Emballage QFN : types, assemblage et avantages clés pour l'électronique haute performance

Traitez-vous des micro-ordinateurs, PCB ou modules programmables ? Alors, vous avez besoin d'un composant CI qui fonctionne. Et le QFN ou boîtier quad à cadre de broches micro est un à considérer. Qu'est-ce que QFN ? Cela signifie quad flat no-lead (quad plat sans broches). Nous entrerons dans les détails plus tard dans cet article. Alors, pourquoi opter pour l'emballage QFN ? En plus d'être l'un des boîtiers les plus populaires, le QFN est polyvalent. De plus, il se distingue par son prix abordable et ses performances remarquables.

Cet article explique plus sur l'emballage, les types, les méthodes d'assemblage, et plus.

Commençons.

Que sont les boîtiers QFN ?

Boîtier QFN

Source : Wikimedia Commons

Le QFN est un boîtier semi-conducteur qui connecte l'ASIC à un PCB. Et il le fait en utilisant la technologie de montage en surface.

De plus, le QFN est un boîtier basé sur un cadre de broches appelé Chip Scale Package (CSP). Et c'est parce qu'il vous permet de voir et de contacter les broches après l'assemblage.

Typiquement, un cadre de broches en cuivre constitue l'interconnexion PCB des boîtiers QFN et l'assemblage de la puce. De plus, ce boîtier peut avoir une seule ou plusieurs rangées de broches.

Cela dit, la structure à rangée unique des boîtiers se forme par un processus de scie (saw singulation) ou de poinçonnage (punch singulation). Et les deux procédures divisent une grande collection de boîtiers en boîtiers individuels.

De plus, le QFN multi-rangées subit un processus de gravure de cuivre pour obtenir le nombre de broches et de rangées souhaité. Ensuite, une scie séparera les rangées et les broches.

De plus, les QFN ont généralement un pad thermique ouvert sous le boîtier. Par conséquent, vous pouvez souder le boîtier directement au PCB si vous voulez un transfert de chaleur optimal depuis la puce.

Types de boîtiers QFN

Il existe différents types de boîtiers QFN. En voici quelques-uns :

QFN moulés en plastique

QFN moulés en plastique

Source : Wikimedia Commons

Intéressant, ce boîtier est assez bon marché. Le QFN moulé en plastique n'a pas de couvercle, et il a deux parties : un cadre de broches en cuivre et un composé plastique. Mais il est limité aux applications d'environ 2 – 3 GHz.

QFN à cavité d'air

QFN à cavité d'air

Source : Pixabay

Ce QFN comporte une cavité d'air dans son boîtier. Et il se compose de trois parties : un couvercle en plastique ou céramique, cadre de broches en cuivre, et corps moulé en plastique (sans joint et ouvert). De plus, ce type de QFN est coûteux en raison de sa construction. Mais vous pouvez l'utiliser pour des applications micro-ondes allant de 20 à 25 GHz.

QFN à flancs mouillables

QFN avec flancs mouillables

Source : Pixabay

Le QFN à flancs mouillables comporte une élévation qui indique le mouillage de la soudure. Par conséquent, il est facile pour un concepteur de vérifier visuellement et de s'assurer que les pads sont montés sur le PCB.

QFN de type poinçonnage

QFN de type poinçonnage

Source : Pixlr

Ce type de QFN a son boîtier moulé dans un format de cavité de moule unique. Et un outil de poinçonnage sépare la cavité de moule, d'où le nom. Cela signifie aussi que vous ne pouvez obtenir qu'un seul boîtier moulé avec cette méthode.

QFN de type scie

Structure de modèle de QFN de type scie

Source : Researchgate

Ce boîtier implique l'utilisation de MAP (mold array process) pour le moulage. La procédure implique la découpe d'un grand ensemble de boîtes en parties plus petites. Ensuite, vous pouvez finaliser le processus en triant les boîtiers de type scie individuellement.

QFN Flip Chip

QFN Flip Chip

Source : Pixabay

Le flip-chip est un boîtier moulé bon marché. Et la boîte utilise des interconnexions flip-chip sur un substrat (cadre de broches en cuivre).

Grâce à son chemin électrique court, c'est le Quad Flat No-Lead idéal pour la performance électrique.

QFN Wire Bond

QFN Wire Bond

Source : Researchgate

Ce boîtier se connecte aux pistes PCB, semi-conducteurs ou circuits intégrés directement avec des fils aux bornes de la puce.

Assemblage QFN

Emballage QFN

Source : Wikimedia Commons

Voici les étapes de base à utiliser pour l'assemblage en montage en surface des composants QFN :

Étape 1 – Impression de pâte à souder

Tout d'abord, vous devez commencer l'assemblage par l'impression de pâte à souder. Et le processus implique d'étaler uniformément la pâte à souder sur votre carte avant de placer les composants.

Étape 2 – Placement des composants

Vous pouvez commencer à monter vos composants CI QFN sur votre carte selon la disposition de votre conception PCB. De plus, il est vital d'utiliser des outils précis et exacts à cette étape car les composants ont une densité d'interconnexion élevée.

Étape 3 – Effectuer une inspection pré-refusion

Cette étape est vitale car vous devez confirmer que la carte est apte à entrer dans le four de refusion. Pendant que vous y êtes, assurez-vous que votre carte n'a pas de contaminants sur sa surface qui pourraient altérer le processus de soudure.

Étape 4 – Procéder à la soudure par refusion

Placez-la dans le four de refusion pour la soudure une fois que vous avez confirmé que votre carte est en bon état.

