QFP
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1. 개요
QFP(Quad Flat Package)는 평평한 직사각형 또는 정사각형 몸체와 사방으로 핀이 돌출된 형태의 표면 실장 집적 회로 패키지이다. 핀 수, 간격, 크기, 재질에 따라 BQFP, LQFP, TQFP, CQFP 등 다양한 종류가 있으며, 낮은 높이와 표면 실장 방식, 납땜 불량 확인 용이성 등의 특징을 갖는다.
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| QFP | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 종류 | 표면 실장형 집적 회로 패키지 |
| 핀 형태 | 갈매기 날개 (Gull-wing) |
| 핀 수 | 32개 이상 |
| 핀 간격 | 0.4 mm, 0.5 mm, 0.65 mm, 0.8 mm, 1.0 mm |
| 상세 정보 | |
| 설명 | 쿼드 플랫 패키지 (Quad Flat Package, QFP)는 집적 회로를 표면에 실장하는 데 사용되는 표면 실장형 집적 회로 패키지이다. QFP는 패키지의 각 면에서 돌출된 "갈매기 날개" 모양의 핀을 가지고 있다. |
| 특징 | 핀은 패키지 몸체의 모든 면에서 나와 있어 IC를 회로 기판에 직접 용접할 수 있다. 핀 간격은 다양하며, 일반적으로 0.4 mm, 0.5 mm, 0.65 mm, 0.8 mm 또는 1.0 mm이다. |
| 사용 | 핀 간격이 넓어 관통 구멍 기술보다 표면 실장 기술이 더 적합할 때 사용된다. 핀 수가 32개에서 176개 이상인 경우가 많다. |
| 종류 | BQFP (Bumpered Quad Flat Pack) CQFP (Ceramic Quad Flat Pack) HQFP (Heat Sink Quad Flat Pack) LQFP (Low Profile Quad Flat Pack) MQFP (Metric Quad Flat Pack) PQFP (Plastic Quad Flat Pack) SQFP (Shrink Quad Flat Pack) TQFP (Thin Quad Flat Pack) |
2. 종류
QFP는 기본적으로 평평한 직사각형 또는 정사각형 몸체에 네 면으로 핀(리드)이 돌출된 형태를 가지지만, 실제로는 다양한 변형 패키지가 존재한다. 이러한 다양한 QFP 패키지들은 일반적으로 핀의 수, 핀 간의 간격(핀 피치), 패키지의 전체 크기, 그리고 패키지를 구성하는 재료(주로 온도 특성에 영향을 미침) 등에 따라 구분된다.
2. 1. 일반적인 QFP 종류
QFP의 기본 형태는 평평한 직사각형 또는 정사각형 몸체에 네 면으로 핀(리드)이 돌출된 구조이다. 하지만 실제로는 다양한 변형 패키지가 존재한다. 이러한 패키지들은 주로 핀 수, 핀 간격(핀 피치), 패키지 크기, 그리고 사용된 재료(주로 온도 특성을 결정)에 따라 구분된다.
뚜렷한 특징을 가진 변형 중 하나는 '''범퍼 쿼드 플랫 패키지'''('''BQFP''', Bumpered Quad Flat Package)이다. 이 패키지는 네 모서리에 보호용 범퍼(연장부)가 있어 납땜 전에 외부 충격으로부터 핀이 손상되는 것을 방지한다.
'''씬 쿼드 플랫 팩'''('''TQFP''', Thin Quad Flat Pack)은 일반적인 MQFP(미터법 QFP)의 장점을 가지면서도 두께가 더 얇은 패키지이다. 일반 QFP의 두께는 크기에 따라 2mm에서 3.8mm 정도이지만, TQFP 패키지는 0.8mm 리드 피치를 가진 32핀(1mm 두께, 5mm x 5mm 크기)부터 256핀(28mm 정사각형, 1.4mm 두께, 0.4mm 리드 피치)까지 다양하다. TQFP는 인쇄 회로 기판의 실장 밀도를 높이고, 칩 크기를 줄이며, 최종 제품을 더 얇게 만들거나 휴대성을 높이는 데 유리하다. 핀 수는 32개에서 176개까지, 본체 크기는 5mm × 5mm에서 20mm × 20mm까지 다양하다. TQFP는 구리 리드 프레임을 사용하며, 리드 피치는 0.4mm, 0.5mm, 0.65mm, 0.8mm, 1mm 등이 사용된다.
