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QFPとは

きゅーえふぴー

パッケージの4辺からガルウィング状に曲げたリードを出した表面実装パッケージ。接合部を目視で検査しやすく、マイコンなどで広く使われる。

「QFP」は、3分野の8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, 先端技術(3D実装・チップレット)など)。

この用語の分野: パッケージ・実装

QFPの構造

QFPはQuad Flat Package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リードとつないで封止樹脂で覆ったあと、外に出たリードを切りそろえ、かもめの翼のような形(ガルウィング)に曲げます。リードのピッチは0.4〜0.8 mm程度が多く、ピン数は数十本から数百本まで幅があります。本体の厚さによって、一般に1.4 mm程度のLQFP、1.0 mm程度のTQFPなどの呼び分けがあります。2辺だけからリードを出すSOPを4辺に広げた形といえます。

長所と短所

リードの先端と接合部が外から見えるため、はんだ付けの状態を目視や自動外観検査で確かめやすく、手作業での修正や交換もしやすいのが長所です。曲がったリードがばねのように変形して熱膨張の差を吸収するため、温度サイクルでのはんだ接合部の寿命も長くなりやすい傾向があります。一方、端子を外周にしか並べられないため、ピン数が増えるとパッケージが大きくなります。ピッチを狭くするとリードが曲がりやすく、リード先端の高さのそろい(コプラナリティ)の管理や、はんだのブリッジが問題になります。

放熱を強化したQFP

通常のQFPでは、チップの熱は主に封止樹脂とリードを通って逃げるため、熱抵抗が比較的大きくなります。消費電力の大きな製品では、ダイパッドを底面に露出させてプリント基板にはんだ付けするエクスポーズドパッド付きの品種や、パッケージ内に放熱板を組み込んだ品種が使われます。露出したパッドの下にはサーマルビアを設け、熱を内層や裏面の銅箔に広げます。こうした品種では、QFNと同じように、パッド部のはんだの量やボイドの管理が必要になります。

QFP・QFN・BGAの使い分け

QFPはリードを外に出すぶん実装面積が大きく、リードの長さによってインダクタンスも大きくなりますが、検査のしやすさと実装の扱いやすさから、マイコンや産業機器向けのICなどで長く使われています。QFNはリードを底面に収めて小型・薄型にし、放熱性と高周波特性に優れます。BGAは底面全体にボールを並べるため、同じ大きさでもQFPよりはるかに多くの端子を設けられ、多ピンの高性能なチップの主流です。ピン数、実装面積、放熱、検査の方法、基板のコストを比べて選びます。

QFPの練習問題に挑戦

多ピンのQFPで、リードの間隔を狭くしすぎると起こりやすい問題はどれか。

  1. Aパッケージが発光する
  2. B実装時のはんだブリッジ(隣のリードとの短絡)
  3. Cパッケージが重くなる
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正解：B. 実装時のはんだブリッジ(隣のリードとの短絡)

リードの間隔が狭いと、はんだ付けのときに隣のリードとの間にはんだがつながるブリッジが起こりやすくなります。細いリードは輸送や取り扱いの際に曲がりやすく、浮きの不良も増えます。0.4 mmピッチ程度が実用上の限界とされ、それ以上の端子が必要な場合は、底面全体に端子を並べられるBGAなどが使われます。発光や重さの変化は起こりません。

QFPやSOPなどのパッケージで、ピン番号の一般的な付け方として正しいものはどれか。

  1. Aインデックスマークの近くが1番ピンで、上から見て時計回りに番号が増える
  2. Bインデックスマークの近くが1番ピンで、上から見て反時計回りに番号が増える
  3. C印字された文字が読める向きに置いたとき、右下が1番ピンで左へ番号が増える
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正解：B. インデックスマークの近くが1番ピンで、上から見て反時計回りに番号が増える

パッケージの上面には、くぼみや点、切り欠き、面取りなどのインデックスマークがあり、その近くが1番ピンです。上から見て反時計回りに2番、3番と番号が増えるのが一般的です。データシートのピン配置図が上面図(Top View)か底面図(Bottom View)かも必ず確認します。底面図では左右が反転して見えるため、取り違えると基板のフットプリントが鏡像になる失敗につながります。BGAでは、行をアルファベット、列を数字で表したA1のような番号を使います。

よくある質問

QFPとBGAの違いは何ですか?

QFPは4辺からリードを出すため接合部を目視で確かめやすい一方、端子を外周にしか並べられません。BGAは底面全体にはんだボールを並べるので多くの端子を設けられますが、接合部が隠れるためX線で検査します。

QFPとQFNの違いは何ですか?

QFPはガルウィング状のリードを側面から出し、QFNはリードを出さずに底面に電極を露出させます。QFNは小型・薄型で放熱性に優れ、QFPは接合部を目視しやすく、実装後の修正も容易です。

LQFPとTQFPの違いは何ですか?

主に本体の厚さの違いで、一般にLQFPは1.4 mm程度、TQFPは1.0 mm程度の薄型品を指します。リードのピッチやピン数は品種ごとに異なるため、外形図で確かめます。

解説の中の「QFP」

「QFP」が出てくる問題(8問)

  1. 多ピンのQFPで、リードの間隔を狭くしすぎると起こりやすい問題はどれか。
  2. QFPやSOPなどのパッケージで、ピン番号の一般的な付け方として正しいものはどれか。
  3. BGA(ボールグリッドアレイ)パッケージの特徴として正しいものはどれか。
  4. CSP(チップサイズパッケージ)の説明として正しいものはどれか。
  5. 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。
  6. プロセッサのパッケージの上に、メモリのパッケージを重ねて実装する方式を何と呼ぶか。
  7. パッケージの2辺から、ガルウィング状のリードを出した表面実装パッケージはどれか。
  8. スイッチICなどと光の送受信部品を同じパッケージ内に近接して実装し、電気配線を短くして消費電力を減らす技術を何と呼ぶか。

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