1500 TL Üzeri Kargo Ücretsiz
1500 TL Üzeri Kargo Ücretsiz
  0850 532 3077
  0539 577 3121
Para Birimi Seçimi
10.10.2024 14:29

QFP Paketi Üzerine Kapsamlı Rehber

Yarı iletken teknolojisinde, kompakt boyutlu ve yüksek performanslı paketlere olan talep oldukça fazladır. Keşfedilen birçok yarı iletken paketleme teknolojisi arasında, Quad Flat Pack (QFP), Şekil 1'de sunulan bazı aşamalarıyla elektronik paketlemede canlılığını korumuştur. QFP, kompakt boyutlu, yüksek performanslı ve düşük maliyetli modern elektronik cihazlar (tüketici elektroniği, iletişim ekipmanları ve kontrol sistemleri gibi) için olgun bir yarı iletken paketleme teknolojisidir. Yarı iletkenlere olan gereksinimler ve talep arttıkça, QFP teknolojileri bu boşluğu doldurmak için sürekli ilerlemektedir. Bu sürekli gelişim, QFP'nin entegre devre (IC) endüstri pazarında rekabetçi kalmasını sağlamaktadır. Bu makale, QFP teknolojilerini, tasarımlarını, uygulamalarını, avantajlarını ve dezavantajlarını modern elektronikteki belirli rolleriyle vurgulamaktadır.

Topluluk Tarafından Doğrulandı simgesi
Şekil 1 QFP paketi


QFP Entegre Devre Paketi Genel Bakış

QFP, çok sayıda pin gerektiren uygulamalar için IC paketlemede en yaygın yüzey montaj teknolojisi türüdür. Şekil 2'de gösterildiği gibi, dört tarafında birçok pin veya bacağı destekleyen dikdörtgen/kare şeklinde düz bir yüzeye sahiptir. Mikroişlemciler, bellek çipleri ve diğer IC bileşenleri gibi birçok büyük ölçekli entegrasyon uygulamasında kullanılır.

Şekil 2 QFP paketi


Her bir taraftan uzatılan bacaklar, belirli uygulamalar için uygun bir adım mesafesiyle bir ızgara deseninde organize edilmiştir; bu da paketlemeyi 'Quad' (dörtlü) bir yapılandırmaya dönüştürür. Bacaklar incedir ve yüzey montaj teknolojisi kullanılarak baskılı devre kartlarına (PCB) altın, gümüş, bakır veya kalay gibi iletken malzemelerle lehimlenebilirler, Şekil 3'te gösterildiği gibi. QFP paketlerinin kalıpları genellikle plastik malzemelerden yapılır, çünkü düşük maliyetli ve kolay bulunabilirler; ayrıca seramik veya metal de olabilirler.

Şekil 3 QFP paketindeki kurşun yapılandırması


QFP paketinde temel spesifikasyonlar, pin sayısı ve pinler arasındaki adım mesafesidir. Pinler, IC'yi dış PCB devresine bağlayan elektrik bağlantılarıdır, bu nedenle QFP'ler, farklı karmaşıklık derecelerine sahip çeşitli uygulamalar için 32'den 304'e kadar pin aralığına sahiptir. Adım mesafesi de 0,4-1,0 mm aralığındadır, bu da tasarım esnekliği ve alan verimliliği gerektiren uygulamaları desteklemeye olanak tanır. 'Martı kanadı' şeklindeki bacaklar, PCB lehimleme işlemi sırasında mekanik destek ve sağlam bağlantı sağlar. İnce bir şekilde işlenmiş bir bacak çerçevesi, QFP'nin daha fazla bacak içermesine ve yüksek frekanslı uygulamalar için özellikle parazitik parametreleri azaltarak daha küçük bir paket boyutuna ve daha iyi elektriksel özelliklere sahip olmasına olanak tanır.


