QFN 패키지에 대한 포괄적인 가이드: 전자 분야의 장점, 유형 및 응용 분야

4중 플랫 무연(QFN) 패키지는 작고 가벼우며 얇은 프로필을 가진 IC 패키지 유형입니다. 조립 후에도 리드를 보고 접촉할 수 있기 때문에 칩 스케일 패키지라고도 합니다. 리드 대신 패키지 하단에 전극 패드가 있고, 우수한 열 성능을 제공하는 열 패드가 있습니다.

QFN 패키지는 모바일 기기와 자동차 전자 제품을 포함한 다양한 산업에서 사용됩니다. 많은 중요한 선택 사항 중에서 QFN 패키징은 항상 인기 있는 선택이었습니다. 이 유형의 패키지가 왜 그렇게 인기가 있을까요? 여러분도 프로젝트에 사용해야 할까요? 이 가이드는 이에 대한 명확하고 포괄적인 연구를 제공합니다.

QFN 패키지란 무엇인가요?

QFN은 납이 없는 정사각형 플랫을 의미합니다. QFN 패키지는 실리콘 칩(ASIC)을 인쇄 회로 기판(PCB)에 연결합니다. 표면 실장 기술을 사용하여 달성됩니다. 이름에서 알 수 있듯이 이 패키지에는 과거에 존재했던 고전적인 단서가 없습니다. 납이 없는 정사각형 플랫 패키지에는 일반적인 리드가 없지만 아래에 오픈 패드가 있는 에지 패드가 있습니다. 이 구조는 전기적 및 열적 성능을 향상시킬 수 있으므로 QFN 패키지가 사용자에게 인기가 있습니다.

QFN 패키징 및 부품

QFN 패키지는 표면 실장 기술의 리드리스 패키지입니다. QFN 패키지는 일반적으로 다음과 같은 기본 구성 요소로 구성됩니다.

리드 프레임: 이 부분은 IC의 성능을 결정하는 데 매우 중요합니다. 기본적으로 패키지 지지대 역할을 합니다.

단일 또는 다중 칩: 이는 실제로 패키지 내의 실리콘 칩이며 표면 실장 기술을 사용하여 회로 기판에 장착됩니다.

용접 와이어: 일반적으로 구리나 금으로 만들어집니다. 이 와이어는 리드 프레임과 칩 사이에 필요한 연결을 형성합니다.

몰딩 플라스틱: 이 소재는 내부 구성 요소를 둘러싸고 보호합니다. 전기 절연을 제공하고 부식을 방지하며 패키지의 내구성과 신뢰성을 향상시킵니다.

QFN 패키지의 장점

QFN 패키지는 다양한 전자 애플리케이션에서 매우 바람직한 여러 가지 장점을 제공합니다. 바닥에 노출된 열 패드로 인해 열 성능이 뛰어납니다. 소형 크기와 리드가 없어 공간 효율성이 뛰어나 공간이 제한된 장치에 이상적입니다. QFN 패키지는 또한 전기 경로가 짧고 인덕턴스가 낮아 전기적 성능이 향상되었습니다. 또한 무연 규정을 준수하며 조립 중에 취급하기 쉬워 제조 공정이 간소화됩니다. 전반적으로 QFN은 다음과 같은 특징이 있다고 말할 수 있습니다.

- 저렴한 비용

- 좋은 전기적 성능

- 우수한 열 성능 및 방열

- 소형 폼 팩터 및 경량

- 다이와 리드 프레임을 연결하는 짧은 본드 와이어

- 짧은 본드 와이어로 인한 낮은 리드 인덕턴스

QFN 마킹 사양

QFN 패키지는 비교적 작기 때문에 이제는 읽을 수 있는 표시를 위한 많은 공간을 허용하지 않습니다. 5mm x 5mm QFN은 한 줄에 최대 5~6개의 문자를 가질 수 있습니다. 3~4줄도 가능합니다.

와이어 본딩:

금 와이어 본드는 수년간 기본 소재였습니다. 여전히 사용 가능하지만 구리로 대체되고 있습니다. 구리 와이어 본드는 비용이 낮고 전도성이 더 좋습니다. 그러나 구리 와이어는 와이어를 패드에 본딩하는 데 더 많은 힘이 필요합니다. 많은 반도체 파운드리는 일반적으로 더 두꺼운 패드가 필요하기 때문에 구리 본딩을 지원하도록 설계된 IO 패드 셀을 공급합니다.

다이 부착:

이것은 다이를 리드 프레임 패드에 고정하는 에폭시 재료입니다. 시스템의 전기적 요구 사항에 따라 전도성과 비전도성의 두 가지 주요 유형이 사용됩니다. 전기 전도성 재료(예: 은이 포함된 에폭시)는 열 전도성이 더 좋은 경향이 있습니다.

QFN 패키지 조립

1) PCB 청소 및 솔더 페이스트 도포: 보드를 청소한 다음 패드에 솔더 페이스트를 스텐실합니다.

2) QFN 배치: QFN 패키지를 납땜된 패드에 맞춰서 배치합니다.

