Immer kleiner: Hersteller optimieren Gehäuse- und Steckergrößen

Der Umstieg auf kleinere Gehäuseformate geht im Allgemeinen mit einer Reduktion von Isolationsabstand und/oder thermischer Kapazität einher. Im Laufe der letzten Wochen kam eine Gruppe neuer Bauteile auf den Markt, die – zumindest auf den ersten Blick – die Gesetze der Physik “verletzen” und so weitergehende Miniaturisierung erlauben.

(Bearbeitet am 16.5 – danke an r2d3 für die Meldung zum Rechtschreibfehler! – th)

Worum geht es hier?

Dass die Nutzung kleinerer SMD-Gehäuseformate nicht automatisch zu einer kleineren Platine führt, ist seit den Anfangszeiten der Oberflächenmontage in der Literatur belegt. Trotzdem gibt es – unabstreitbar – einen Trend zu immer kleineren, leichteren und kompakteren Gehäusen.
Insbesondere die Reduktion des Gewichts der Platine ist dabei universell hilfreich: desto leichter ein Bauteil, desto mehr Vibration hält es aus. Hier eine Liste einiger Neuerungen, die das eine Mikrogramm und/oder den einen Quadratmillimeter einsparen helfen.

ROHM: PMDE-Diodengehäuse ist kleiner als SOD-123-, bietet trotzdem bessere Kenndaten

Mit der hauseigenen Entwicklung PMDE – ROHM löst das Akronym nicht auf – steht nun eine Reihe neuer Dioden am Start. Sie orientiert sich vom Footprint bzw. Der Leiterbahnführung am SOD-323-Gehäuse, dank optimiertem Aufbau des Gehäuses erreicht man aber mit dem SOD-123FL erreichbare Wärmeabfuhr- und sonstige Werte.

(Bildquelle: ROHM)

ROHM ergänzt das – an sich schon vorhandene – Portfolio nun um ein gutes Dutzend Dioden, die die Bereiche Schottkydiode, Fast Recovery-Diode und TVS abdeckt.

(Bildquelle: ROHM)

Nexperia: Side-Wettable Flank-Gehäuse statt SOT23

Nexperia bietet sein diskretes Halbleiterportfolio immer häufiger unter Nutzung von Side Wettable Flank-Gehäusen an – die wie in der Abbildung gezeigt aufgebauten Gehäuse eliminieren die Pins, was Platz auf der Platine und Gewicht spart.

(Bildquelle: Nexperia)

In der unter https://assets.nexperia.com/documents/application-note/AN90023.pdf bereitstehenden Application Note beschreibt Nexperia – nach Ansicht des Autors ist dies glaubhaft – eine wesentliche Verkürzung der Bonddrähte, was zu geringerer parasitärer Induktivität und besserer thermischer Leitfähigkeit führt:

1he DFN1110D–3 package is capable of dissipating 400 mW on a single sided

2FR4 board with the standard footprint and 70 μm copper thickness, based on a typical Rth(j–a) of 310

3K/W. Its leaded counterpart the SOT23 (with 3.4x larger body dimensions) has a typical Rth(j–a) of

4350 K/W leading to a dissipated power of 360 mW, 10 % less than DFN1110D–3

Ob der auf der Seite “leicht” exponierten Pads ermöglichen die Gehäuse außerdem – korrektes Design der Footprints vorausgesetzt – rein optische Bewertung der Qualität der Lötstellen.

(Bildquelle: https://assets.nexperia.com/documents/white-paper/Nexperia_document_whitepaper_Side-WettableFlanks_AOI_201911.pdf, lesenswert)

Spezifischerweise schickt man die folgenden Bauteile neu ins Rennen:

1BC817QBH–Q und BC807QBH–Q Serie 45 V, 500 mA NPN/PNP Transistoren in DFN1110D–3.

  • BAT32LS–Q und BAT42LS–Q Schottky–Dioden in DFN1006BD–2

  • BAS21LS–Q Schaltdiode in DFN1006BD–2.

  • PDTA143/114/124/144EQB–Q – 50 V 100 mA PNP Resistor–Equipped Transistors (RET) in DFN1110D–3.

