芯片之美:10分钟讲透QFN封装

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10分钟快速了解QFN封装为什么越来越受欢迎——
这里我们先罗列三个最显著的优点:(PS:如果你觉得QFN封装还有其他优点,欢迎在文末留言补充。)
QFN体积小,重量轻
与SOP、TQFP等封装相比,QFN在体积与重量上的优势明显。
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有个专有名词叫封装效率,就是芯片面积与封装面积之比趋向1为高效率。SOP的封装效率为0.1-0.2之间,而QFN的封装效率可以做到0.3-0.4,底部没有看热盘的QFN可以做到0.5,说明QFN的封装效率非常高的。
像手机、相机等很多便携小型的电子设备,因为尺寸越来越小,所以很多是采用QFN封装的,它占用的PCB空间可以做到非常小。
QFN的热性能好
QFN封装的底部,有一个很大的焊盘,可直接焊接在电路板上。
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这个焊盘的作用可以理解为散热,当芯片工作时,会产生热量。通过底部的焊盘,可以将热量快速的辐射至整个电路板,散热面积变大,散热速度更快。
QFN封装的电性能好
QFN封装的中文全称是方形扁平无引脚封装,确实是没有引脚的。
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其他封装比如SOP、TSOP,引脚都是L形引出来的,芯片内部引脚和焊盘之间的导电路径就比较长。而QFN封装没有引脚印出来,所以导电路径短,那么自感系数以及封装体内布线电阻很低,电性能就很好。
QFN还有很多优点,比如可靠性高,性价比高等等,还有更多优点,评论区等候大家来补充。
关于封装的工艺,很多人也想了解。这里特别引用了来自《半导体行业观察》的一篇文章,截取简单易懂的部分分享给大家。
QFN封装也是要经过很多步骤的,这个过程主要站别有8个,从磨片、划片、装片,再到焊线、包封、电镀、打印和切割,工艺精致又繁琐。在这之中,又有4个关键站别:装片、焊线、包封和切割。
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步骤1磨片:因为一般晶圆厂出来的晶圆圆片(以下简称:圆片)的厚度大概是550~725微米,而常规QFN封装总厚度也为550~750微米,所以如果不经过减薄处理,晶圆就没办法放进去了。这一刀磨片减薄工序,就是为了方便在有限的空间中进行封装。
步骤2划片:一个晶圆原片上面可以做出N个独立功能的芯片,封装前,要将芯片1个个划分出来。这个步骤专业叫法是:划片。
步骤3装片:将分离好的芯片从已划开的圆片上取出,这时候的芯片是芯片本芯,还没有引脚,就需要放到金属载体上,因为金属载体上是带有引脚的,金属载体通过银浆或粘结膜进行连接之后,等待下一步焊线。
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步骤4焊线:这一步焊线是芯片内部的焊线,目的是把芯片的功能焊盘与封装的引脚连接起来。主要使用自动焊线设备将芯片的功能Pad与框架的管脚用焊线连起来,把芯片设计的功能通过框架管脚连接到外面电路板,确保产品通电后可以正常工作。
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经历以上4步之后,距离QFN封装本封已经越来越近了,已经初具常规大家对芯片印象中的样子了。但只是这样是没法直接焊接在电路板上的,直接焊的话可能会遭受外部环境的干扰,灰尘进去,短路,腐蚀等等…所以说目前还是个半成品。需要在外面给它穿上一层保护壳。
步骤5包封:其实就是在已焊线好的芯片和金属载体外用环氧树脂通过高温压力注塑的方式给它做一层衣服,包裹并固化起来,在芯片外部形成物理保护。
步骤6电镀:因为芯片的引脚为铜材,裸铜是很容易氧化的,并且不是很方便焊接,那么为了确保封装好的芯片可以用SMT(Surface mount technology)方式与电路板成功焊接,就需要在铜材上镀上一层锡。
步骤7打印:这一步大家应该比较好理解,目的是为了方便对芯片进行追溯,一般会使用激光打印设备在芯片表面将产品名称、客户标识logo甚至批次信息等打印在单颗产品上。
步骤8切割:最后一步工作就是切割。为了尽快的封装芯片,提高效率,通常不会每个芯片都按照上面流程来一遍,太浪费时间。一般就是把一定数量的芯片放置在条状的框架载体上,统一进行作业,直到进行到最后一步了,再将芯片1个个分割开来。
上面介绍的QFN流程只是一个参考流程,每个厂的流程可能会有稍微不同,但整体原理还是一样的,其他封装的芯片的流程应该也大同小异。
当然随着芯片封装技术的升级,也会有更先进的封装技术出现,到时候再为大家介绍。
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