'''플라스틱 쿼드 플랫 팩'''('''PQFP''', Plastic Quad Flat Pack)은 이름 그대로 플라스틱 재질을 사용한 QFP의 한 유형이며, TQFP 패키지보다는 두껍다. PQFP 패키지의 두께는 2mm에서 3.8mm까지 다양할 수 있다.
'''로우 프로파일 쿼드 플랫 패키지'''('''LQFP''', Low profile Quad Flat Package)는 네 면 각각에서 핀이 확장되는 표면 실장 집적 회로 패키지 형식이다. 핀 번호는 기준점(index dot)에서 반시계 방향으로 매겨진다. 핀 간의 간격은 다양하며, 일반적인 간격은 0.4mm, 0.5mm, 0.65mm, 0.8mm이다.
| 패키지 약어 | 설명 |
|---|---|
| BQFP | 범퍼 쿼드 플랫 패키지 (Bumpered Quad Flat Package) |
| BQFPH | 히트 스프레더가 있는 범퍼 쿼드 플랫 패키지 (Bumpered Quad Flat Package with Heat spreader) |
| CQFP | 세라믹 쿼드 플랫 패키지 (Ceramic Quad Flat Package) |
| EQFP | 플라스틱 강화 쿼드 플랫 패키지 (Plastic Enhanced Quad Flat Package) |
| FQFP | 미세 피치 쿼드 플랫 패키지 (Fine pitch Quad Flat Package) |
| LQFP | 로우 프로파일 쿼드 플랫 패키지 (Low profile Quad Flat Package) |
| MQFP | 미터법 쿼드 플랫 패키지 (Metric Quad Flat Package) |
| NQFP | 칩 스케일 근접 쿼드 플랫 패키지 (Near chip scale Quad Flat Package) |
| SQFP | 소형 쿼드 플랫 패키지 (Small Quad Flat Package) |
| TQFP | 씬 쿼드 플랫 패키지 (Thin Quad Flat Package) |
| VQFP | 매우 작은 쿼드 플랫 패키지 (Very small Quad Flat Package) |
| VTQFP | 매우 얇은 쿼드 플랫 패키지 (Very Thin Quad Flat Package) |
| TDFN | 얇은 듀얼 플랫 무연 패키지 (Thin Dual Flat No-lead package) |
일부 QFP 패키지는 노출된 패드(Exposed Pad, EP)를 가지고 있다. 노출된 패드는 QFP 패키지의 아래쪽이나 위쪽에 추가로 있는 금속 패드로, 주로 접지 연결이나 패키지에서 발생하는 열을 방출하는 히트 싱크 역할을 한다. 이 패드는 보통 10mm2 이상의 면적을 가지며, 인쇄 회로 기판(PCB)의 접지면에 납땜되어 열을 효과적으로 전달한다. 또한 견고한 접지 연결을 제공하는 장점도 있다. 이러한 유형의 QFP 패키지는 이름 뒤에 '''-EP''' 접미사가 붙거나(예: LQFP-EP 64), 홀수 개의 핀 수를 갖는 경우(예: TQFP-101)가 많다.
패키지의 외형 재료로는 세라믹 판 두 장 정도를 에폭시 수지로 봉인하는 세라믹 패키지와, 녹인 플라스틱을 사출 성형하여 만드는 플라스틱 패키지 등이 있다. 과거에는 세라믹 패키지가 주로 사용되었으나, 세라믹은 비용이 비싸고 칩과 패키지 사이에 빈 공간이 생겨 인쇄 회로 기판 실장 후 초음파 세척 시 내부의 가는 선(본딩 와이어)이 끊어질 수 있는 문제가 있었다. 이 때문에 현재는 세라믹 패키지는 주로 시제품 제작이나 소량 생산에 사용되고, 양산용으로는 플라스틱 패키지가 널리 사용된다.
