～QFP・BGA・WLPまで！半導体パッケージを総ざらい～
QFP・QFJ・QFN などに代表される半導体パッケージの一部について紹介します。半導体パッケージは、実装方法の違いによって大きく「挿入実装パッケージ」と「表面実装パッケージ」に分類されます。
挿入実装パッケージは、リードを基板のスルーホールに差し込み、基板裏面ではんだ付けを行う方式です。一方、表面実装パッケージは、リードや電極パッドを基板表面に直接はんだ付けする方式で、薄型・軽量化と高密度実装を実現できる点が特長です。本稿では、QFP・QFJ・QFNに焦点を当て、それぞれのパッケージの特徴と検査の要点を分かりやすくまとめます。
多ピン化と小型化を両立した“四辺リード”の発展形
QFP（Quad Flat Package） ― 4方向リードの高I/Oパッケージ
QFPは4つの辺すべてにガルウイングリードを配置したパッケージで、多ピン化を実現するために生まれました。QFPは種類が豊富で、代表的なものとしてTQFP(薄型)、LQFP(低背)、FQFP(細ピッチ)、HQFP(高放熱)などがあります。QFPの特長は：
- 最大数百ピンまで対応
- 信号密度が高く、LSIに最適
- 面実装でありながら交換・修理がしやすい
- 放熱面積を確保しやすい（露出パッドあり）
QFPは、マイクロコンピュータやFPGA／ASIC、モータ制御IC、音声・画像処理プロセッサなどの「演算・制御系IC」に多く使用されています。
QFJ（Quad Flat J-leaded） ― Jリード構造の高信頼パッケージ
QFPと同じく4辺からリードが出ますが、J字リードが特徴です。PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)に分類されるモデルもあります。QFP よりも横幅が抑えられ、機械的強度が向上します。QFJの特長は：
- Jリードによる高い機械的強度
- 耐振動性に強い
- DIPとQFPの中間的な位置づけ
QFJは、一部の産業機器ICやメモリ／通信IC、特殊制御ICなどに使用されます。
QFN（Quad Flat No-leads） ― 近年主流の“リードレス四辺パッケージ”
“フラット” かつ “リードレス”。QFNは4辺に電極パッドを配置し、リードをなくした薄型パッケージです。QFNの特徴は：
- 超低背（1mm以下の製品も多い）
- 優れた電気特性（寄生L/Cが少ない）
- 中央のエクスポーズドパッド（放熱パッド）で高い放熱性能
QFNは、電源IC(PMIC、DCDCコンバータ)、RF IC(Bluetooth／Wi-Fi)、センサーIC、各種アナログICなどに使用されます。QFNは現在、最も普及している表面実装パッケージの一つであり、5G通信やパワーマネジメントICなど、現代のほぼすべての小型高速デバイスに採用されています。
QFP・QFJ・QFN の技術的メリット・デメリット
| メリット | デメリット |
|---|---|
| QFP ・実装・目視検査がしやすく、多ピン対応が可能（100～300ピン以上のICにも対応） ・ガルウィングリードにより実装状態の目視検査が容易 ・リードが外側にあるためリワーク・修理が比較的容易 ・実装プロセスが成熟しており、量産性・歩留まりが安定 ・手はんだ対応も比較的容易で、試作開発に適する | ・リードが外側に広がるためPCB占有面積が大きい ・リード長が長く寄生インダクタンス・寄生容量が増える ・高速信号・RF用途では電気特性が不利 ・放熱性能が限定的（高電力ICには不向き） ・微細ピッチ化するとはんだブリッジのリスクが増える |
| QFJ ・Jリード構造によりパッケージ外形を小型化可能 ・リードが内側にあるため輸送・実装時のリード変形が少ない ・リードが応力を吸収するため機械信頼性が比較的高い ・ソケット実装にも対応しやすい | ・はんだ接合部が見えにくく外観検査が難しい ・リワーク性はQFPより劣る ・高ピン数化に限界がある ・最近はQFNやBGAに置き換えられ採用が減少傾向 |
| QFN ・リードレス構造により小型化・高密度実装が可能 ・リードが短く寄生インダクタンスが小さいため高速信号に有利 ・サーマルパッドによる優れた放熱性能 ・同ピン数ならQFPより40％程度小型化できる場合がある ・モバイル・IoT機器など小型電子機器に適する | ・不良検査にX線検査が必要な場合が多い ・リワークが難しい ・熱サイクル環境でははんだ接合部の信頼性設計が重要 |
QFP・QFJ・QFN 検査・テスト工程で必要となる治具
各パッケージのテスト方法は形状によって異なります。特に QFN は“はんだ面が見えない”ことが問題点となります。
- リードピッチが 0.3mm 以下まで縮小
- QFN のパッド面積が非常に小さい
- 高周波・高速信号の測定が高難易度
- 多ピン接触における荷重設計が必須
- Jリードの形状に合う“専用端子ド”
- 位置合わせ治具
- 温度試験向け治具
精研では、多ピン・微細ピッチの QFP/QFN に最適な技術を展開しています。
| 検査課題 | 精研のソリューション提案 ＊各ソリューションをクリックすると、該当するページに移動できます。 |
|---|---|
| 微細ピッチリードで位置ズレが起きる | 高精度な穴加工により理論値に近いピン位置を実現。PKGの外形精度が出ない場合はロットに合わせてガイド枠を使い分ける |
| 大電流検査への対応が困難 | 当社の大電流ソリューション（HC-C）により、大電流印可時でも安定した検査が可能 |
| 温度試験を行いたい | 耐熱プローブ使用 |
QFP・QFJ・QFN は、表面実装時代の多ピン化・高速化を象徴するパッケージ群です。その検査では 微細ピッチへの高精度接触、温度対応、荷重制御 が求められ、精研のプローブ技術で対応できます。
QFP・QFN は、表面実装時代の多ピン化・高速化を支えてきた代表的なパッケージです。その検査では、微細ピッチへの高精度な接触、温度環境下での安定性、適切な押し当て荷重の管理が求められます。精研では、これらの要求に対応できるプローブと検査治具の技術を提供しています。なにか困ったら、まずは声をかけてください。適切なテストソリューションの案内をさせてい頂きます。
