Encapsulamento QFN: Tipos, Montagem e Vantagens para Eletrônica de Alto Desempenho

Lida com microcomputadores, PCBs ou módulos programáveis? Precisa componente IC que funcione. QFN ou encapsulamento quad flat no-lead é uma opção. O que é QFN? Significa quad flat no-lead. Detalhes adiante. Por que optar por encapsulamento QFN? Além de um dos mais populares, QFN é versátil. Destaca-se por acessibilidade e desempenho notável.

Artigo explica mais sobre encapsulamento, tipos, métodos de montagem e mais.

Vamos começar.

O que são Encapsulamentos QFN?

Encapsulamento QFN

Fonte: Wikimedia Commons

QFN é encapsulamento semicondutor que conecta ASCIC a PCB. Usa tecnologia de montagem em superfície.

QFN é encapsulamento baseado em lead frame chamado Chip Scale Package (CSP). Permite ver e contatar leads após montagem.

Tipicamente, lead frame de cobre compõe interconexão PCB e montagem die do QFN. Pacote pode ter uma ou múltiplas fileiras de pinos.

Estrutura de fileira única forma por singulação por serra ou soco. Ambos dividem grande coleção de pacotes em pacotes únicos.

QFN multi-fila passa por processo de gravação de cobre para obter pinos e fileiras preferidos. Serra singula fileiras e pinos.

QFNs geralmente têm pad térmico aberto sob o pacote. Pode soldar pacote diretamente ao PCB para transferência ótima de calor do die.

Tipos de Encapsulamentos QFN

Diferentes tipos de encapsulamentos QFN:

QFNs Moldados em Plástico

QFNs Moldados em Plástico

Fonte: Wikimedia Commons

Pacote bem barato. QFN moldado em plástico não tem tampa, duas partes: lead frame cobre e composto plástico. Limitado a aplicações ~2-3 GHz.

QFN Cavidade de Ar

QFN Cavidade de Ar

Fonte: Pixabay

Possui cavidade de ar no pacote. Três partes: tampa plástica ou cerâmica, lead frame cobre, corpo moldado plástico (sem selo, aberto). Mais caro pela construção. Usado em aplicações micro-ondas 20-25 GHz.

QFN com Flancos Molháveis

QFN com flancos molháveis

Fonte: Pixabay

QFN com flancos molháveis apresenta elevação indicando molhagem de solda. Fácil para designer verificar visualmente se pads montam no PCB.

QFN Tipo Soco (Punch-Type)

QFN Tipo Soco

Fonte: Pixlr

Pacote moldado em formato cavidade única. Ferramenta de soco separa cavidade, daí o nome. Só obtém pacote único moldado com este método.

QFN Tipo Serra (Sawn-Type)

Estrutura Modelo QFN Tipo Serra

Fonte: Researchgate

Envolve MAP (processo array molde) para moldagem. Corta grande conjunto de caixas em partes menores. Finaliza ordenando pacotes tipo serra individualmente.

QFN Flip Chip

QFN Flip Chip

Fonte: Pixabay

Flip-chip é pacote moldado barato. Usa interconexões flip-chip em substrato (lead frame cobre).

Graças a caminho elétrico curto, é Quad Flat No-Lead ideal para desempenho elétrico.

QFN Wire Bond

QFN Wire Bond

Fonte: Researchgate

Conecta a trilhas PCB, semicondutores ou CIs diretamente com fios aos terminais do chip.

Montagem QFN

Encapsulamento QFN

Fonte: Wikimedia Commons

Passos básicos para montagem em superfície de componentes QFN:

Passo 1 – Impressão de Pasta de Solda

Inicie montagem com impressão pasta solda. Espalhe pasta uniformemente na placa antes de colocar componentes.

Passo 2 – Colocação de Componentes

Monte componentes QFN IC na placa baseada no layout do design PCB. Vital usar ferramentas precisas pois componentes têm alta densidade de interconexão.

