Formtrennfolien in QFN-Verpackungsprozessen: Ein umfassender Leitfaden
2023/07/26
1. Einleitung
Quad Flat No-leads (QFN) ist ein kompaktes, niedriges integriertes Schaltkreis-(IC)-Verpackungsformat, das in der Elektronikindustrie weit verbreitet ist, insbesondere dort, wo Platz und Gewicht wichtige Überlegungen sind. Der Begriff "QFN" bezeichnet das viereckige flache Design des Pakets und das Fehlen von herausragenden Leitungen oder Stiften. Stattdessen werden elektrische Verbindungen über metallische Pads auf dem Boden des Pakets hergestellt. Dieser Designansatz ermöglicht einen kleineren Fußabdruck, was QFN ideal für dicht bestückte Leiterplatten macht. QFN-Verpackungen bieten hervorragende thermische Leistung, da die von der IC erzeugte Wärme effizient über das untere thermische Pad an das Board geleitet wird. Diese kostengünstige Verpackung erfordert weniger Material und einfachere Montageprozesse als viele andere Formate.
2. Tiefgehende Analyse von QFN-Verpackungen
Quad Flat No-Leads (QFN)-Verpackung ist eine Art von Oberflächenmontagetechnologie (SMT)-Verpackung für integrierte Schaltungen (ICs). Es handelt sich um ein quadratisches oder rechteckiges Paket ohne hervorstehende Leitungen oder Stifte. Stattdessen verfügt es über Metallpads auf der Unterseite für elektrische Verbindungen zur gedruckten Schaltungsplatte (PCB). Aus den ständig steigenden Anforderungen an die Miniaturisierung in der Elektronik heraus geboren, hat sich die QFN-Verpackung weiterentwickelt, um eine bessere Wärmeableitung, Kompaktheit und Kosteneffizienz im Vergleich zu älteren Technologien zu bieten.
Schlüsselvorteile
- Kompaktes Design: Seine geringe Größe macht QFN ideal für hochdichte PCBs, wie sie in Smartphones und anderen kompakten Geräten zu finden sind.
- Überlegene thermische und elektrische Leistung: QFN-Pakete bieten hervorragende thermische Leitfähigkeit aufgrund des thermischen Pads auf der Unterseite des Pakets, das effektiv Wärme abführt. Die kurzen Leitungslängen tragen zu einer geringen Leitungsinduktivität bei und verbessern die elektrische Leistung.
- Kosteneffizienz: Mit weniger Material und weniger Montageschritten kann die QFN-Verpackung zu erheblichen Kosteneinsparungen führen. Es ist auch kompatibel mit Standard-SMT-Prozessen, was die Produktionskosten senkt.
QFN Verpackungsprozess
- Die Attach: Der Prozess beginnt mit der Befestigung des Silizium-Die am Leadframe (einer Metallstruktur, die Signale vom Die nach außen führt) mit einem Die-Attach-Material.
- Drahtbonden: Ultra-dünne Gold- oder Aluminiumdrähte werden verwendet, um die Bonding-Pads des Dies mit dem Die-Pad des Leadframes zu verbinden.
- Formmasse: Das Die und die Drahtverbindungen werden dann in einer Schutzformmasse eingekapselt, um vor physischen Schäden und Umweltverschmutzung zu schützen.
- Singulation: Die geformten Pakete werden durch einen als Singulation bezeichneten Prozess in einzelne Einheiten getrennt.
- Oberflächenfinish: Auf das freiliegende Kupfer-Leadframe wird ein Oberflächenfinish aufgebracht, um Oxidation zu verhindern und die Lötbarkeit zu verbessern.
- Abschlusstest: Die fertigen QFN-Pakete werden auf Funktionalität, Leistung und Zuverlässigkeit getestet.
