenti settori:

• Elettronica di consumo: Il pacchetto quad flat senza piombo è comunemente utilizzato negli smartphone e nei tablet PC con lo scopo generale di occupare un ingombro ridotto e avere un'eccellente gestione del calore.
• Sistemi automobilistici: Le elevate prestazioni dei pacchetti QFN lo rendono un dispositivo utilizzato in moduli vitali come le unità di controllo del motore.
• Apparato di comunicazione: I QFN trovano applicazione nei dispositivi di rete ad alta velocità in cui è essenziale una rapida elaborazione del segnale.