Zerbrechen Sie sich den Kopf über ein überfülltes PCB-Layout und machen Sie sich gleichzeitig Gedanken über elektrische Leistung, thermische Leistung, einfache Montage oder Budgets? Oftmals steht bei dieser Abwägung auch eine wichtige Entscheidung hinsichtlich der Komponenten im Mittelpunkt: QFP vs QFN. Wenn Sie zwischen diesen beiden beliebten Gehäusen schwanken, sind Sie nicht allein.
In diesem Blog werden wir uns mit den Unterschieden zwischen QFP und QFN befassen. Wir werden nicht nur einen klaren Vergleich anstellen, sondern auch reale Szenarien vorstellen, die Ihnen helfen, die richtige Entscheidung für Ihr nächstes Projekt zu treffen.
QFP- und QFN-Gehäuse verstehen: Ein kurzer Überblick
QFP ist die Abkürzung für Quad Flat Package, eine Art oberflächenmontierter integrierter Schaltkreis (IC) mit gull-wing- oder L-förmigen Anschlüssen, die aus den vier Seiten des Hauptkörpers herausragen. QFN steht für Quad Flat No-lead Package. Es hat ein bleifreies und flaches Design und verwendet anstelle von hervorstehenden Anschlüssen eine Reihe von leitfähigen Kontaktpads auf der Unterseite.
QFP und QFN sind beide SMT-Gehäuse. Der offensichtliche Unterschied zwischen ihnen besteht darin, dass QFP-Gehäuse Anschlüsse (auch Pins genannt) haben, während QFN-Gehäuse pinlos sind. Abgesehen von diesem Unterschied gibt es viele Unterschiede zwischen QFP vs QFN. Eine detaillierte Gegenüberstellung finden Sie weiter unten.
QFP vs. QFN: Was sind die Unterschiede?
In diesem Abschnitt haben wir die 7 wichtigsten Unterschiede zwischen QFP vs QFN aufgelistet, um Ihnen ein klares Verständnis zu vermitteln. Lassen Sie uns diese nacheinander durchgehen. Am Ende finden Sie eine einfache Tabelle für einen schnellen und intuitiven Vergleich.
1. Grundlegender Aufbau und physisches Erscheinungsbild
Die physische Form von QFP vs QFN ist ein rechteckiger oder quadratischer Körper. QFP hat an allen vier Seiten gebogene und nach außen ragende Anschlüsse, die gut sichtbar und zugänglich sind. Im Gegensatz dazu ist QFN ein Anschlussloses Gehäuse, hat jedoch Metallpads an der Unterseite und an den Seiten des Gehäuses.
2. Anschlussabstand und Pin-Anzahl
Ein Quad-Flat-Gehäuse hat feinere Anschlussabstände zwischen seinen Gull-Wing-Anschlüssen. Je höher die Anzahl der Pins, desto kleiner der Abstand. Ein Quad-Flat-No-Lead-Gehäuse hat Pad-Abstände auf der Unterseite, die in der Regel größer sind.
QFP hat aufgrund seiner fein abgestuften Gull-Wing-Anschlüsse an allen vier Seiten in der Regel 32 bis über 100 Pins, wodurch mehr Pins untergebracht werden können. QFN erlaubt jedoch aufgrund seines bleifreien Designs in der Regel weniger Pins. Die flachen Pads befinden sich auf der Unterseite, was mehr Platz beansprucht und die Gesamtzahl der Anschlüsse begrenzt.
3. Wärmeleistung (Wärmeableitung)
Bei der Wahl zwischen QFP und QFN ist das Wärmemanagement oft einer der wichtigsten Faktoren. QFN-Gehäuse haben aufgrund ihrer strukturellen Bauweise im Allgemeinen eine bessere thermische Leistung als QFP-Gehäuse. Die Metallpads und das Wärmeleitpad befinden sich unter dem Chip, was eine direkte Wärmeableitung ermöglicht. Die von QFN erzeugte Wärme kann sich dann über Kupferflächen oder thermische Durchkontaktierungen ausbreiten, was zu einer schnelleren und effektiveren Ableitung führt.
Wechseln wir nun zum QFP. Dieser nutzt hervorstehende Anschlüsse und einen Gehäusekörper, um Wärme zu übertragen. Dies ist ein längerer und weniger direkter Wärmepfad, was zu einer geringeren Wärmeableitungseffizienz führt.