3. Kerntheorie der Formtrennfolie
Zweck und Anwendungen von Formtrennfolien
Der Einsatz von Formtrennfolien ist grundlegend für verschiedene Herstellungsprozesse, einschließlich QFN-Verpackung. Die Kerntheorie hinter Formtrennfolien beinhaltet die Reduzierung der Haftung zwischen der Form und dem zu formenden Material (in diesem Fall das umhüllende Harz), um die reibungslose Freigabe des Produkts zu erleichtern.
Funktionsprinzip
Formtrennfolien arbeiten nach dem Prinzip der Reduzierung der Oberflächenspannung. Die Oberflächenspannung ist die Kraft, die dazu führt, dass Flüssigkeitsoberflächen auf die kleinstmögliche Oberfläche schrumpfen. Durch die Reduzierung dieser Oberflächenspannung machen Formtrennfolien es schwieriger für das umhüllende Material, an der Formoberfläche zu haften, wodurch der Entformungsprozess erleichtert wird.
Typen und Zusammensetzung
Formtrennfolien, die für eine Vielzahl von Anwendungen zugeschnitten sind, bestehen hauptsächlich aus Materialien mit niedriger Oberflächenenergie, die ihre natürliche Beständigkeit gegen Haftung gewährleistet. Die Auswahl des Materials hängt von der spezifischen Anwendung ab und beinhaltet oft eine Vielzahl von nicht silikonbasierten Materialien, ETFE, PTFE und anderen proprietären Mischungen, aufgrund ihrer überlegenen Eigenschaften.
Trotz ihrer Verwendung in einigen Anwendungen aufgrund ihrer Formfreigabeeigenschaften werden silikonbasierte Filme aus mehreren Gründen im Allgemeinen nicht in der QFN-Verpackung verwendet:
Silikonbasierte Ablösefolien könnten unerwünschte Silikonrückstände während des Entformungsprozesses auf die Komponenten übertragen. Diese Rückstände können mit nachfolgenden Prozessen wie Drahtbonden, Underfill oder konformem Beschichten stören, was zu Ausfällen im gesamten Gerät führen kann.
Silikonbasierte Filme sind möglicherweise nicht kompatibel mit den in dem QFN-Verkapselungsprozess verwendeten Lösungsmitteln oder Harzen. Diese Inkompatibilität könnte zu Problemen mit der Haftung oder potenziellen chemischen Reaktionen führen, die die Integrität des Pakets beeinträchtigen könnten.
Anwendungen in QFN-Verpackungen
Im QFN-Verpackungsprozess bildet der Formtrennfilm eine Barriere zwischen der Form und dem verkapselnden Harz. Die antiadhäsiven Eigenschaften des Films gewährleisten, dass das Harz nicht an der Form haftet, was eine glatte Freisetzung der verpackten Halbleitergeräte ermöglicht.
Der Einsatz von Formtrennfolien erhöht nicht nur die Effizienz des QFN-Verpackungsprozesses, sondern verlängert auch die Lebensdauer der Form. Indem sie verhindern, dass das Harz an der Form haftet, reduzieren sie den Verschleiß und die Abnutzung der Form, wodurch Wartungskosten und Ausfallzeiten reduziert werden.
Arten von Formtrennfolien und Leistungsvergleich
| PET/PEN-Folien | ETFE-Folien | PTFE Films | |
|---|---|---|---|
| Haftung (Trenneigenschaften) | Hoch | Außergewöhnlich | Überlegen |
| Temperaturbeständigkeit | Mäßig | Ausgezeichnet | Außergewöhnlich |
| Haltbarkeit (Reißfestigkeit) | Mäßig | Ausgezeichnet | Hoch |
| Kontaminationspotenzial (Rückstand) | Niedrig | Niedrig | Very Low |
| Chemische Verträglichkeit | Hoch | Überlegen | Ausgezeichnet |
| Kosten | Niedrig | Hoch | Hoch |
Es ist wichtig zu beachten, dass die ideale Art der Formtrennfolie je nach spezieller Anwendung, Herstellungsverfahren und dem zu formenden Material variieren kann. Faktoren wie Temperatur, Druck, chemische Verträglichkeit und die gewünschte Oberflächenbeschaffenheit des geformten Produkts müssen alle berücksichtigt werden, wenn die am besten geeignete Formtrennfolie ausgewählt wird.
