DFN-husene giver meget høje effekttætheder og har fremragende termiske egenskaber takket være deres åbne køleflader og optimerede termiske stier. Side-wettable flanker giver desuden mulighed for automatisk optisk inspektion (AOI), som er krævet i den automotive industri. Og så er DFN-kapslingen kompakt, prisoptimal og meget solid
Artiklen har været bragt i Aktuel Elektronik nr. 2 – 2025 og kan læses herunder uden illustrationer
(læs originaludgaven her)
Af Thomas Bolz, corporate product manager Standard Products, Rutronik
Dual flat no-lead (DFN) kapslinger er designet til hårde miljøer, og de er robuste over for temperaturudsving, vibrationer og andre slags mekanisk stress. Med deres reducerede profilhøjde, høje pålidelighed og optimerede termiske egenskaber bliver de ofte anvendt i den automotive industri. Deres kompakte design hjælper desuden til at spare plads på printet, hvilket er ganske afgørende i dagens køretøjer.
Ved at eliminere leads eller ben, der stikker ud fra huset, giver kapslingen kortere signalveje, hvilket minimerer signal-delay og dermed også forbedrer signalintegriteten – en kritisk faktor i high-speed applikationer, hvor præcision også er en vigtig faktor.
Trods adskillige fordele ved DFN-kapslinger udgør de også visse udfordringer, som man skal tage i betragtning ved design og produktion. Det er typisk udfordringer, som er koncentreret omkring montage, lodning, inspektion og test.
Der bruges typisk forskellige processer til lodning af DFN-kapslinger afhængigt af de specifikke krav i designet og valget af materialer, komponenter og de anvendte print. Reflow-lodning er den ofte valgte metode, når man skal lodde SMD-komponenter. Komponenterne bliver placeret i loddepastaen på printet, og når det kører igennem en reflow-ovn med en specificeret loddeprofil, smelter tinnet i loddepastaen, og komponenterne bliver endeligt fikseret på printet. Både print og komponenter bliver opvarmet til en temperatur over loddepastaen. Det sikrer ensartede og pålidelige lodninger, og processen er velegnet til storskalaproduktion.
Høj præcision er nødvendig
DFN-kapslingerne kræver en meget høj grad af præcision i montagen, og især mængden af loddepasta i kapslingens bundterminaler skal tjekkes omhyggeligt for at sikre pålidelige elektriske forbindelser. Utilstrækkeligt med loddepasta kan give dårlige eller helt fraværende forbindelser, mens for meget loddepasta kan føre til kortslutninger mellem hosstående pads. Korrekt udformede pastastencils, præcist placement-udstyr og optimerede reflow-loddeprofiler vil hjælpe til at garantere integriteten og pålideligheden af de loddede forbindelser. Desuden skal man overveje pad-designet, loddemaskerne, og side-wettable flanker skal integreres i montage-arbejdsflowet.
To typer af loddemasker bruges normalt til overflademonterede huse uden leads: loddemaskedefinerede (SMD) og ikke-loddemaskedefinerede (NSMD) (figur 1). For SMD-typen dækker loddestopmasken delvist de enkelte pads og forhindrer derved tinnet i at flyde ud over kanten af en SMD-pad. For NSMD pad-typen er åbningen i loddestopmasken større end lodde-pad’en. Der opstår et gab imellem lodde-pad’en og loddestopmasken, hvortil tinnet flyder og forstærker loddeforbindelsen. Valget mellem SMD og NSMD afhænger af flere faktorer inklusive designkravene og komponenternes størrelser, de termiske overvejelser og den ønskede pålidelighed af loddeforbindelsen.
Det er vitalt at sikre kvaliteten og pålideligheden af de monterede print. En vigtig faktor er brugen af AOI – Automatisk Optisk Inspektion – til kvalitetssikring. Det er en teknologidreven metode, der sikrer automatisk inspektion og analyse af de bestykkede print, så man kan opdage en række fejl som manglende eller unøjagtigt placerede komponenter samt loddefejl. Man vil også kunne opdage andre unormale effekter, som kan påvirke funktion eller pålidelighed af det bestykkede print.