3) 리플로우 솔더링: QFN을 납땜하기 위해 올바른 온도 프로파일을 갖춘 리플로우 오븐을 사용하세요.

4) 검사: 정렬 및 납땜 품질을 확인하기 위해 시각 및 X선 검사를 수행합니다.

5) 재작업(필요한 경우): 뜨거운 공기 재작업을 사용하여 결함을 수정합니다.

6) 최종 테스트: 전기적, 기능적 테스트를 실시하여 올바르게 조립되었는지 확인합니다.

QFN 패키징의 적용

QFN 패키지는 공간 절약 과 최고 수준의 성능이 중요한 분야에서 특히 인기가 있습니다 . QFN은 다음 분야에서 사용됩니다.

가전제품: 사각형 납 없는 패키지는 일반적으로 스마트폰과 태블릿에 사용됩니다. 일반적인 목적은 작은 면적을 차지하고 뛰어난 열 관리 기능을 갖는 것입니다.

자동차 시스템: QFN 패키지는 성능이 뛰어나 엔진 제어 장치와 같은 중요한 모듈에 사용되는 장치입니다.

통신 장비: QFN은 빠른 신호 처리가 필수적인 고속 네트워크 장비에 적용될 수 있습니다.

QFP와 QFN: 차이점은 무엇인가? 어떻게 선택해야 하는가?

QFP와 QFN은 가장 일반적인 두 가지 집적 회로 패키지입니다. 이름은 글자 하나만 다르지만 QFP 패키지는 패키지 본체에서 튀어나온 갈매기 날개 리드가 있습니다. 이는 검사나 재작업에 매우 유용하며 동시에 매우 컴팩트합니다.

PCB의 공간이 제한적이고 컴팩트한 크기가 필수적인 경우, 리드가 없고 풋프린트가 작기 때문에 QFN 패키지가 선호될 수 있습니다. 반면, 구성 요소에 더 많은 핀 수와 더 넓은 리드 간격이 필요한 경우 QFP 패키지가 더 적합할 것입니다. 열 고려 사항, 납땜 기술 및 조립 공정도 특정 애플리케이션에 대한 최적의 패키지를 결정하는 데 역할을 합니다.

펀칭 타입 QFN 및 톱질 타입 QFN

제조 공정에 따라 QFN 패키징은 두 가지 주요 유형으로 나눌 수 있습니다. 이름은 싱귤레이션 방법을 기반으로 하며, 펀칭된 QFN은 펀칭 도구로 분리되고 , 톱질된 QFN은 대량의 패키징을 단일 단위로 톱질하여 분리됩니다.

1) 펀치형 QFN: 이 유형은 몰드 캐비티로 생산됩니다. 몰딩 공정이 끝나면 특수 도구를 사용하여 몰드 기판에서 각 개별 패키지를 스탬핑합니다. 이 방법은 대량 생산에 매우 효율적이며 일반적으로 깨끗하고 날카로운 절단 효과를 냅니다.

2) 톱질형 QFN: 반면, 톱질형 QFN은 몰드 어레이 공정으로 생산됩니다. 이는 톱을 사용하여 큰 몰드 포장재를 개별 단위로 자르는 공정을 포함합니다. 이 기술은 대량의 데이터를 관리하는 데 매우 효과적입니다.

대량 생산은 톱질형 QFN을 지원하는 경향이 있는 반면 , 펀치형은 종종 저용량 제품에서 볼 수 있습니다. 둘 다 매우 유사한 전기적 및 열적 특성을 가지고 있습니다. 아래 그림은 펀칭 및 톱질 QFN의 패키지 구조 차이를 보여줍니다.

다른 인기 있는 QFN 패키지 유형

QFN 패키지는 다양한 유형으로 제공됩니다. 다음은 몇 가지 인기 있는 패키지입니다.

에어 캐비티 QFN: 플라스틱 또는 세라믹 뚜껑, 구리 리드 프레임, 밀봉 없는 개방형 플라스틱 성형 본체로 구성됩니다. 에어 캐비티 QFN 패키지는 주파수가 20~25GHz인 마이크로파 시스템에서 사용됩니다.

플라스틱 몰드 QFN: 플라스틱 몰드 QFN은 에어 캐비티 QFN보다 저렴합니다. 플라스틱 컴파운드와 구리 리드 프레임으로 구성되어 있습니다. 이 유형의 QFN 패키지는 2-3GHz 주파수 애플리케이션에 사용됩니다. 플라스틱 몰드 QFN 패키지에는 뚜껑이 없습니다.

습식 플랭크가 있는 QFN: 이 유형의 QFN은 설계자가 습식 플랭크가 제공하는 높이를 통해 패드가 PCB에 장착되었는지 시각적으로 확인할 수 있도록 도와줍니다.

플립칩 QFN: 플립칩 QFN에서 제공하는 저렴한 모델 패키지. 이 패키지는 플립칩 상호 연결을 사용하여 전기적 연결을 설정합니다.

와이어 본드 QFN: 이 패키지에서는 와이어를 사용하여 PCB를 칩 단자에 연결합니다.