마이크로컴퓨터, PCB, 프로그래머블 모듈을 다루시나요? 그럼 작동하는 IC 부품이 필요합니다. QFN 또는 쿼드 마이크로 리드 프레임 패키지가 고려 대상 중 하나입니다. QFN이란 무엇일까요? 쿼드 플랫 노-리드(Quad Flat No-lead)를 의미합니다. 이 글에서 자세히 다룰 예정입니다. 왜 QFN 패키징을 선택할까요? 가장 인기 있는 패키지 중 하나일 뿐만 아니라 QFN은 다재다능합니다. 또한 경제성과 뛰어난 성능으로 두드러집니다.
이 글에서는 패키징, 유형, 조립 방법 등에 대해 더 설명합니다.
시작해 봅시다.
QFN 패키지
출처: Wikimedia Commons
QFN은 ASCIC을 PCB에 연결하는 반도체 패키지입니다. 표면 실장 기술을 사용하여 이를 수행합니다.
또한 QFN은 칩 스케일 패키지(CSP)라고 불리는 리드 프레임 기반 패키지입니다. 조립 후 리드를 보고 접촉할 수 있기 때문입니다.
일반적으로 구리 리드 프레임이 QFN 패키지의 PCB 상호연결과 다이 조립을 구성합니다. 또한 이 패키지는 단일 또는 다중 행의 핀을 가질 수 있습니다.
패키지의 단일 행 구조는 쏘 싱귤레이션(saw singulation) 또는 펀치 싱귤레이션(punch singulation) 공정으로 형성됩니다. 두 절차 모두 대규모 패키지 모음을 개별 패키지로 분할합니다.
또한 다중 행 QFN은 구리 에칭 공정을 거쳐 원하는 핀 수와 행을 얻습니다. 그런 다음 쏘(saw)가 행과 핀을 싱귤레이트합니다.
또한 QFN은 보통 패키지 아래에 열린 열 패드를 가집니다. 따라서 패키지를 PCB에 직접 납땜하여 다이에서 최적의 열 전달을 원하면 가능합니다.
다양한 QFN 패키지 유형이 있습니다. 몇 가지를 소개합니다:
플라스틱 몰드 QFN
출처: Wikimedia Commons
흥미롭게도 이 패키지는 꽤 저렴합니다. 플라스틱 몰드 QFN은 뚜껑이 없고 두 부분으로 구성됩니다: 구리 리드 프레임과 플라스틱 화합물. 하지만 2~3GHz 정도의 애플리케이션으로 제한됩니다.
에어 캐비티 QFN
출처: Pixabay
이 QFN은 패키지에 에어 캐비티를 가집니다. 세 부분으로 구성됩니다: 플라스틱 또는 세라믹 뚜껑, 구리 리드 프레임, 플라스틱 몰드 바디(씰 없음, 개방형). 또한 구조 때문에 가격이 비쌉니다. 하지만 20~25GHz 범위의 마이크로파 응용에 사용할 수 있습니다.
웻터블 플랭크 QFN
출처: Pixabay
웻터블 플랭크 QFN은 납땜 웨팅을 나타내는 돌출부를 가집니다. 따라서 설계자가 패드가 PCB에 장착되었는지 시각적으로 쉽게 확인할 수 있습니다.
펀치 타입 QFN
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이 타입의 QFN은 단일 몰드 캐비티 형식으로 몰드됩니다. 펀치 툴이 몰드 캐비티를 분리하므로 이런 이름이 붙었습니다. 또한 이 방법으로 단일 패키지만 몰드할 수 있음을 의미합니다.
쏘 타입 QFN 모델 구조
출처: Researchgate
이 패키지는 MAP(몰드 어레이 프로세스)를 사용하여 몰딩합니다. 이 절차는 대규모 박스 세트를 더 작은 부분으로 절단하는 것을 수반합니다. 그런 다음 쏘 타입 패키지를 개별적으로 정렬하여 프로세스를 마무리합니다.
플립 칩 QFN
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플립 칩은 저렴한 몰드 패키지입니다. 상자(기판/구리 리드 프레임)에 플립 칩 상호연결을 사용합니다.
짧은 전기 경로 덕분에 전기 성능을 위한 이상적인 쿼드 플랫 노-리드입니다.
와이어 본드 QFN
출처: Researchgate
이 패키지는 와이어를 사용하여 PCB 트랙, 반도체, 또는 집적 회로를 칩 단자에 직접 연결합니다.
QFN 패키징
출처: Wikimedia Commons
QFN 부품의 표면 실장 조립에 사용할 기본 단계들입니다:
먼저 솔더 페이스트 프린팅으로 조립을 시작해야 합니다. 이 과정은 부품을 올리기 전에 보드에 솔더 페이스트를 균일하게 펴 바르는 것입니다.
PCB 설계 레이아웃에 따라 QFN IC 부품을 보드에 장착하기 시작합니다. 또한 부품이 높은 상호연결 밀도를 가지므로 이 단계에서 정확하고 정밀한 도구를 사용하는 것이 필수적입니다.
이 단계는 보드가 리플로우 오븐에 들어가기에 적합한지 확인하기 때문에 중요합니다. 이때 보드 표면에 솔더링 공정을 변경할 수 있는 오염 물질이 없는지 확인합니다.
보드가 양호한 상태임이 확인되면 리플로우 오븐에 넣어 솔더링합니다.
이 단계의 이유는 솔더 품질을 확인하기 위함입니다.
또한 조립된 부품을 위해 스텐실 설계와 적절한 PCB 풋프린트가 필요합니다. 그렇게 하면 설계 의도에 따라 작업할 수 있습니다.