2. 2. 세라믹 QFP (CERQUAD, CQFP)
세라믹 QFP 패키지는 CERQUAD와 CQFP의 두 가지 변형이 있다. 이 방식은 리드 프레임이 패키지의 두 세라믹 층 사이에 유리를 사용하여 부착되는 구조를 가진다. 이는 CERDIP 패키지의 변형으로 볼 수 있다. CERQUAD 패키지는 CQFP 패키지의 "저가" 대안으로 여겨지며, 주로 지상 응용 분야에 사용된다.2. 2. 1. CERQUAD 패키지
CERQUAD 패키지는 리드 프레임이 패키지의 두 세라믹 층 사이에 부착되는 구조이다. 리드 프레임은 유리를 사용하여 부착된다. 이 패키지는 CERDIP 패키지의 변형으로 볼 수 있다. CERQUAD 패키지는 CQFP 패키지의 "저가" 대안으로 여겨지며, 주로 지상 응용 분야에 사용된다.2. 2. 2. CQFP 패키지
CQFP(Ceramic Quad Flat Pack)는 리드가 패키지 상단에 납땜되는 다층 패키지이다. 이 패키지는 HTCC(고온 동시 소성 세라믹)로 제공되며, 본딩 데크의 수는 1개, 2개 또는 3개일 수 있다. 패키지 표면은 니켈과 두꺼운 금 층으로 마감되지만, 리드와 디커플링 커패시터가 납땜되는 부분은 제외된다.CQFP는 기밀성이 요구되는 환경에 사용되며, 기밀 밀봉을 위해 공융 금-주석 합금(녹는점 280°C) 또는 빔 용접 방식이 사용된다. 특히 빔 용접 방식은 패키지 내부의 온도 상승을 현저히 줄일 수 있다는 장점이 있다. 이러한 특성 때문에 CQFP는 주로 우주 프로젝트에 사용되는 주요 패키지 형태이다.
패키지의 본체 크기가 크기 때문에 기생 성분(parasitic components)의 영향이 중요해진다. 이를 개선하기 위해 패키지 상단에 디커플링 커패시터를 직접 장착하여 전원 공급 장치의 디커플링 성능을 향상시키기도 한다. 예를 들어, TI나 Test-expert와 같은 회사들은 디커플링 커패시터를 패키지 상단에 납땜할 수 있는 256핀 CQFP 패키지를 제공한다.
주요 세라믹 패키지 제조업체로는 교세라(Kyocera, 일본), NTK(일본), Test-Expert(러시아) 등이 있으며, 이들은 다양한 핀 수의 CQFP를 제공하고 최대 핀 수는 352핀에 달한다.
일반적으로 집적 회로 패키지의 외형 재료로는 세라믹 여러 장을 에폭시 수지로 봉지하는 세라믹 패키지나, 녹인 플라스틱을 사출 성형하여 만드는 플라스틱 패키지 등이 있다. 과거에는 세라믹 패키지가 주류였으나, 세라믹은 비용이 높고 칩과 패키지 사이에 빈 공간이 생기는 구조적 특징 때문에 인쇄 회로 기판(PCB)에 실장한 후 초음파 세척 과정에서 내부의 본딩 와이어가 파손될 수 있는 문제가 있었다. 이러한 이유로 최근에는 세라믹 패키지는 주로 시제품 제작이나 소량 생산 용도로 사용되며, 대량 양산용으로는 플라스틱 패키지가 더 널리 사용되는 추세이다.
3. 특징
QFP의 기본 형태는 네 면에 리드가 있는 평평한 직사각형(종종 정사각형) 본체이다. 하지만 리드 수, 피치, 치수, 사용 재료(주로 열 특성 개선 목적) 등에 따라 다양한 변형이 존재한다. 대표적인 변형으로는 다음과 같은 것들이 있다.
- '''범퍼 쿼드 플랫 패키지'''('''BQFP'''): 납땜 전 기계적 손상으로부터 리드를 보호하기 위해 네 모서리에 돌출된 범퍼가 있는 형태이다.
- '''씬 쿼드 플랫 팩'''('''TQFP'''): 일반 QFP(두께 2mm~3.8mm)보다 얇은(약 1mm~1.4mm) 패키지이다. 보드 밀도 증가, 얇은 최종 제품 구현 등에 유리하다. 리드 수는 32개에서 176개까지, 본체 크기는 5mm × 5mm에서 20mm × 20mm까지 다양하며, 리드 피치는 0.4mm, 0.5mm, 0.65mm, 0.8mm, 1mm 등이 사용된다.
- '''로우 프로파일 쿼드 플랫 패키지'''('''LQFP'''): TQFP와 유사하게 두께가 얇은(일반적으로 1.4mm) 표면 실장 집적 회로 패키지이다. 핀 간격은 0.4, 0.5, 0.65, 0.80 mm 등 다양하다.
- '''플라스틱 쿼드 플랫 팩'''('''PQFP'''): 플라스틱 재질로 만들어진 QFP를 통칭하며, TQFP 등도 여기에 포함될 수 있다.