QFP Paketinin Avantajları ve Dezavantajları

Avantajları

  •    * Alan Verimliliği: QFP paketleri, kompakt elektronik cihazlar için alan verimli, düz ve kompakt tasarımlardır.
  •    * Yüksek Pin Sayısı: Yoğun pinleri barındırabilirler, bu da karmaşık IC'ler için daha uygundur.
  •    * Kolay Montaj ve Denetim: QFP'lerin incelenmesi ve montajı, yüzey montaj teknolojisi kullanılarak kolayca yapılabilir.
  •    * Dayanıklılık ve Maliyet Etkinliği: Plastik veya seramik malzemeler kullandıkları için son derece sağlam, dayanıklı ve maliyet etkindirler.
  •    * Standartlaşma ve Uyumluluk: Birçok uygulama ve endüstride çok yönlü ve standartlaştırılmıştır.
  •    * Isı Dağılımı: Altındaki metal ped, termal hassas uygulamalar için iyi olan ısı dağılımını artırır.

Dezavantajları

  •    * Yüksek Frekans Performansı: QFP paketleri, yüksek frekanslı uygulamalarda istenen performansı göstermezler.
  •    * Yüzey Montaj Sınırlaması: Sadece yüzey montajlı tasarımlarla sınırlıdır, delikli bileşenler için uygun değildir.
  •    * Lehimleme Hassasiyeti: Lehimleme sırasında fiziksel hasar riski vardır, bu da dikkatli paketleme teknikleri gerektirir.
  •    * Termal Verimlilik: İyi termal özelliklere sahip olsa da, bazı diğer paketleme türleri kadar etkili değildir.

QFP'nin Fiziksel Bileşenleri

QFP'nin iç yapısı birkaç bileşenden oluşur. Standart bir QFP'deki en yaygın bileşenler aşağıda ve Şekil 4'te sunulmuştur:

  • Die Pedi: Ölçü yerleştirme için bir platform sağlar ve genellikle termal bir toprak görevi görür. Genellikle bakırdan yapılır ve şekli paket boyutuna bağlı olarak yuvarlak, dikdörtgen veya kare olabilir.
  • Die: İşlevsel yarı iletken elemanı veya entegre devreyi içerir ve die pedinin üst merkezine bağlanır.
  • Die Bağlantı Pedleri: Die üzerinde bulunur ve giriş/çıkış için elektriksel bağlantılar olarak kullanılır.
  • Bağlantı Telleri: Mikrometre çapında genellikle altın teller, die bağlantı pedi ile bacak arasında ultrasonik tel bağlama teknikleri kullanarak elektriksel bağlantı oluşturur.
  • Bacaklar/Pinler: Elektriksel olarak iletken metal bacaklardır. İç uçları die ile tel bağıyla bağlıdır ve dış uçları kenardan uzanarak harici elektriksel giriş/çıkış için hazırdır. Genellikle paketlerin dört bir yanında martı kanadı şeklinde bir ızgara deseninde düzenlenirler.
  • Pin Adımı: Bitişik pinlerin merkezden merkeze mesafesidir. Daha ince adım, aynı paket boyutuyla daha fazla giriş/çıkış desteği sağlar.
  • Bacak Çerçevesi: Bakır alaşımlarından yapılmış sürekli metal şeritlerdir ve iyi elektriksel ve termal iletkenlik sunarlar. Die, merkezi bacak çerçevesi pedine ve paket bacağına bağlanır.
  • Bacak Bağlama Çubukları: İmalat için pozisyonlarını doğru bir şekilde ayarlamak üzere bacakların dış ve iç kısımlarını bağlarlar.
  • Kalıp Bileşiği: İç devreler için elektriksel yalıtım ve mekanik koruma sağlar. Tüm montaj üzerine kaplanmış epoksi bazlı bir malzeme, plastik veya seramiktir.
  • Kalıp Kilitleme Pinleri: Enkapsülasyon işlemi sırasında, kalıp kilitleme pinleri bacak çerçevesini ayrılan konumda kilitlemek için kullanılır.