앞서 언급했듯 솔더링은 QFN 조립 과정의 중요한 부분입니다. PCB가 리플로우 오븐에 들어가면 리플로우 오븐의 온도 때문에 보드 일부가 다른 부분보다 빨리 가열됩니다.
보드의 가벼운 부분이 빨리 가열됩니다. 하지만 넓은 구리 영역이 있는 부분은 가열되는 데 더 오래 걸립니다. 써모커플을 전체 과정에 사용할 수 있습니다.
이 장치는 QFN 패키지 표면 온도를 모니터링하는 데 도움을 줍니다. 또한 써모커플은 피크 패키지 본체 온도(Tp)가 일반적인 값을 초과하지 않도록 보장하는 데 도움을 줍니다.
QFN은 환상적인 패키지지만 다음과 같은 걸림돌이 있습니다:
PCB 설계자로서 QFN의 주요 우려 사항 중 하나는 제조 가능성입니다. QFN 배치와 리플로우에서 결함률을 낮추는 것이 어려울 수 있습니다.
QFN이 저혼합 대량 생산 제품에 진입했을 때 어느 정도 성공을 거두었습니다. 하지만 하이믹스 저용량 작업에서 잠재적 이슈가 있는 경향이 있습니다. 이 이슈는 보드와 스텐실 설계 두 가지 주요 영역에 걸쳐 있습니다.
스텐실 설계 프로세스에서는 개구부 설계와 스텐실 두께에 정확해야 합니다. 예를 들어 보이드가 너무 많거나 페이스트가 너무 많으면 스텐실 설계에 영향을 줍니다. 따라서 제조사 가이드라인을 따르는 것이 최선입니다. 약 2~3밀 두께의 솔더를 목표로 하세요.
또한 패드 대비 개구부 비율은 약 0.8:1이어야 합니다—많은 작은 개구부와 함께. 보드 설계에서는 본드 패드 설계가 패키지 풋프린트에서 약 0.2~0.3mm 떨어지도록 합니다.
패키지의 좁은 패드-투-패드 피치로 인해 솔더 브리징 위험이 증가합니다. 또한 QFN에는 리드가 없습니다. 그래서 패키지를 디솔더링해야 할 때 어려움이 있을 수 있습니다.
QFN 패키징은 보드나 부품에서 치수 변화에 취약할 수 있습니다. 이는 보통 패키지에 리드가 없기 때문입니다. 따라서 일부 광범위한 OEM 관행이나 노미널 CM에 이 IC 패키지를 노출시킬 때 덜 견고합니다.
보드 휨도 이 패키지가 경험할 수 있는 또 다른 치수 변화입니다. 즉, QFN(플랫 패키지)을 인-서킷 테스트, 보드 부착 같은 활동에 노출시키면 부품이 높은 스트레스를 받습니다. 이는 패키지에 길고 유연한 구리 리드가 없기 때문입니다.
QFP는 쿼드 플랫 팩(Quad Flat Pack)을 의미합니다. 두 패키지 어레이의 차이점은 다음과 같습니다:
| QFN | QFP |
| 리드가 패키지 네 면으로 연장됨 | 리드가 L자형 또는 갈매기날개 모양으로 바깥으로 연장됨 |
| PCB 조립 과정 중 패키지의 평균 풋팅 | 리드 형태가 PCB 조립 중 패키지의 우수한 베이스 제공 |
| 변형 없음 | 매우 얇은 QFP(VQFP), 로우 프로파일 QFP(LQFP), 얇은 QFP(TQFP) 등 변형 존재 |
| 패키지에 8개 핀과 열 패드만 있음 | 한 면당 8~70개 핀 범위의 다양한 핀 |
가볍고 다루기 쉬운 옵션을 원한다면 QFN 패키징이 정답입니다. 또한 이 리드리스 IC 패키지는 IC의 실리콘 다이를 인쇄 회로 기판에 연결하는 데 효과적입니다.
또한 패키지는 좋은 열 방산이 필요한 응용에 완벽합니다. 조립도 식은 죽 먹기입니다. 이 기사에서 강조한 단계만 따르면 됩니다.
QFN 패키지에 대해 어떻게 생각하시나요? 다음 프로젝트에 최고의 것을 구해야 하나요? 자유롭게 연락 주세요.
산업기술
제작(Fab) 도면과 조립 도면은 벤더에게 다양한 정보를 전달하는 데 유용합니다. 제작 도면엔 PCB 제작 방법이, 조립 도면엔 여러 부품이 베어 PCB에 어떻게 실장될지 상세히 담깁니다. 하지만 벤더가 지시를 이해하려면 특정 표준을 따라야 합니다. 제작·조립 도면의 기초 제작이든 조립이든, 두 경우 모두 동일한 시작점에서 출발합니다. 두 도면에 공통으로 필요한 일반 항목들입니다. 보드 외곽선(Board Outline) 레이아웃 데이터베이스의 회로 기판 설계 외곽선입니다. 보통 컷아웃과 슬롯을 포함해 제작 도면 치수를 정의합
사이클 타임과 제품 사양이 자동화 포장 작업에 필요한 로봇 유형을 결정합니다. 패럴렐과 SCARA 로봇은 고속 포장과 분류에 이상적이며, 관절 로봇은 대형 제품 포장에 더 적합합니다. 어떤 니즈든 로봇은 포장 공정을 더 원활하고 효율적으로 만듭니다. 로봇 포장 유형 대부분 로봇 포장 유형은 이름에 내재되어 있습니다: 식품 포장, 병 포장, 케이스 포장, 트레이 포장, 제약 포장, 화장품 포장, 버라이어티 포장. 로봇 포장은 포장 산업의 생산을 가속화하고 위생 조건을 개선합니다. 로봇은 공정에서 반복성, 신뢰성, 속도를 보장합니다.
