利用QFN封装解决LED显示屏散热问题

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摘要：本文将进一步说明，如何不改变电路的设计只需变更驱动芯片的封装型态，进而大幅改善LED显示屏的散热、电磁干扰、组装工时及成本。并针对目前使用的SOP(Small Outline Package)及qfn(Quad Flat No Leads)两种封装型态的热阻、尺寸等比较，及"灯驱合一"及"灯驱分离"之说明。

关键词：QFN；灯驱合一；灯驱分离

中图分类号：TN141.9

文献标识码：B

引 言

现今大多数显示屏厂商，在PCB设计时几乎都会面临散热的问题，尤其是因为驱动芯片所产生的热量影响LED的正常发光特性，进而影响整块显示屏的色彩均匀度。如何解决散热问题确实让设计者头痛。本文将进一步说明如何改变驱动芯片的封装以解决驱动芯片散热的问题。

1 OFN封装

QFN封装 (Quad Flat No Leads) ――QFN是由日本电子机械工业会(JEDEC)规定的名称。

四侧无引脚扁平封装，表面贴装型封装之一，是一种底部有焊盘、尺寸小、体积小、以塑料作为密封材料的新兴表面贴装芯片封装技术。由于QFN封装不像传统的SOIC封装(如图1、2所示）那样具有鸥翼状引线，内部引脚与焊盘之间的导电路径较短，所以自感系数以及封装体内布线电阻很低，所以它能提供卓越的电性能，也因为没有鸥翼状引线，更能减少所谓的天线效应，进而降低整体的电磁干扰(EMI)。此外，它还通过外露的引线框架焊盘提供了出色的散热性能，该焊盘具有直接散热通道，用于释放封装内芯片的热量。通常将散热焊盘直接焊接在电路板上，并且PCB中的散热孔有助于将多余的功耗扩散到铜接地板中，从而吸收多余的热量，也可以藉此达到更佳的共地效果。目前QFN封装体在一般手机及笔记本电脑中已大量被采用，但在led显示屏中正在推广。

2 QFN与SOP散热及尺寸体积比较

一般使用的SOP其尺寸为104 mm2(8×13x1.9mm)，而QFN的尺寸只有16mm2 (4×4×0.9mm)，只有SOP的6~7分之一，在做一些小间距的显示屏设计上具有更大的弹性。

热阻 (Ja)其系数为SOP = 59℃/W ，QFN=39℃/W，亦即在一瓦特的功率，芯片节点(Junction)到表面的温度差。下列为一般业界常用的热阻计算公式：

3 灯驱合一的设计

由于QFN体积小、散热佳这两大特点，以往在户外显示屏Pitch16mm以下的规格，因为PCB板尺寸走线的限制及散热的问题，所以一般显示屏厂都会选择灯驱分离的设计，亦即LED灯板与驱动芯片板分别放在两至三块不同的PCB板上，再透过连接器(Connector)及传输线 (Cable)相互连接在一起。此种设计虽可以解决散热问题，但是透过连接器及线材当中所产生的电感效应可能会使显示屏的色彩清晰度大打折扣，况且电感效应也会增加电磁干扰产生的机会。使用QFN设计时，因为其体积较小也没有散热的问题，所以可以将芯片放置在LED灯的间隙中，故不需使用多余的PCB板及传输线，在设计上更为简单，其成本亦可降低。同理户内显示屏若使用QFN设计亦可让散热问题做大幅度的改进。

4 完全自动化的生产

传统灯驱分离的设计除了比灯驱合一的设计材料成本较高外(多了PCB、连接器及线材成本)，可以节省组装的人力成本，可以达到SMT/DIP完全自动的生产。

结 论

迅杰科技因为在笔记本计算机上的优势，对于一些先进封装制程领先同业，于三年前(2006)开始在显示屏业推行QFN4×4 封装，期望借由此封装产品的优点及成本优势带给显示屏厂商更高的竞争力。

作者简介：郑文盛(1975-)，男，电子工程学士，现任迅杰科技产品经理，目前负责公司LED驱动芯片的产品规划，E-mail: .tw。

注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文”