Şekil 4 QFP paketinin bileşenleri


Boyutlandırma

QFP'nin tasarım gereksinimleri, fiziksel boyutlandırmasını standart boyutlar açısından belirler. PCB yerleşimleri, verilen bir adım boyutuyla bacakları monte etmek için yeterli alan sağlamalıdır. QFP sürecinde, pin merkez mesafesi 0,65 mm'den az ise, pin bükülmesine daha duyarlı hale geldikleri için özel bakım gerektirirler. Geleneksel QFP kalınlığı 2 mm'den 3,8 mm'ye kadardır, bu da iyi bir yapısal bütünlük sağlar ve kompakt bir profil gereksinimini karşılar. Ayrıca, diğer rafine QFP paket varyantları daha küçük kalınlıklara sahiptir.

Boyutlandırmada diğer faktörler, bacak adımı ve pin sayısıdır. Bacak adımı, bitişik pinlerin merkezden merkeze mesafesidir. Daha küçük bacak adımı, verilen bir alanda daha fazla bağlantı oluşturmak için daha yüksek pin yoğunlukları anlamına gelir.

QFP yapısı, die'ın iç elektriksel bağlantılarını, mekanik bağlantılarını ve diğer çevresel korumalarını içerir. Die bağlantı pedi, teller ve bacak çerçevesinin uygun tasarımı, QFP paket performansını optimize edecektir.


QFP Paketlerinin Türleri

QFP paketi, boyutlarına, pin sayısına ve kalıplama malzemelerine göre kategorize edilebilir. Aşağıda en yaygın QFP varyantları vurgulanmıştır:

  • TQFP (İnce QFP): Sınırlı yükseklik boşluğu ve dikey boyutu olan uygulamalar için, TQFP benzer avantajlar sağlar ancak daha ince bir profil sunar. Kalınlıkları 1 mm ile 1,4 mm arasındadır ve 32'den 176'ya kadar pin sayısına sahiptir. Pinler, 0,4 mm, 0,5 mm, 0,65 mm, 0,8 mm ve 1 mm gibi çeşitli adım mesafesi standartlarında mevcuttur.
  • VQFP (Çok İnce QFP): Kalınlığı 0,4 mm'den fazla olmayan adım mesafesiyle ekstra ince elektronik bileşenler için uygundur.
  • LQFP (Düşük Profilli QFP): QFP'nin genel yüksekliğini düşürürken standart QFP ile benzer kalınlığı korur. Genel boyut küçültmenin kalınlığı inceltmekten daha önemli olduğu uygulamalarda yaygındır.
  • PQFP (Plastik QFP): Paket gövdesi için geleneksel epoksi bir alt tabaka yerine plastik bir kalıp bileşiğinden yapılan bir QFP türüdür. 2 mm'den 3,8 mm'ye kadar daha geniş bir kalınlık aralığına sahip birçok pin içerir. Diğer türlere göre daha ekonomiktirler. Standart boyutlar 32-264 pin arasında değişir ve adım mesafesi 0,5 mm ile 1,0 mm arasında değişir. Mekanik sağlamlık ve uygun fiyat açısından avantajlıdırlar, ancak daha kalın alt tabakalara sahiptirler.
  • CQFP (Seramik QFP'ler): Seramik alt tabakaları plastik QFP'lere göre daha pahalı ve dayanıklıdır. Isı dağılımının kritik olduğu yüksek performanslı elektronik cihazlarda, yüksek termal iletkenliği nedeniyle CQFP tercih edilir.