Passo 3 – Inspeção Pré-Reflow

Passo vital: confirme placa apta para forno reflow. Garanta que superfície não tem contaminantes que alterem soldagem.

Passo 4 – Soldagem Reflow

Coloque no forno reflow para soldagem após confirmar placa em boas condições.

Passo 5 – Inspeção Pós-Reflow

Confirme qualidade da solda.

Vital: precisa design de stencil e footprint PCB apropriado para componentes montados. Trabalhar baseado na intenção do design.

Como Soldar Pacote QFN?

Soldagem crucial na montagem QFN. Quando PCB entra no forno reflow, partes aquecem em velocidades diferentes pela temperatura.

Partes mais leves aquecem rápido. Áreas com grandes áreas de cobre demoram mais. Use termopares para monitorar.

Dispositivo monitora temperatura de superfície do pacote QFN. Termopares garantem que temperatura pico do corpo do pacote (Tp) não supere valores típicos.

Vantagens dos Encapsulamentos QFN

• Sem problemas de co-planaridade de leads.
• Pequena pegada (footprint) economiza espaço em PCBs.
• Usa equipamento e fluxo montagem em superfície regulares.
• Pacote relativamente fino: altura < 1mm.
• Desempenho térmico notável (excelente rota transferência calor do die à placa na soldagem).
• Componentes podem ficar próximos aos do QFN por tamanho pequeno, localização e formato dos pads de contato.
• Indutância de lead do pacote leve.
• Desempenho elétrico excelente.
• Encapsulamento semicondutor acessível.

Problemas com QFN

QFN é fantástico, mas tem contras:

Problemas de Fabricação

Como designer PCB, preocupação significativa: fabricabilidade. Difícil taxa reduzida de defeitos colocando e fazendo reflow de QFNs.

QFNs tiveram sucesso em produtos high-volume, low-mix. Mas pacote tende a problemas em operações high-mix, low-volume. Afeta duas áreas: design de placa e stencil.

Design stencil: preciso com design de abertura e espessura. Ex: muito voiding ou pasta afeta design. Melhor: seguir diretrizes do fabricante. Visar espessura solda ~2-3 mils.

Razão abertura/pad ~0.8:1—com muitas aberturas menores. Design placa: bond pad ~0.2-0.3mm afastado do footprint do pacote.

Problemas de Soldagem

Devido ao pitch estreito pad-pad, risco aumentado de ponte de solda (solder-bridging). QFN não tem leads. Desafios se precisar dessoldar pacote.

Compatibilidade com Processos OEM

Encapsulamento QFN propenso a mudanças dimensionais na placa ou peça. Acontece porque pacote não tem lead. Menos robusto exposto a amplas gamas de práticas OEM ou CM nominal.

Flexão de placa (board flexure) outra mudança dimensional. Se submeter QFN (pacote plano) a testes in-circuit, fixação placa, etc., componentes sob alto estresse. Acontece porque pacote não tem leads longos e flexíveis de cobre.

Diferença entre QFN e QFP?

QFP = quad flat pack. Diferenças:

QFN	QFP
Leads estendem nos quatro lados do pacote.	Lead estende em formato L ou asa de gaivota (gull-wing).
Base média para pacote durante montagem PCB.	Forma lead tem excelente base para pacote durante montagem PCB.
Sem variantes	Variantes: very thin QFP (VQFP), low-profile QFP (LQFP), thin QFP (TQFP), etc.
Pacote tem apenas oito pinos e pad térmico.	Diferentes pinos: 8 a 70 por lado.

Considerações Finais

Encapsulamento QFN é caminho se quer opção leve e fácil manuseio. Também pacote IC sem lead eficaz para conectar die de silício do IC à placa de circuito impresso.

Pacotes perfeitos para aplicações precisando boa dissipação de calor. Montagem simples: siga passos destacados.

O que acha do pacote QFN? Precisa do melhor para próximo projeto? Sinta-se à vontade para nos contatar.