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BGA vs QFP vs QFN : comparaison des types de boîtiers de circuits intégrés

Ce sont trois boîtiers courants de circuits intégrés pour montage en surface qui diffèrent par l'emplacement de leurs connexions. Un QFP possède des broches en aile de mouette qui dépassent sur ses quatre côtés. Un QFN possède des plots plats sur les bords de sa face inférieure, sans broches. Un BGA possède une matrice de billes de soudure sur toute sa face inférieure. Les BGA offrent le plus de connexions sur la plus petite surface, les QFN sont compacts avec une excellente dissipation thermique, et les QFP sont les plus faciles à inspecter et à souder à la main.

CritèreBGAQFPQFN
TerminaisonsUne matrice de billes de soudure sur la face inférieureBroches en aile de mouette sur les quatre côtésPlots plats sur les bords de la face inférieure, plus un plot thermique exposé au centre
Nombre de broches typiqueDe quelques centaines à plusieurs milliersEnviron 32 à 300Environ 8 à 100
Pas typiqueEnviron 0.4 à 1.27 mmEnviron 0.4 à 0.8 mmEnviron 0.4 à 0.65 mm
TailleCompact pour le nombre de brochesLe plus grand : les broches dépassent du corpsPetit et fin
Performances électriquesChemins courts, faible inductanceBroches plus longues, inductance plus élevéeChemins courts, faible inductance
Dissipation thermiqueBonne, via les billes et les vias thermiquesModéréeExcellente, via le plot exposé
Inspection et retoucheLes joints sont cachés : une inspection aux rayons X est nécessaire et la retouche est difficileFaciles : les broches sont visibles et peuvent être soudées à la mainPlus difficiles : les joints sont en partie cachés sous le boîtier
Problème des pas finsNécessite des vias fins et de nombreuses couches de circuit impriméLes broches peuvent se tordre ou former des ponts lorsque le pas est très finModéré
Usages typiquesCPU, GPU, FPGA, SoC et mémoiresMicrocontrôleurs et anciens ASICMicrocontrôleurs, RF, gestion de l'alimentation et capteurs

Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur typiques et varient selon la génération de procédé et le produit.

Quand choisir l'un ou l'autre ?

BGA
Lorsqu'il faut de nombreuses broches sur une petite surface avec de bonnes performances électriques, comme pour les processeurs et les mémoires.
QFP
Lorsque la facilité d'assemblage, d'inspection et de prototypage compte plus que la taille.
QFN
Lorsqu'il faut un boîtier petit et fin avec une bonne dissipation thermique et un nombre de broches modéré.

Questions fréquentes

Pourquoi utilise-t-on le BGA pour les CPU ?

Un BGA répartit une matrice de billes de soudure sur toute sa face inférieure, ce qui offre de quelques centaines à plusieurs milliers de connexions sur une petite surface, avec des chemins courts et de faible inductance.

Le QFN est-il plus facile à souder que le BGA ?

En général oui, mais le QFN est plus difficile que le QFP car ses joints sont en partie cachés sous le boîtier. Les joints d'un BGA sont entièrement cachés et nécessitent une inspection aux rayons X.

Qu'est-ce que le plot exposé d'un QFN ?

Un plot métallique au centre de la face inférieure, soudé au circuit imprimé pour évacuer la chaleur ; il sert souvent aussi de connexion de masse.

Quel boîtier convient le mieux au soudage manuel ?

Le QFP, car ses broches sont visibles et faciles d'accès.

Vérifier vos connaissances

Quelle est la caractéristique du boîtier BGA (Ball Grid Array) ?

  1. ALes broches sortent de deux côtés du boîtier
  2. BDes broches en aile de mouette sortent des quatre côtés du boîtier
  3. CDes billes de brasure sont disposées en matrice sur la face inférieure du boîtier
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Réponse : C. Des billes de brasure sont disposées en matrice sur la face inférieure du boîtier

Le BGA dispose des billes de brasure en matrice sur toute la face inférieure du boîtier comme bornes externes. Les bornes étant réparties sur une surface, on en place davantage, à taille égale, que dans un QFP, qui ne peut sortir des broches qu’en périphérie, et les connexions sont plus courtes. En revanche, les joints étant cachés sous le boîtier, ils ne sont pas inspectables visuellement et l’on utilise les rayons X. Les broches sur deux côtés caractérisent le SOP, et les broches en aile de mouette sur quatre côtés le QFP.

Quelle est la caractéristique du boîtier QFN (Quad Flat No-lead) ?

  1. ADe longues broches sortent vers l’extérieur sur les quatre côtés du boîtier
  2. BPetit boîtier sans broches saillantes, dont les électrodes sont disposées sur les quatre côtés de la face inférieure
  3. CDes billes de brasure sont disposées en matrice sur toute la face inférieure
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Réponse : B. Petit boîtier sans broches saillantes, dont les électrodes sont disposées sur les quatre côtés de la face inférieure

Le QFN est un boîtier sans broches saillantes sur les côtés, dont les électrodes affleurent en périphérie de la face inférieure. Les connexions courtes donnent une faible inductance et permettent un boîtier petit et mince. La grande pastille thermique au centre de la face inférieure est brasée au substrat, et la chaleur s’évacue par les vias du substrat, d’où une bonne dissipation. En revanche, les joints cachés sous le boîtier rendent l’inspection visuelle difficile. Les longues broches sur quatre côtés caractérisent le QFP, les billes en matrice le BGA.

Quel boîtier pour montage en surface comporte des broches en aile de mouette sortant de deux côtés ?

  1. ASOP
  2. BQFP
  3. CBGA
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Réponse : A. SOP

Le SOP (Small Outline Package) est un boîtier pour montage en surface dont les broches sortent des deux grands côtés et sont pliées vers l’extérieur comme des ailes de mouette. L’extrémité des broches étant visible, l’état des brasures se vérifie facilement à l’œil ; il est très utilisé pour les circuits intégrés à faible nombre de broches. Le TSOP, version amincie, a été utilisé notamment pour les mémoires. Les broches sur quatre côtés caractérisent le QFP, les billes sous le boîtier le BGA.

  1. Pour un QFP à grand nombre de broches, quel problème survient facilement si l’on réduit trop le pas des broches ?
  2. Quel classement relatif à l’absorption d’humidité définit, pour les boîtiers montés en surface, la durée d’exposition admise entre l’ouverture de l’emballage étanche et la refusion ?
  3. Quelle description du CSP (Chip Size Package) est correcte ?

Questions d'entraînement sur Boîtiers et assemblage

Termes clés expliqués

BGA
Ball Grid Array. Boîtier pour grand nombre de broches dont la face inférieure porte des billes de soudure disposées en grille.
CSP (boîtier à l'échelle de la puce)
Terme générique désignant les boîtiers miniaturisés jusqu'à presque la taille de la puce. Largement utilisés dans les appareils compacts comme les smartphones.

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