Bunların yanı sıra, QFP teknolojilerinde Bumpered QFP (BQFP), Metric QFP, Near Chip Scale QFP ve Fine Pitch QFP gibi alt tipler, aynı alan içinde daha yüksek giriş/çıkış sayıları için kullanılır. Plastik geliştirilmiş QFP'ler, Küçük QFP'ler ve Çok Küçük QFP'ler de çeşitli uygulamalar için mevcuttur. Her QFP varyantı, elektronik endüstrisinde paketleme tasarımcıları için daha fazla seçenek sunar ve yoğunluk, kalınlık, maliyet veya termal koşullarla ilgili belirli gereksinimlere uyum sağlar.


QFP Paketleme Süreci

QFP paketleme sürecinde adımlar şunlardır:

  1. Die Hazırlığı: Bir silikon wafer üzerinde entegre devre oluşturulur ve die'ler alt tabakaya bağlanır.
  2. Bağlantı: Die'ler, tel bağlama kullanılarak bacaklara bağlanır.
  3. Kalıp Enkapsülasyonu: Plastik veya seramik malzeme ile kalıp enkapsülasyonu yapılır.
  4. Lehim Kaplama: Bacaklar lehimleme için kaplanır.
  5. Montaj ve Lehimleme: Yüzey montajı ile PCB'ye monte edilir ve lehimlenir.
  6. Test ve Kontrol: Son olarak, fonksiyonellik ve kalite kontrol testleri yapılır.
Lehimleme ve onarım işlemleri sırasında uç ve topukların dikkatlice ayarlanması, ayak çubuğunun seviyelenmesi ve bükülmüş pinlerin düzeltilmesi gibi adımlar, paketleme güvenliği açısından önemlidir.



Şekil 5 QFP Paket İşlem Akışı


QFP'nin Termal Özellikleri

Yarı iletken paketleme endüstrisinde, termal özellikler en önemli parametrelerden biridir; çünkü IC'ler, çevre ısısı uygun değilse düzgün çalışmayabilir. QFP paketinde termal parametreyi kontrol etmek ve istenen seviyede tutmak, sistem performansını artırır.

  • Die Pedi Tasarımı: Termal olarak iletken malzemeden yapılmalı ve uygun boyutta olmalıdır. Daha büyük die pedleri, daha iyi ısı dağılımı sağlar.
  • Malzeme Seçimi: Bakır veya bakır alaşımları, yüksek termal iletkenlikleri nedeniyle die pedi ve bacak çerçevesi tasarımında sıklıkla kullanılır.
  • Kalıp Bileşiği: Tüm sistemi enkapsüle eden kalıp bileşiği, ısı enerjisini die pedinden ortama dağıtmak için yüksek termal iletkenliğe sahip olmalıdır. Epoksi ve seramik malzemeler yaygın olarak kullanılır.
  • Termal Azaltma Teknikleri: Yüksek iletken malzemeyle doldurulmuş ek delikler eklemek, termal arayüzler oluşturmak ve doğrudan ısı yayıcıya montaj yapmak gibi teknikler kullanılabilir.

QFP'nin Elektriksel Özellikleri

QFP'nin elektriksel performansı, tasarım kalitesine ve varyantlarına bağlı olarak değişiklik gösterir:

  • Giriş/Çıkış Sayısı: Pin sayısının yoğunluğu ile belirlenir. Daha yüksek pin yoğunluğu, daha fazla giriş/çıkış özelliği sunar.
  • Parazitik Etkiler: Bacak uzunluğu ve şekli, yüksek hızlı sinyallerde parazitik kapasitans ve endüktansa neden olabilir. Daha kısa ve uniform bacaklar, bu etkileri minimize eder.
  • Malzeme Seçimi: Kaplama ve bağ teli için altın ve gümüş gibi malzemeler kullanılır, bu da daha düşük temas direnci sağlar.
  • Güç Dağıtımı ve Topraklama: Optimum bakır dağılımı ve uygun topraklama, elektriksel gürültüyü en aza indirir ve performansı artırır.
  • Kalıp Bileşiği: İyi yalıtım ve dielektrik özellikleri sağlar.

