Tipuri de pachete IC explicate: BGA vs QFN vs QFP și cum să alegeți pentru PCB-ul dvs.

Un pachet de circuit integrat este carcasa din jurul unui cip de siliciu care îl protejează și îl conectează la placă - iar pachetul pe care îl alegeți (BGA, QFN, QFP și altele) determină dimensiunea plăcii, comportamentul termic, procesul de asamblare și costul acesteia. Alegerea celui potrivit este la fel de mult o decizie de fabricație, cât și una electrică. Acest ghid explică principalele tipuri de pachete de circuite integrate, cum se compară cele populare, cum pachetul afectează asamblarea și cum asamblează Highleap Electronics fiecare tip de pachet în mod fiabil.

1. Ce este un pachet de circuit integrat și ce face?

Un pachet de circuit integrat este carcasa protectoare care înconjoară o matriță semiconductoare și asigură conexiunile electrice - fire, pini sau bile - de la cip la PCB. Aceasta face trei lucruri: protejează siliciul fragil de deteriorarea fizică și de mediu, extinde conexiunile minuscule ale matriței într-un pas care permite montarea pe placă și oferă o cale pentru ca căldura să părăsească cip. Fără pachet, o matriță goală nu ar putea fi manipulată, conectată sau răcită în procesul normal de fabricație.

Pachetul definește, de asemenea, modul în care cipul este asamblat pe placă - indiferent dacă are pini pentru găuri, cabluri pentru montare la suprafață sau o serie de bile dedesubt. Această alegere a pachetului se reflectă în întreaga placă: dimensiunea, designul termic, procesul de asamblare și nevoile de inspecție. Deoarece pachetul se află la limita dintre cip și placă, este strâns legat de tehnologia substratului pieselor avansate, cum ar fi PCB-urile cu substrat IC și substraturile BGA care direcționează conexiunile die-ului în interiorul pachetului.

2. Tipuri de pachete de circuite integrate: cu gaură trecentă, SMT cu conductori și matrice

Pachetele de circuite integrate se împart în trei mari familii: through-hole (pini inserați în găuri, cum ar fi DIP), leaded surface mount (conectori lipiți la suprafață, cum ar fi QFP și SOIC) și pachetele matrice (conexiuni dedesubt, cum ar fi BGA și QFN). Fiecare familie reprezintă un pas către dimensiuni mai mici și densitate mai mare de conexiuni, iar familia dictează în mare măsură metoda de asamblare:

Capsulele de tip matrice (matrice) sunt cele mai mari și mai ușor de lipit manual, dar ocupă cel mai mult spațiu; capsulele SMT cu conectori au conexiuni accesibile de-a lungul marginilor; iar capsulele de tip matrice (matrice) plasează conexiunile sub corp pentru cea mai mare densitate și cea mai mică amprentă. Tendința în timp a fost către capsule de tip matrice, pe măsură ce dispozitivele se micșorează, ceea ce crește cerințele de asamblare și inspecție - domeniu explorat în secțiunile următoare și observat în comparații de capsule, cum ar fi BGA versus LGA.

3. BGA vs. QFN vs. QFP: care este diferența?

QFP are fire care se extind pe toate cele patru laturi pentru o inspecție ușoară, QFN are pad-uri pe marginile inferioare fără fire extinse pentru o amprentă mai mică, iar BGA are o serie de bile de lipit pe întreaga parte inferioară pentru cel mai mare număr de conexiuni. Diferența constă în locul în care sunt conexiunile și cât de accesibile sunt acestea, ceea ce schimbă inspectabilitatea cu densitatea:

• QFP (Pachet Quad Flat) are cabluri tip aripă de pescăruș pe toate cele patru laturi; cablurile sunt vizibile și relativ ușor de inspectat și prelucrat, ceea ce le face ușor de asamblat - detalii în această analiză Pachete QFN versus QFP.
• QFN (Quad Flat fără plumb) are tampoane de-a lungul marginilor inferioare și adesea o pernă termică centrală, fără cabluri extinse — mai mici și mai bune din punct de vedere termic, dar îmbinările sunt sub corp și mai greu de inspectat, acoperite cu BGA versus QFN.
• BGA (Ball Grid Array) folosește o serie de bile de lipit pe toată partea inferioară, oferind cele mai multe conexiuni într-o zonă mică - dar fiecare îmbinare este ascunsă, necesitând verificare cu raze X, așa cum este discutat în Lipire BGA.

Modelul este clar: pe măsură ce se mișcă QFP → QFN → BGA, amprenta și densitatea conexiunilor se îmbunătățesc, în timp ce inspectabilitatea devine mai dificilă. Această provocare a inspecției este exact motivul pentru care pachetele cu îmbinări ascunse au nevoie de capacitatea de verificare descrisă în continuare.

4. Cum afectează tipul de pachet IC asamblarea PCB-ului

Tipul de pachet al circuitului integrat determină procesul de asamblare și metoda de inspecție: pachetele cu plumb pot fi plasate și inspectate vizual direct, în timp ce pachetele cu matrice, cum ar fi BGA și QFN, necesită o plasare precisă, reflow controlat și inspecție cu raze X, deoarece îmbinările lor sunt ascunse sub corp. Prin urmare, pachetul este o decizie de fabricație, nu doar una electrică - stabilește ce trebuie să facă linia și inspecția:

• SMT cu plumb (QFP, SOIC) se așază ușor, iar îmbinările sale sunt vizibile inspecție optică automată, ceea ce o face cea mai iertătoare de construit.
• QFN necesită pastă atentă și o îmbinare termică bună, cu margini ascunse și îmbinări inferioare care necesită adesea o radiografie.
• BGA necesită o plasare precisă și un profil de reflow controlat, astfel încât bilele să se prăbușească corect, iar îmbinările sale complet ascunse pot fi verificate doar prin Inspecția cu raze X — inima fiabilității Asamblare BGA.
• Prin gaura folosește lipire în valuri sau selectivă și este cel mai ușor de lipit și inspectat manual.

