传统封装
QFN:把腿藏进肚子里
去掉伸出来的引脚,底部加一块散热焊盘:小、便宜、散热好。它是今天出货量最大的封装之一。
结构与原理
QFN:把腿藏进肚子里
Quad Flat No-lead,四方扁平无引脚封装。
它为什么诞生
1990 年代,手机、笔记本开始流行,所有东西都在追求“更小、更薄、更便宜”。当时主流的 QFP 封装有几个毛病:
- 腿太占地方。鸥翼形引脚从四边伸出去 1–2 mm,焊盘也要跟着往外放,封装实际占地比本体大一圈。
- 腿太长,电气性能差。引脚越长,就越像一根小天线和小电感,高频信号(比如射频、无线)会变差。
- 散热差。热量只能从塑料外壳和细细的腿慢慢散出去。
- 腿容易弯。间距细到 0.4 mm 的 QFP,运输和贴装中碰一下就可能歪。
1990 年代末,封装厂(例如 Amkor 推出的 MicroLeadFrame®)想出了办法:引脚还是用金属引线框架做,但不再让它们伸出来,而是在封装边缘齐平切断,露在底面。后来 JEDEC(半导体标准组织)把它定为标准,名字就叫 QFN。
拆开看:QFN 的内部结构
下图是一颗 QFN 焊在电路板上的剖面(想象用刀从中间竖着切开):
- 1塑封料:黑色环氧树脂外壳,负责保护。
- 2硅裸片:真正干活的芯片,用胶粘在散热片上。
- 3键合线:金线或铜线,直径约 20–30 μm,连接芯片焊盘和引脚。
- 4引脚(焊盘):铜引线框架的一部分,露在底面和侧面。
- 5裸露散热焊盘(EP):直接焊到电路板上,热量和接地都走这里。
- 6焊锡:散热焊盘下面的小空洞叫“空洞(void)”,太多会影响散热。
- 7散热过孔:电路板上的铜孔,把热量导到板子的内层和背面。
- 8电路板(PCB)
关键点在于 ⑤ 散热焊盘:芯片背面贴在一大块铜上,铜直接焊到电路板,热量几乎是“直通”下去的。这让 QFN 的散热能力远好于同尺寸的 QFP。电源芯片、电机驱动、射频功放都很喜欢它。
另一个关键是路径短:信号从芯片 → 一小段金线 → 引脚 → 电路板,引脚几乎没有长度,寄生电感只有 QFP 的几分之一,所以 Wi-Fi、蓝牙这类射频芯片也大量使用 QFN。
优点
- 小:占地 ≈ 本体,常见 2×2 到 12×12 mm
- 便宜:沿用成熟的引线框架工艺,不需要昂贵基板
- 散热好:底部大铜片直通电路板
- 电气性能好:引线短,适合高频
- 薄:厚度可做到 1 mm 以内
缺点
- 引脚仍只能排四周,通常十几到一百个左右
- 焊点藏在底下,肉眼和普通相机难以检查
- 散热焊盘的焊锡容易有空洞,或把芯片“顶起来”
- 手工焊接和返修比较难
- 封装刚性强,电路板弯曲时焊点受力大
常见变种
- DFN:只有两条边有焊盘,常用于小功率管、稳压器。
- 可湿侧翼 QFN(Wettable Flank):引脚侧面做成小台阶并镀锡,焊锡会爬上侧面形成可见的焊角,自动光学检测(AOI)一眼就能看到是否焊好。汽车电子几乎都要求这一点。
- 多排 QFN:在四周排两三圈焊盘,把引脚数推到一两百。
- 倒装 QFN(FC-QFN):不用金线,芯片翻过来直接用凸点焊在框架上,路径更短,大电流电源芯片常用。
身边的例子乐鑫 ESP32 系列 Wi-Fi 芯片、大量 STM32 单片机、手机里的电源管理芯片、充电器里的快充协议芯片,很多都是 QFN。