Verwandte Produkte: PET/PEN Formtrennfolie
4. Formtrennfolien in QFN-Verpackungsprozessen
Schritt 1. Filmaufnahme:
In diesem ersten Schritt wird die Formtrennfolie eingeführt. Dies könnte das Einbringen einer Filmrolle in die Maschine, in der sich die Formhöhle befindet, beinhalten. Der Film wird entsprechend den Abmessungen der Form zugeschnitten, um eine vollständige Abdeckung zu gewährleisten.
Schritt 2. Film Vakuumformung
Sobald der Film an Ort und Stelle ist, wird er mit einem Vakuum an die Form des Formwerkzeugs angepasst. Dies stellt sicher, dass der Film ordnungsgemäß an der Oberfläche des Formwerkzeugs haftet und alle notwendigen Bereiche, einschließlich aller komplizierten Details, abdeckt, um eine antihaft Oberfläche zu bieten.
Schritt 3. Bleirahmenladen:
Der Bleirahmen (der den Halbleiterchip und die Drahtverbindungen hält) wird dann in die Formhöhle geladen. Es wird darauf geachtet, dass er richtig ausgerichtet ist, um die Kontakte mit den Hohlräumen des Formwerkzeugs abzugleichen.
Schritt 4. Form schließen:
Die Form wird dann geschlossen und versiegelt den Bleirahmen im Inneren. Dies stellt die richtige Form des Endprodukts sicher und schützt die empfindlichen Strukturen während des nachfolgenden Füllprozesses.
Schritt 5. Hohlraumfüllung:
Die Formhöhle wird dann mit einer Kunststoffverbindung, normalerweise einem Epoxidharz, gefüllt. Diese Verbindung wird erhitzt und unter Druck gesetzt, um in alle Bereiche der Höhle zu fließen, den Bleirahmen zu umschließen und den Körper des QFN-Pakets zu bilden.
Schritt 6. Form öffnen:
Sobald das Formcompound vollständig ausgehärtet ist, wird die Form geöffnet. Dank der Trennfolie bleibt das fertige QFN-Paket nicht an der Formoberfläche haften und kann einfach und sauber entfernt werden.
Schritt 7. Geformtes Produkt entladen:
Das geformte QFN-Paket wird dann aus der Form entladen. Die Formtrennfolie gewährleistet ein reibungsloses Ablösen, wodurch das Risiko von Schäden am Paket reduziert wird. Etwaige verbleibende Folie kann leicht entfernt werden, so dass die Form für den nächsten Zyklus bereit ist.
Diese Schritte helfen sicherzustellen, dass das geformte Paket genau und effizient hergestellt wird, während der Formtrennfilm einen erheblichen Beitrag zur Leichtigkeit des Entformens und zur Qualität des Endprodukts leistet.
5. Wie man den richtigen Formtrennfilm auswählt
Der Film sollte mit der speziellen Art von Formmasse, die Sie verwenden, kompatibel sein. Das bedeutet, dass er chemisch nicht mit der Masse reagieren und seine Trenneigenschaften unter den Bedingungen, unter denen die Masse aushärtet, beibehalten sollte.
Der Formtrennfilm sollte in der Lage sein, den Temperaturen und Drücken standzuhalten, die im Formprozess verwendet werden, ohne sich zu zersetzen oder seine Trenneigenschaften zu verlieren.
Ein guter Formtrennfilm sollte hervorragende Antihaft-Eigenschaften aufweisen, um sicherzustellen, dass das geformte Paket leicht und sauber aus der Form entfernt werden kann.
Dies ist ein Maß dafür, wie viel Zugkraft das Formtrennfilm aushalten kann, bevor es bricht. Ein Film mit hoher Zugfestigkeit reißt oder bricht während des Formungsprozesses weniger wahrscheinlich, was sicherstellt, dass er die Form und das herzustellende Produkt angemessen schützen kann.
