Dual Flat No-Lead (DFN)-Gehäuse wurden speziell für den Einsatz in rauen Umgebungen entwickelt und können Temperaturschwankungen, Vibrationen und anderen Belastungen standhalten. Aufgrund ihrer geringen Bauhöhe, ihrer hohen Zuverlässigkeit und ihrer guten thermischen Eigenschaften werden sie häufig in der Automobilindustrie eingesetzt. Ihr kompaktes Design spart Platz auf der Leiterplatte, was in Fahrzeugen sehr wichtig ist.
Das DFN-Gehäuse hat keine hervorstehenden Drähte, was die Signalwege verkürzt, Signalverzögerungen minimiert und die Signalintegrität verbessert – ein entscheidender Faktor in Hochgeschwindigkeitsszenarien, in denen es auch auf Präzision ankommt.
Trotz der vielen Vorteile von DFN-Gehäusen gibt es eine Reihe von Herausforderungen, die bei der Entwicklung und Herstellung berücksichtigt werden müssen, einschließlich Prozessen wie Montage, Löten, Inspektion und Test.
Herausforderungen im Zusammenhang mit DFN-Gehäusen
Für das Löten von DFN-Gehäusen werden in der Regel verschiedene Verfahren eingesetzt, die von den spezifischen Anforderungen des Designs und den verwendeten Materialien, Bauelementen und Leiterplatten abhängen. Das Reflow-Löten ist das Standardverfahren zum Löten von SMD-Bauteilen. Dabei werden die Bauelemente zunächst auf der Leiterplatte platziert und anschließend die gesamte Leiterplatte mit einem genau definierten Temperatur-Zeit-Profil durch einen Reflow-Ofen geführt. Dabei wird die gesamte Baugruppe bis über die Schmelztemperatur der Lötpaste erwärmt, die dadurch aufschmilzt und die Lötstellen bildet. Das Ergebnis sind gleichmäßige und zuverlässige Lötverbindungen. Das Verfahren eignet sich gut für die Massenproduktion.
Das Löten von DFN-Gehäusen erfordert ein hohes Maß an Präzision. Insbesondere muss die Menge der Lötpaste an den unteren Anschlusspads sorgfältig kontrolliert werden, um zuverlässige elektrische Verbindungen zu gewährleisten. Zu wenig Lötpaste kann zu schwachen oder fehlenden Verbindungen führen, zu viel Lötpaste zu Lötbrücken oder Kurzschlüssen zwischen benachbarten Pads. Um die Integrität und Zuverlässigkeit der Lötverbindungen zu gewährleisten, müssen geeignete Lotpastenschablonen und Schablonendesigns ausgewählt, präzise Bestückungsgeräte verwendet und die Reflow-Lötprofile optimiert werden. Überlegungen wie das Design von Pads, die Verwendung von Lötstoppmasken und benetzbare Flanken müssen in den Bestückungsprozess integriert werden.
Für oberflächenmontierte bleifreie Gehäuse werden üblicherweise zwei Arten von Lötstoppmasken verwendet: Solder Mask Defined (SMD) und Non-Solder Mask Defined (NSMD). Beim SMD-Typ bedeckt die Lötstoppmaske die Pads teilweise und verhindert, dass das Lot über den Rand des SMD-Pads hinausfließt. Beim NSMD-Pad-Typ ist die Öffnung der Lötstoppmaske größer als das Lötpad. Zwischen dem Lötpad und der Lötstoppmaske entsteht ein Spalt, in den das Lot fließt und die Verbindung verstärkt. Die Wahl zwischen SMD und NSMD hängt von verschiedenen Faktoren ab, unter anderem von den spezifischen Anforderungen des Designs, der Pitch-Größe der Bauteile, den thermischen Anforderungen und der gewünschten Zuverlässigkeit der Lötverbindung.