4. Elektrische Leistung
Da QFN keine Anschlüsse hat, weist es eine geringere parasitäre Induktivität und Kapazität auf, was es ideal für Hochgeschwindigkeits- oder Hochfrequenzschaltungen macht. Die Anschluss-ICs, wie z. B. QFP, sind mit hervorstehenden Anschlüssen ausgestattet, die aufgrund ihrer Länge die Induktivität erhöhen. Die elektrische Leistung in Hochfrequenzschaltungen (> 1 GHz) kann dadurch beeinträchtigt werden.
5. Mechanische Zuverlässigkeit
Bei der Wahl zwischen QFN und QFP gibt es einen weiteren Aspekt, der leicht übersehen wird: die Zuverlässigkeit. Wenn Ihre Produkte Vibrationen, mechanischen Belastungen oder Temperaturwechseln ausgesetzt sind, könnte QFP eine gute Wahl sein. Wenn Sie zuverlässige und langlebige Leiterplatten für den Außenbereich oder die Automobilindustrie benötigen, haben QFPs in der Regel eine längere Lebensdauer als QFNs, bevor Probleme mit den Lötstellen, wie z. B. Risse, auftreten.
Natürlich können Sie auch andere Maßnahmen zum Schutz von bleifreien ICs ergreifen, z. B. das Vergießen Ihrer QFNs. Das bedeutet jedoch nicht, dass QFNs die gleiche Lebensdauer wie QFPs haben, was aufgrund eines zusätzlichen Prozessschritts auch die Kosten erhöht.
6. Gehäusevarianten
Sowohl QFP- als auch QFN-Gehäuse gibt es in verschiedenen Varianten, die für unterschiedliche Anforderungen geeignet sind. Im Folgenden sind einige gängige Varianten aufgeführt.
QFP-Gehäusevarianten unterscheiden sich durch Unterschiede in der Gehäusedicke, den Materialien und dem Anwendungsschwerpunkt, darunter
TQFP (Thin Quad Flat Package) – Kunststoffgehäuse mit einer geringeren Höhe von 1 mm.
LQFP (Low Profile Quad Flat Package) – Schlankes Design mit einer Gehäusehöhe von 1,4 mm.
PQFP (Plastic Quad Flat Package) – Aus Kunststoff gefertigt.
CQFP (Ceramic Quad Flat Package) – Verwendung von Keramik als Grundmaterial.
QFN-Gehäusevarianten unterscheiden sich hauptsächlich in ihrer Struktur, ihren Materialien und ihren Leistungsmerkmalen, darunter:
Kunststoffgeformte QFNs – Eine kostengünstige Option für den Einsatz im Niederfrequenzbereich (2 bis 3 GHz).
QFNs mit Luftspalt – Teurer, geeignet für Anwendungen im Bereich von 20 bis 25 GHz.
QFNs mit benetzbaren Flanken – Einfache Überprüfung der Lötstellen.
Punch-Type-QFNs – Verwendung von Stanzwerkzeugen zum Trennen einzelner Formhohlräume.
Gesägte QFNs – In Arrays gegossen und später in einzelne Einheiten geschnitten.
Flip-Chip-QFNs – Kürzere elektrische Wege zwischen dem Kupfer-Leiterrahmen und dem Siliziumchip.
Wire Bond QFNs – Verbinden externe Komponenten über Drähte mit dem Anschluss des Chips.
7. Überlegungen zur Montage und Nachbearbeitung
Aufgrund der Eigenschaften seiner Anschlüsse verfügt das QFP-Gehäuse über eine hervorragende Standfestigkeit und kann im Leiterplattenmontageprozess mit den Pads ausgerichtet werden. QFN verfügt nur über eine allgemeine Standfestigkeit, sodass vor und nach dem Reflow-Löten eine sorgfältige Platzierung und Überprüfung erforderlich ist.
Da die Lötstellen des QFN verdeckt sind, ist es notwendig, mit einer Leiterplatten-Schablone und einem Reflow-Ofen präzise zu löten. Auch die Inspektion und Nacharbeit stellen eine große Herausforderung dar, da zur Erkennung von Fehlern Röntgeninspektionen und andere fortschrittliche Prüfverfahren erforderlich sind. QFP lässt sich mit freiliegenden Anschlüssen leichter löten und nacharbeiten. Sie können zur Reparatur bequem und einfach einen Lötkolben verwenden.