Concluzia este că alegerea unui ambalaj dens vă obligă la un proces de asamblare eficient cu raze X, așadar ambalajul și planul de fabricație ar trebui decise împreună, mai degrabă decât ambalajul să fie ales separat.

5. Cum să alegi pachetul IC potrivit

Alegeți un pachet de circuit integrat prin echilibrarea spațiului de pe placă, a nevoilor termice, a capacității de asamblare și a costului în raport cu disponibilitatea piesei - cel mai mic pachet nu este întotdeauna cel mai bun dacă impune o construcție mai dificilă și mai costisitoare decât necesită produsul dumneavoastră. Adesea, același cip este oferit în mai multe pachete, ceea ce face ca aceasta să fie o alegere de design reală. Factorii de luat în considerare:

• Spațiu de bord. Designurile compacte și dense se îndreaptă spre QFN și BGA; plăcile mai spațioase pot utiliza capsule cu plumb, care sunt mai ușor de asamblat.
• Nevoi termice. Pachetele cu plăcuțe termice sau corpuri mai mari disipă mai bine căldura, ceea ce este important pentru piesele care consumă multă energie.
• Capacitate de asamblare. Piesele BGA și cu pas fin necesită o linie de reflow cu raze X; dacă aceasta este disponibilă, sunt în regulă - dacă nu, un ambalaj cu plumb este mai sigur.
• Cost și disponibilitate. Alegerea pachetului afectează atât costul piesei, cât și costul de asamblare, iar o piesă poate fi stocată doar în anumite pachete.

Cea mai bună abordare este să confirmați din timp că ambalajul se potrivește atât designului, cât și procesului de fabricație preconizat - în mod ideal, într-o analiză a fabricabilității - astfel încât să nu vă angajați cu un ambalaj pe care procesul dvs. de asamblare nu îl poate construi sau inspecta în mod fiabil.

6. Cum asamblează Highleap fiecare tip de pachet de circuit integrat

Highleap asamblează fiecare tip de pachet de circuit integrat - cu gaură trecentă, cu montare la suprafață cu plumb, QFN și BGA - cu plasarea, reflow-ul și inspecția necesare pentru fiecare, inclusiv radiografie pentru îmbinări ascunse. Pachetele cu plumb sunt plasate și inspectate optic, piesele cu pas fin și QFN primesc pastă și profiluri controlate, iar BGA-urile sunt plasate cu precizie și reflow-ul într-un profil care formează îmbinări sferice solide, apoi verificate prin raze X.

Deoarece alegerea pachetului crește dificultatea asamblării, o analiză a fabricabilității înainte de fabricație verifică dacă amprentele, plăcuțele termice și pasul sunt construibile și dacă este planificată inspecția corectă - identificând riscurile legate de pachet înainte de execuție. Highleap oferă acest lucru în cadrul asamblării la cheie , acoperind aprovizionarea, plasarea, lipirea și inspecția pentru toate tipurile de pachete și oferă asistență pentru placa goală până la fabricarea PCB-urilor . Când solicitați o ofertă, enumerați pachetele IC de pe placă - în special orice piese BGA sau cu pas fin - și cel mai mic pas, astfel încât procesul și inspecția corecte să fie stabilite.

7. Întrebări frecvente despre pachetul IC

Care este diferența dintre un pachet de circuit integrat și cipul din interior?

Cipul (die-ul) este semiconductorul nefinisat care face treaba; capsula este carcasa care îl protejează, îi extinde conexiunile într-un pas care permite montarea pe placă și ajută la eliminarea căldurii. Capsa este cea care face ca cipul să fie manevrabil și ușor de lipit.

Care pachet de circuit integrat este cel mai ușor de lipit manual?

Capsulele de tip „through hole”, precum DIP, sunt cele mai simple, urmate de capsulele cu montare la suprafață și conexiuni, cum ar fi SOIC și QFP, ale căror conexiuni sunt accesibile. QFN și BGA, cu conexiuni sub corp, sunt dificil de realizat sau imposibil de realizat manual și necesită refolosire.

De ce este nevoie de BGA cu inspecție cu raze X?

Deoarece bilele de lipire ale unui BGA sunt complet ascunse sub încapsulare, nicio cameră nu le poate vedea. Radiografia verifică articulațiile sferice și detectează goluri sau scurtcircuite, aceasta fiind singura modalitate nedistructivă de a confirma asamblarea BGA.

Care este diferența dintre QFN și o placă termică?

Un QFN este un tip de pachet cu pad-uri de-a lungul marginilor inferioare; pad-ul termic este pad-ul metalic mai mare din centrul multor QFN-uri (și al altor pachete) care conduce căldura în placă. Pad-ul termic trebuie să fie bine lipit atât pentru eliminarea căldurii, cât și pentru rezistența mecanică.

Poate același cip să vină în pachete diferite?

Da — multe circuite integrate sunt oferite în mai multe opțiuni de capsulare, permițându-vă să faceți schimb de spațiu pe placă, performanță termică, dificultate de asamblare și cost. Acest lucru face ca selecția capsulare să fie o decizie de design reală, mai degrabă decât o proprietate fixă ​​a cipului.

Alegerea ambalajului afectează costul PCB-ului?

Da — pachetele mai dense, precum BGA, pot necesita mai multe straturi de placă de rutat, caracteristici mai fine și inspecție cu raze X, toate acestea adăugând costuri, în timp ce pachetele cu plumb sunt mai ieftin de asamblat. Alegerea pachetului afectează atât costul componentelor, cât și costul asamblării.