QFNとは

きゅーえふえぬ

パッケージ底面の外周に電極を露出させ、側面にリードを突き出さない表面実装パッケージ。底面中央の放熱用パッドを基板にはんだ付けでき、小型で放熱性に優れる。

「QFN」は、2分野の2問の練習問題に出てきます(パッケージ・実装, データシートの読み方など)。

この用語の分野: パッケージ・実装

QFNの構造

QFNはQuad Flat No-leadの略で、リードフレームを使うパッケージの一種です。チップをダイパッドに載せ、ワイヤボンディングで周囲のリードとつないで封止樹脂で覆いますが、リードは側面に突き出さず、パッケージの底面の4辺に沿って電極として露出します。ダイパッドも底面の中央に露出させることが多く、これをエクスポーズドパッドやサーマルパッドと呼びます。電極のピッチは0.4〜0.65 mm程度が一般的です。多くはリードフレーム上に多数を並べて一括で封止し、ダイシングソーで切り分けてつくります。2辺だけに電極をもつものはDFNやSONと呼ばれます。

電気特性と放熱

リードがパッケージの底面にあって短いため、配線のインダクタンスや抵抗が小さく、高い周波数の信号を扱うRF回路や、スイッチングの速い電源ICに向きます。底面中央のサーマルパッドをプリント基板のパッドにはんだ付けし、その下に設けた複数のサーマルビアから内層や裏面の銅箔に熱を逃がすため、同じ大きさのリード付きパッケージより熱抵抗を小さくできます。サーマルパッドはグラウンドにつなぐことが多く、電気的な接続も兼ねます。実装面積が小さく薄型なので、スマートフォンなどの小型機器でも広く使われます。

実装と検査の注意点

電極が底面にあるため、はんだ接合部の大部分は外から見えず、X線による検査が中心になります。車載用など外観検査で接合を確かめたい用途では、電極の側面にもはんだがぬれるように加工したウェッタブルフランクの品種が使われます。サーマルパッドにはんだを多く印刷しすぎるとパッケージが浮いて外周の接合が不良になり、少なすぎると放熱が悪くなるため、メタルマスクの開口を格子状に分けて、はんだの量とボイドを調整します。はんだの層が薄いため、大きなパッケージでは温度サイクルでの接合部の疲労にも注意します。

VQFNなどの名前とQFP・BGAとの違い

QFNの前に付くV、W、Uなどの文字は主にパッケージの厚さの区分で、VQFNは「very thin」のQFN、つまり実装高さがおおむね1 mm以下の薄型品を指します。区分の境目や呼び方はメーカーによって異なるため、寸法は個別の外形図で確認します。QFPは4辺からガルウィング状のリードを出し、接合部を目視しやすい反面、実装面積が大きくなります。BGAは底面全体にはんだボールを格子状に並べ、さらに多くの端子を設けられます。QFNは外周にしか電極を置けないため、比較的ピン数の少ないICで特に多く使われます。

QFNの練習問題に挑戦

QFN(Quad Flat No-lead)パッケージの特徴として正しいものはどれか。

  1. Aパッケージの4辺から長いリードを外側に出す
  2. Bリードを外側に出さず、パッケージ底面の4辺に電極を配置した小型のパッケージ
  3. C底面全体にはんだボールを格子状に並べる
答えと解説を見る

正解:B. リードを外側に出さず、パッケージ底面の4辺に電極を配置した小型のパッケージ

QFNは、側面からリードを突き出さず、底面の周辺に電極を露出させたパッケージです。リードが短いためインダクタンスが小さく、小型・薄型にできます。底面中央の大きなサーマルパッドを基板にはんだ付けし、基板のビアから熱を逃がせるため、放熱性にも優れています。一方、接合部が底面に隠れるため目視検査は難しくなります。4辺に長いリードを出すのはQFP、ボールを並べるのはBGAです。

QFNパッケージの裏面にある大きな露出パッド(エクスポーズドパッド)の一般的な扱いとして正しいものはどれか。

  1. Aはんだ付けすると熱応力で割れやすいので、基板側にはランドを設けずにパッケージから浮かせた状態にしておく
  2. B電気的に絶縁しておくため、基板側の対応する部分はソルダーレジストで覆って接続しない
  3. C基板側にもランドを設けてはんだ付けし、指定された電位(多くはGND)に接続して、サーマルビアで熱を逃がす
答えと解説を見る

正解:C. 基板側にもランドを設けてはんだ付けし、指定された電位(多くはGND)に接続して、サーマルビアで熱を逃がす

露出パッドは、チップを載せたダイパッドの裏面がパッケージの外に出たもので、熱を基板へ逃がす主な経路です。データシートのθJAの値は、このパッドを基板にはんだ付けし、サーマルビアで内層のベタパターンにつないだ状態で測られているのが一般的で、はんだ付けしないと放熱が大きく悪化します。推奨ランドパターンでは、はんだの量を調整してボイドや部品の浮きを防ぐため、メタルマスクの開口を分割する例も示されます。接続先の電位はデータシートの指定に従います。

よくある質問

QFNは何の略ですか?

Quad Flat No-leadの略で、4辺に電極をもつ平たいパッケージのうち、側面にリードを突き出さないものを指します。電極はパッケージの底面に露出しています。

VQFNとQFNの違いは何ですか?

VQFNはQFNのうち薄型(very thin)のものを指す名前で、構造は同じです。厚さの区分や呼び方はメーカーによって異なるため、外形図で寸法を確かめます。

QFNの底面中央のパッドは何のためにありますか?

チップを載せたダイパッドを露出させたもので、プリント基板にはんだ付けしてサーマルビアから熱を逃がす放熱の経路になります。多くの場合グラウンドにもつなぎ、電気的な接続も兼ねます。

解説の中の「QFN」

「QFN」が出てくる問題(2問)

  1. QFN(Quad Flat No-lead)パッケージの特徴として正しいものはどれか。
  2. QFNパッケージの裏面にある大きな露出パッド(エクスポーズドパッド)の一般的な扱いとして正しいものはどれか。

パッケージ・実装の参考書を探す PR

Amazonの検索結果へのリンクです。Amazonのアソシエイトとして、半導体教室は適格販売により収入を得ています。

この用語が出てくる比較

関連する用語

ビア QFP BGA 露出パッド(エクスポーズドパッド) アンダーフィル CSP(チップサイズパッケージ) ダイシング ダイボンディング WLP(ウエハレベルパッケージ) 熱抵抗

用語集の一覧へ