Dies bezieht sich darauf, wie sehr sich das Formtrennfilm dehnen kann, bevor es bricht, dargestellt als Prozentsatz. Ein hoher Dehnungswert bei Bruch bedeutet, dass der Film ziemlich flexibel ist und sich unter Stress dehnen kann, ohne zu brechen. Dies ist besonders wichtig, wenn der Formungsprozess signifikante Formveränderungen oder unregelmäßige Oberflächen beinhaltet, die abgedeckt werden müssen.
Einige Formtrennfilme können mehrmals verwendet werden, bevor sie ersetzt werden müssen, was Kosten reduzieren und die Effizienz verbessern kann. Der Film sollte jedoch immer noch gute Ablöseeigenschaften bieten und keine Rückstände auf der Form oder dem geformten Paket hinterlassen.
Obwohl die Kosten nicht der primäre bestimmende Faktor sein sollten, sollten sie dennoch berücksichtigt werden. Abhängig vom Volumen und der Präzision Ihrer Produktion könnte ein teurerer Film, der eine bessere Leistung bietet und länger hält, auf lange Sicht tatsächlich kosteneffektiver sein.
Die Entformungsfolie sollte einfach anzuwenden und an die Form anzupassen sein. Folien, die schnell und einfach aufgetragen werden können, können dazu beitragen, die Effizienz des Produktionsprozesses zu verbessern.
Berücksichtigen Sie die Umweltauswirkungen der Folie. Einige Folien können aus umweltfreundlichen Materialien hergestellt oder recycelbar sein, was in der heutigen zunehmend umweltbewussten Welt ein erheblicher Vorteil sein kann.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Auswahl der richtigen Entformungsfolie ein Balanceakt zwischen ihren mechanischen Eigenschaften, Leistungsmerkmalen, Kosten und den spezifischen Anforderungen Ihres Formungsprozesses ist. Es kann einige Tests und Experimente erfordern, um die beste Folie für Ihre Bedürfnisse zu finden.
6. Der Einfluss von Formtrennfolien auf die QFN-Verpackungsqualität
Zur Qualität der QFN-Verpackung:
Der Hauptzweck einer Entformungsfolie besteht darin, das einfache und saubere Entfernen des geformten Pakets aus der Form zu erleichtern. Dies gewährleistet die Integrität des Pakets und reduziert das Risiko von Beschädigungen beim Entformen.
Formfreigabefilme tragen zu einem glatten Oberflächenfinish des Pakets bei, da sie verhindern, dass die Formmasse an der Formoberfläche haftet.
Freigabefilme können dazu beitragen, die Präzision des Pakets zu erhalten. Wenn das Paket an der Form haftet, könnte es sich beim Entfernen verzerren, was seine Abmessungen und damit die Präzision beeinflusst.
Über die Lebensdauer der Form:
Durch die Verwendung eines Formfreigabefilms wird der Verschleiß an der Formoberfläche reduziert. Jedes Mal, wenn ein geformtes Paket entfernt wird, besteht das Risiko, dass die Formoberfläche abgenutzt wird, insbesondere wenn das Paket an der Form haftet. Ein Freigabefilm kann dies verhindern und die Lebensdauer der Form verlängern.
Ein Freigabefilm kann die Reinigung der Form erleichtern. Eventuelle Rückstände der Formmasse können leicht abgewischt werden, was die Notwendigkeit aggressiver Reinigungsmethoden reduziert, die die Form beschädigen könnten.
Einige Formmassen könnten mit der Zeit mit dem Formmaterial reagieren und Korrosion oder andere Arten von Degradation verursachen. Eine Trennfolie kann eine Barriere zwischen der Formoberfläche und der Masse bilden und so die Form schützen.
Abschließend kann die Verwendung einer Trennfolie im QFN-Verpackungsprozess die Qualität des Endprodukts erheblich verbessern und die Lebensdauer der Form verlängern. Die Auswahl der richtigen Trennfolie ist daher ein wichtiger Schritt zur Optimierung des Formprozesses.
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