Übersichtstabelle: QFP vs QFN auf einen Blick
| Unterschiede | QFP (Quad Flat Package) | QFN (Quad Flat No-lead Package) |
| Grundfläche | Größer | Relativ kleiner als QFP |
| Anschlussbelegung | Gull-Wing- oder L-förmige Anschlüsse an den Seiten | Ohne Anschlüsse, Pads an der Unterseite |
| Anschlussabstand | Klein, einschließlich 0,5 mm, 0,4 mm usw. | Im Allgemeinen größer, einschließlich 0,65 mm, 0,8 mm usw. |
| Anzahl der Pins | Eine größere Anzahl von Pins, in der Regel 32 bis über 100. | / |
| Lötstellenprüfung | Sicht | Verborgen, erfordert Röntgen |
| Mechanische Entlastung | Besser | Steifer |
| Einfachere Montage | Einfacher | Schwieriger |
| Wärmeleistung | Mäßig | Ausgezeichnet |
| Elektrische Leistung | Gut (höhere Induktivität) | Besser (niedrige Induktivität) |
| Anwendungen | Unterhaltungselektronik, Automobilelektronik, industrielle Steuerungssysteme usw. | Tragbare Elektronik, HF-Geräte (Hochfrequenzgeräte), Energieverwaltungsanwendungen, Telekommunikation usw. |
| Zuverlässigkeit | Zuverlässiger | Mäßig |
| Nacharbeit | Einfacher, Handlöten | Schwieriger, erfordert Reflow-Ofen und PCB-Schablone |
Entscheidung zwischen QFP vs QFN: Ein szenariobasierter Entscheidungsleitfaden
Nachdem Sie nun die wichtigsten Unterschiede zwischen QFP vs QFN kennen, haben Sie eine Idee, wie Sie die richtige Wahl treffen können? Wenn nicht, folgen Sie einfach den folgenden kritischen Fragen, um Ihre Antwort zu finden:
1. Wie empfindlich ist Ihr Projekt in Bezug auf den physischen Platzbedarf?
Szenario A: Extrem platzbeschränkte Platine
Entscheidung: Zögern Sie nicht, sich für QFN zu entscheiden.
Begründung: Es bietet eine kleinere Grundfläche und ein flacheres Profil, wodurch es sich für kompakte Designs eignet.
Szenario B: Ausreichend Platz auf der Platine
Entscheidung: QFP ist wirtschaftlicher.
Begründung: Das QFP-Gehäuse ist mit seinen freiliegenden Anschlüssen einfacher zu handhaben, zu prüfen und nachzubearbeiten.
2. Wie hoch ist die Verlustleistung des Chips?
Szenario A: Design mit hohem Stromverbrauch
Entscheidung: QFN ist fast zwingend erforderlich.
Begründung: Das Wärmeleitpad unter dem QFN und die Metallpads auf der Unterseite sorgen für eine direkte und hervorragende Wärmeableitung.
Szenario B: Design mit geringem Stromverbrauch
Entscheidung: QFP ist ausreichend.
Begründung: Eine moderate Wärmeableitung ist für Designs mit geringem Stromverbrauch akzeptabel.
3. Wie kritisch ist die Signalintegrität?
Szenario A: Hochfrequenz- oder Hochgeschwindigkeits-Digitalschaltungen
Entscheidung: QFN ist die bessere Wahl.
Begründung: Es hat geringere parasitäre Effekte, was für HF-Transceiver oder 5G-Module von Vorteil ist.
Szenario B: Standard- oder Niederfrequenzgeräte
Entscheidung: Sowohl QFP als auch QFN sind geeignet, aber QFP ist möglicherweise kostengünstiger.
Begründung: Bei Niederfrequenzsignalen ist QFP für die Induktivität ausreichend.
4. Sind Ihre Fertigungs- und Montagekapazitäten bereit?
Szenario A: Fortschrittliche Montagelinie mit präziser Platzierung und Röntgeninspektion
Entscheidung: QFP vs QFN sind beide geeignet.
Begründung: QFN mit bleifreiem Design erfordert eine strengere Kontrolle und Handhabung während des Lötprozesses sowie fortschrittliche Testmethoden zur Überprüfung der verdeckten Lötstellen.
Szenario B: Begrenzte Montagewerkzeuge oder häufige manuelle Nacharbeiten
Entscheidung: QFP ist vorzuziehen.
Begründung: Die freiliegenden Anschlüsse lassen sich leicht von Hand prüfen, testen und nachbearbeiten.
Zusammenfassung
Nachdem Sie diesen Blog gelesen haben, sind Ihnen vielleicht einige Unklarheiten bezüglich QFP vs QFN klar geworden. Die Wahl zwischen beiden ist nicht einfach, und oft müssen viele Faktoren berücksichtigt werden. Wenn Sie sich immer noch nicht sicher sind, welches das richtige ist, senden Sie Ihre Konstruktionsdateien an MOKOPCB. Unsere Experten geben Ihnen professionelle Empfehlungen zu QFP- und QFN-Gehäusen, basierend auf Ihrem PCB-Design, Ihrer Anwendung, Ihrer Fertigung usw.