- '''히트싱크 쿼드 플랫 패키지'''(''HVQFN'' 등): IC에서 연장되는 리드 대신 패키지 바닥이나 측면에 패드가 있는 형태도 있다. HVQFN의 경우, IC 측면에 패드가 간격을 두고 배치되며, 중앙의 노출된 다이 패드는 접지나 방열판 역할을 할 수 있다.
이 외에도 다양한 QFP 유형이 존재한다.
| 패키지 | 설명 |
|---|---|
| BQFP | 범퍼 쿼드 플랫 패키지 |
| BQFPH | 히트 스프레더가 있는 범퍼 쿼드 플랫 패키지 |
| CQFP | 세라믹 쿼드 플랫 패키지 |
| EQFP | 플라스틱 강화 쿼드 플랫 패키지 |
| FQFP | 미세 피치 쿼드 플랫 패키지 |
| LQFP | 로우 프로파일 쿼드 플랫 패키지 |
| MQFP | 미터법 쿼드 플랫 패키지 |
| NQFP | 칩 스케일 근접 쿼드 플랫 패키지. |
| SQFP | 소형 쿼드 플랫 패키지 |
| TQFP | 씬 쿼드 플랫 패키지 |
| VQFP | 매우 작은 쿼드 플랫 패키지 |
| VTQFP | 매우 얇은 쿼드 플랫 패키지 |
| TDFN | 얇은 듀얼 플랫 무연 패키지. |
일부 QFP 패키지는 패키지 아래나 위에 노출된 패드(Exposed Pad, EP)를 가지고 있다. 이 패드는 주로 접지 연결이나 패키지의 열을 인쇄 회로 기판(PCB)으로 방출하는 히트 싱크 역할을 한다. 일반적으로 패드 면적은 10mm2 이상이며, PCB의 접지면에 납땜하여 열 전달 및 안정적인 접지 연결을 확보한다. 이런 패키지는 이름 뒤에 '''-EP''' 접미사가 붙거나(예: LQFP-EP 64), 홀수 개의 리드를 가지는(예: TQFP-101) 경우가 많다.
패키지의 외형 재료로는 세라믹 2장 정도를 에폭시 수지로 봉지하는 세라믹 패키지나 녹인 플라스틱을 사출 성형하는 플라스틱 패키지 등이 있다.
3. 1. 장점
- 표면 실장 방식을 사용하므로 인쇄 회로 기판(PCB) 설계 시 배선 자유도가 높다.
- 다른 패키지 방식에 비해 부품 높이가 비교적 낮아 제품을 더 얇게 만들 수 있다.
- 납땜된 연결 부위를 육안으로 쉽게 확인할 수 있어 불량 검사가 용이하다.
- 숙련된 기술자는 수작업으로도 부품을 교체하거나 납땜 불량을 수정하기 비교적 쉽다.
3. 2. 단점
사각 플랫 팩(QFP)은 패키지 주변에만 연결 단자가 있다는 구조적 한계를 가진다. 핀 수를 늘리기 위해 단자 간 간격은 소형 윤곽 패키지에서 사용되던 50mil(1.27mm)에서 20mil(0.51mm), 나아가 12mil(0.3mm)까지 좁혀졌다. 그러나 이렇게 좁은 리드 간격은 솔더 브리지 발생 가능성을 높이고, 조립 과정에서 납땜 공정과 부품 정렬에 대한 기술적 요구 수준을 높이는 단점이 있다. 이후 등장한 핀 그리드 배열(PGA)이나 볼 그리드 배열(BGA) 패키지는 패키지 전체 면적을 활용하여 연결 단자를 배치할 수 있어, 비슷한 크기에서 더 많은 핀 수를 확보하면서도 좁은 리드 간격 문제를 완화했다.재료 측면에서는 세라믹 패키지의 경우 비용이 많이 들고, 칩과 패키지 사이가 비어 있는 구조 때문에 인쇄 회로 기판 실장 후 초음파 세척 시 내부의 가는 연결선(본딩 와이어)이 끊어질 수 있는 문제가 있다. 이 때문에 현재는 주로 시제품 제작이나 소량 생산에 사용되며, 양산용으로는 플라스틱 사출 성형 패키지가 주로 쓰인다.
그 외 단점은 다음과 같다.
- 인쇄 회로 기판 위에서 차지하는 면적이 비교적 크다.
- 부품 보관 시 전용 트레이를 사용하지 않거나 작업 중 손으로 직접 만지면 외부로 노출된 단자가 쉽게 구부러진다.
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