Die Sicherstellung der Qualität und Zuverlässigkeit von Leiterplatten (PCBs) ist von großer Bedeutung. Eine der Schlüsseltechnologien, die dazu beitragen, ist die automatisierte optische Inspektion (AOI). Dabei handelt es sich um einen technologiebasierten Ansatz zur automatischen Inspektion und Analyse von Leiterplatten, mit dem verschiedene Fehler wie fehlende oder falsch ausgerichtete Bauteile sowie Lötfehler erkannt werden können. Auch andere Anomalien, die die Funktionalität oder Zuverlässigkeit einer Leiterplatte beeinträchtigen können, werden identifiziert.
Die Röntgeninspektion wird auch als automatische Röntgeninspektion (AXI) bezeichnet. AXI eignet sich besonders für die Inspektion verdeckter Lötstellen und innerer Strukturen. Bei der Erkennung von Oberflächenfehlern ist sie jedoch nicht so effektiv wie die AOI.
Lötstelleninspektion bei DFN
DFN-Gehäuse haben keine sichtbaren Lötstellen, da das Gehäusedesign ein freiliegendes Pad und Anschlüsse auf der Unterseite des Gehäuses verwendet. Daher ist es schwierig, visuell festzustellen, ob das Gehäuse effektiv gelötet wurde. Die elektrische Prüfung ist oft die einzige praktikable Möglichkeit, die elektrische Verbindung der Lötverbindungen festzustellen. Für Anwendungen, die eine hohe Zuverlässigkeit erfordern, kann es jedoch notwendig sein, die Integrität der Lötverbindungen visuell zu überprüfen. Beispielsweise verlangt die Automobilindustrie von den Erstausrüstern eine 100-prozentige automatische Sichtprüfung nach der Montage.
Um die normalerweise nicht sichtbare Lötstelle unterhalb des DFN-Packages überprüfbar zu machen, können die DFN-Gehäuse mit seitlich benetzbaren Flanken (side-wettable flanks, SWF) versehen werden. Dadurch entsteht an den Seiten des DFN-Gehäuses ein Meniskus, der mit einer AIO inspiziert werden kann. Daraus ergibt sich ein weiterer Vorteil: Die mechanische Festigkeit und Stabilität der Verbindung zur Leiterplatte ist besser als bei Bauteilen ohne seitlich benetzbare Flanken. SWF reduzieren somit das Risiko von Ausfällen durch Scherkräfte und Leiterplattenbiegung.
Platzsparende Lösungen mit hohem Wirkungsgrad
Gleich vier neue Serien ultraschneller 200-V-FRED-Pt-Gleichrichter im flachen DFN3820A-Gehäuse mit benetzbaren Flanken bietet Vishay Intertechnology an. Sie bieten platzsparende, hocheffiziente Lösungen für moderne Leistungsanwendungen.
Diese 1 A bis 5 A, 200 V FRED (Fast Recovery Epitaxial Diode, FRED) Pt (Platin Dotierte Technologie, Pt) Gleichrichter bieten Platzersparnis, verbessertes thermisches Verhalten und einen höheren Wirkungsgrad.
Im Vergleich zu Bauteilen im SMP-Gehäuse (DO-220AA) mit gleicher Grundfläche bieten die Modelle VS-1EAH02xM3, VS-2EAH02xM3, VS-3EAH02xM3 und VS-5EAH02xM3 eine um 12 Prozent geringere Bauhöhe und eine mehr als doppelt so hohe Strombelastbarkeit und sind jeweils als Vishay Automotive Grade, AEC-Q101 qualifizierte Versionen erhältlich.
Zu den typischen Anwendungen in der Automobilindustrie gehören Dual-Voltage-Einspritzdüsentreiber, Piezotreiber und Motorsteuergeräte (ECU), fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS), Lidar, Kameras und Antiblockiersysteme (ABS) sowie 48-V-Bordnetze, Ladegeräte und Batteriemanagementsysteme (BMS) in Elektro- und Hybridfahrzeugen (HEC).
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