Étape 5 – Inspecter votre carte après la soudure par refusion

La raison de cette étape est de confirmer la qualité de la soudure.

De plus, il est vital de noter que vous avez besoin d'un design de pochoir et d'une empreinte PCB appropriée pour les composants assemblés. De cette façon, vous travaillerez selon l'intention de conception.

Comment souder un boîtier QFN ?

Comme mentionné auparavant, la soudure est une partie cruciale du processus d'assemblage QFN. Ainsi, lorsque le PCB entre dans le four de refusion, certaines parties de la carte chauffent plus vite que d'autres. Et cela se produit à cause de la température dans le four de refusion.

Les parties qui chauffent rapidement sont les parties plus légères de la carte. Mais les zones avec de grandes surfaces en cuivre prennent plus de temps à chauffer. Cela dit, vous pouvez utiliser des thermocouples pour l'ensemble du processus.

Et cet appareil vous aide à surveiller la température de surface du boîtier QFN. De plus, les thermocouples vous aident à garantir que la température de crête du corps du boîtier (Tp) ne dépasse pas les valeurs typiques.

Avantages des boîtiers QFN

• Le boîtier n'a pas de problèmes de coplanéité des broches.
• Il a une faible empreinte ce qui aide à économiser de l'espace sur les PCB.
• Le QFN utilise un équipement et des flux de montage en surface réguliers pour l'assemblage PCB.
• Le boîtier est relativement fin, c'est-à-dire que le QFN a une hauteur de boîtier inférieure à 1 mm.
• Il a une performance thermique remarquable (considérant qu'il offre une excellente voie pour le transfert de chaleur de la puce vers la carte lors de la soudure).
• Les composants sur la carte peuvent être proches des composants du QFN en raison de sa petite taille, emplacement et facteur de forme des pads de contact.
• Le QFN a une inductance de broche de boîtier faible.
• Excellente performance électrique.
• Le boîtier semi-conducteur est abordable.

Problèmes avec le QFN

Le QFN est un excellent boîtier, mais il vient avec des accrocs comme :

Problèmes de fabrication

En tant que concepteur PCB, l'une des préoccupations majeures avec le QFN est la fabricabilité. Il peut être difficile d'avoir un taux de défaut réduit dans le placement et la refusion des QFN.

Sans aucun doute, les QFN ont eu du succès lorsqu'ils sont entrés dans les produits à faible mélange, volume élevé. Mais le boîtier a tendance à avoir des problèmes potentiels avec les opérations à fort mélange, faible volume. Et ce problème touche deux domaines majeurs : la conception de carte et de pochoir.

Donc, pour votre processus de conception de pochoir, vous devez être précis avec votre conception d'ouverture et l'épaisseur du pochoir. Par exemple, si vous avez trop de vides ou de pâte, cela affectera votre conception de pochoir. Par conséquent, la meilleure approche est de suivre les directives du fabricant. Et visez une épaisseur de soudure d'environ 2 – 3 mils.

De plus, votre rapport d'ouverture sur pad devrait être d'environ 0,8:1 — avec de nombreuses ouvertures plus petites. Quant à la conception de la carte, assurez-vous que votre conception de pad de liaison est d'environ 0,2 à 0,3 mm de l'empreinte du boîtier.

Problèmes de soudure

En raison du pas étroit pad-à-pad du boîtier, il y a un risque accru de ponts de soudure. Et le QFN n'a pas de broches. Donc, vous pouvez avoir des difficultés si vous devez désouder le boîtier.

Compatibilité avec certains processus OEM

L'emballage QFN peut être sujet à des changements dimensionnels au niveau de la carte ou de la pièce. Et cela se produit généralement parce que le boîtier n'a pas de broches. Par conséquent, il est moins robuste lorsque vous exposez ce boîtier CI à des gammes étendues de certaines pratiques OEM ou CM nominaux.

De plus, la flexion de la carte est un autre changement dimensionnel que ce boîtier peut subir. En d'autres termes, si vous soumettez le QFN (boîtier plat) à des activités comme les tests en circuit, l'attache de carte, etc., les composants seront sous forte contrainte. Et cela se produit parce que le boîtier n'a pas de broches en cuivre longues et flexibles.

Quelle est la différence entre QFN et QFP ?

Le QFP signifie (quad flat pack). Et la différence entre les deux gammes de boîtiers inclut :

QFN	QFP
Les broches s'étendent sur les quatre côtés du boîtier.	La broche s'étend en forme de L ou de aile de mouette.
Empreinte moyenne pour le boîtier pendant le processus d'assemblage PCB.	La forme de broche a une excellente base pour le boîtier pendant l'assemblage PCB.
Aucune variante	Certaines variantes incluent QFP très fin (VQFP), QFP bas profil (LQFP), QFP fin (TQFP), etc.
Le boîtier a seulement huit broches et un pad thermique.	A différentes broches allant de huit à soixante-dix broches par côté.

Mot de la fin

L'emballage QFN est la voie à suivre si vous voulez une option légère facile à manipuler. De plus, ce boîtier CI sans broches est efficace pour connecter la puce de silicium du CI au circuit imprimé.

De plus, les boîtiers sont parfaits pour les applications nécessitant une bonne dissipation de chaleur. Et l'assemblage est un jeu d'enfant. Tout ce que vous avez à faire est de suivre les étapes que nous avons soulignées dans cet article.

Qu'en pensez-vous du boîtier QFN ? Avez-vous besoin d'obtenir le meilleur pour votre prochain projet ? N'hésitez pas à nous contacter.