Røntgeninspektion (AXI eller Automatic X-ray Inspection) er særdeles velegnet til at undersøge skjulte loddeforbindelser og interne strukturer. Røntgen er dog ikke lige så effektivt som AOI med hensyn til detektering af defekter på det bestykkede prints overflade.
Optisk inspektion af monterede DFN-huse
DFN-huse har blottede pads og forbindelser på komponentens underside, så loddeforbindelserne i kapslingen er usynlige. Det er derfor svært visuelt at vurdere, om en kapsling er blevet loddet korrekt og effektivt. Elektriske tests er derfor den eneste praktiske måde at verificere kvaliteten af de elektriske forbindelser i lodningerne på. Men i applikationer, der kræver et højt pålidelighedsniveau, kan det være nødvendigt med en visuel inspektion af lodningerne. Bilindustrien kræver for eksempel, at OEM-leverandørerne udfører en 100 procents automatisk, visuel inspektion efter montage.
For at kunne inspicere typisk usynlige loddeforbindelser under DFN-kapslinger kan disse pakningstyper designes med side-wettable flanker (SWF) (figur 2). Det danner loddemenisker på siderne af DFN-kapslingen, og de vil være mulige at inspicere med AOI (figur 3). Det giver ydermere fordele i form af mekanisk styrke og stabilitet af lodningen til printet i forhold til det, komponenter uden side-wettable flanker kan levere. SWF’er reducerer dermed risikoen for fejl i forbindelse med fysiske belastninger på komponenterne og udbøjning af det bestykkede print.
Pladssparende løsninger med et højt effektivitetsniveau
Vishay Intertechnology tilbyder fire nye serier af ultrahurtige 200V FRED-Pt ensrettere i flade DFN3820A-huse med side-wettable flanker. De garanterer et mindre pladsforbrug og udgør yderst effektive løsninger til effektapplikationer på markedets absolutte forkant. De 1A til 5A ”store”, 200V FREDs (Fast Recovery Epitaxial Diode) Pt (platindoteret teknologi) ensrettere sikrer et mindre pladsforbrug, en bedre termisk ydelse og højere effektivitet.
Sammenlignet med komponenter i SMP-huse (DO-220AA) med det samme footprint har typerne, VS-1EAH02xM3, VS-2EAH02xM3, VS-3EAH02xM3 og VS-5EAH02xM3, en 12 procent lavere installationshøjde og mere end den dobbelte nominelle strømhåndtering. Hver model leveres også i Vishays Automotive Grade AEC-Q101-kvalificerede versioner (figur 4).
Typiske applikationer inden for den automotive industri inkluderer dual-voltage indsprøjtnings-drivere, piezo-drivere og motorstyringer (ECU), avancerede driver-assistentsystemer (ADAS), LiDAR, kameraer og ABS til bremserne, samt 48V elektriske systemer, ladere og BMS’er (Batteri Management Systemer) i både elektriske- og hybridbiler.
Billedtekster:
Figur 1: DFN-huse monteret på NSMD-pads for at sikre, at loddetinnet kan flyde op til sideflankerne modsat standard SOIC-huse, der er monteret på SMD-pads. (Kilde: Rutronik).
Figur 2: Side-wettable flanker i DFN-kapslinger. (Kilde: Vishay).
Figur 3: Tegning af loddemenisk. Disse lodninger kan inspiceres med et optisk kamerasystem til kvalitetssikring af de færdige lodninger. (Kilde: Vishay).
Figur 4: Ultrahurtig 200V FRED Pt-ensretter i fladt DFN3820A-hus. (Kilde: Vishay).
Ekstra foto:
Visuel kvalitets- og montageinspektion kan udgøre en udfordring med DFN-kapslinger.