Markalama Spesifikasyonları

Paketlemenin son aşamasında, tamamlanmış QFP dielektrik malzemelerle enkapsüle edilir ve aşağıdaki bilgiler işaretlenir:

  • Üretici Bilgileri: Üreticinin logosu veya adı.
  • Tarih ve Parti Kodu: Cihazın izlenebilirliğini sağlar.
  • Parça Numarası: Cihaz paketini benzersiz bir şekilde tanımlar.
  • Pin-1 İşaretleyicisi: Pin-1 ve paketin yönlendirmesini belirtir.
  • Diğer Bilgiler: Seri numarası, wafer numarası, menşe ülkesi ve muayene verileri.


Şekil 6 QFP İşaretleme Örneği


QFP IC Paketinin Zorlukları

  • Hassas Bacaklar: QFP'nin bacakları ve adım mesafesi hasara oldukça duyarlıdır ve onarılması zordur.
  • Tasarım Karmaşıklığı: Pin sayısı arttıkça, PCB izlerinin yoğunluğu da artar, bu da tasarımı zorlaştırır.
  • Sinyal Bütünlüğü: QFP IC'lerin PCB üzerindeki konumlandırılması, RF sinyal iletimini, empedans kontrolünü ve güç dağıtımını etkiler.

QFP Paketinin Uygulamaları

QFP paketleri, aşağıdaki alanlarda yaygın olarak kullanılır:

  • Mikroişlemciler ve Bilgisayarlar: Yüksek performanslı işlemciler ve bellek çiplerinde.
  • Tüketici Elektroniği: Akıllı telefonlar, tabletler ve diğer taşınabilir cihazlarda.
  • Gömülü Sistemler: Mikrodenetleyiciler ve dijital sinyal işlemcilerinde.
  • İletişim Ekipmanları: Anahtarlama, yönlendirme ve ağ arayüz kartları.
  • Endüstriyel Uygulamalar: Robotik kontrol, PLC'ler ve otomasyon sistemleri.
  • Askeri ve Havacılık: FPGA'ler ve yüksek performans gerektiren uygulamalarda.

QFP ve QFN Karşılaştırması

En yaygın yüzey montajlı IC paketleme mekanizmaları olan QFP ve QFN arasındaki farklar:

No.

Parametre

QFP

QFN

1

Pin Düzeni

Dört tarafın hepsinde bulunur

90 derece açıyla dizili

Görünür

Alt kısımda bulunur

Kenarlarında hizalı

Gizli

2

Pin Boyutu ve Sayısı

Büyük boyutlu

Yüksek yoğunluklu

Daha küçük boyutlu

Düşük sayıda

3

Termal Performans

Daha düşük

Daha iyi

4

Bacak Adımı

Daha küçük

Daha büyük


QFP paketi, yüksek yoğunluklu elektriksel bağlantılara, düz bir profile ve yüzey montaj teknolojilerine uygun martı kanadı şeklinde bacaklara sahip olması sayesinde yarı iletken endüstrisinde önemli bir yer edinmiştir. Elektronik endüstrisi hızlı bir büyüme içindeyken, QFP paketleri termal kontrol sistemleri gibi ek özellikler ekleyerek ve verimli ısı dağılımı için malzeme teknolojilerini kullanarak sürekli gelişmektedir. Günümüzde, QFP yüksek seviyeli endüstriyel kontrol elektroniğinden tüketici elektroniğine kadar çeşitli uygulamalar için yaygın olarak benimsenen bir paketleme çözümüdür.


**Bu yazı ilk olarak anysilicon websitesinde görülmüştür.

Bu Yazıyı Paylaşmak İster misiniz ?
E-Bülten
İndirimli ürünler ve fırsatlardan ilk önce siz haberdar olmak istermisiniz?
softtr® | Profesyonel E-Ticaret Sistemleri ile hazırlanmıştır.