  • 2N7002KQB – 60 V N–Kanal Trench MOSFET und BSS84AKQB – 50 V, P–Kanal Trench MOSFET in DFN1110D–3.

Texas Instruments: immer kleinere Halbleiterrelais mit bis zu 5KV Isolationsfähigkeit

800V-Batteriesysteme sind insbesondere aus dem Automotivebereich nicht mehr wegzudenken. TI forciert in diesem Bereich seit längerer Zeit die hauseigene Halbleiter-Relaistechnologie, die – anders als Optokoppler – ohne LEDs auskommt und somit bessere Langzeit-Lebensdauer bietet.
Neu sind hier zwei Bauteile, die als Ersatz für klassische Relais vorgesehen sind:

1Der TPSI3050–Q1, der eine verstärkte Isolierung bis 5 kVRMS bietet, bringt es überdies auf eine zehnmal längere Lebensdauer als elektromechanische Relais, deren Eigenschaften sich mit der Zeit verschlechtern. Der TPSI2140–Q1 wiederum wartet mit Basisisolierung bis 3,75 kVRMS auf und kann damit eine mehr als viermal so hohe zeitabhängige elektrische Durchschlagsfestigkeit erreichen wie Halbleiterrelais–Fotorelais. 

Neben höherer Robustheit verspricht TI Platzersparnisse gegenüber elektromechanischen Komponenten – ein nach Ansicht des Autors unfairer Vergleich, der die hauseigenen Komponenten massiv gegenüber anderen Produkten bevorzugt:

1Der TPSI3050–Q1 etwa senkt den Platzbedarf gegenüber Lösungen mit elektromechanischen Relais um bis zu 90 %, indem er eine isolierte Stromversorgung, einen Digitalisolator und einen Gatetreiber in einem Baustein vereint. Im Fall des TPSI2140–Q1 verringern sich die Lösungsabmessungen um bis zu 50 % im Vergleich zu traditionellen Fotorelais–Lösungen, da neben einem Signal–Feldeffekttransistor auch Widerstände integriert sind und zudem auf ein Reed–Relais verzichtet werden kann. 

OnSemi: Miniaturisierung von 650V-SiC-MOSFET

SiC-Halbleiter bieten diverse Vorteile – leider standen sie bisher meist nur in D2PAK-Gehäusen zur Verfügung, die in mancherlei Hinsicht suboptimale Eigenschaften aufweisen. Mit dem NTBL045N065SC1 schickt OnSemi nun ein Bauteil in einem kompakteren Gehäuse ins Rennen.

(Bildquelle: onsemi)

Über das neue Gehäuse berichtet OnSemi folgende Leistungsdaten:

1Mit einer Grundfläche von nur 9,9 mm x 11,7 mm bietet das TOLL–Gehäuse gegenüber einem D2PAK an die 30% weniger Platzbedarf auf der Leiterplatte – und bei einer Bauhöhe von nur 2,3 mm nimmt es 60% weniger Volumen ein als ein D2PAK–Gehäuse.

2

3Zusätzlich zu seiner kleineren Größe bietet das TOLL–Gehäuse ein besseres Wärmeverhalten und eine geringere Gehäuse–Induktivität (2 nH) als ein 7–Pin–D2PAK.

Im Bereich Leistungsdaten verspricht man folgendes:

1Der NTBL045N065SC1 hat eine UDSS–Spannung von 650 V mit einem typischen RDS(on) von nur 33 mΩ und einem maximalen Drain–Strom (ID) von 73 A. Basierend auf der Wide–Bandgap-/WBG–SiC–Technologie bietet der Baustein eine maximale Betriebstemperatur von 175 °C und eine extrem niedrige Gate–Ladung (QG(tot) = 105 nC),

Harwin: Mezzanine-Steckverbinder mit 0,5-mm-Raster und 0.5A pro Kontakt

Mezzaninsteckverbinder erlauben seit jeher das “Übereinander-Montieren” von Platinen – insbesondere im Zusammenspiel mit einigen Schrauben und Spacern entstehen so sehr robuste Konstruktionen, die trotzdem platzsparend sind.

In der Archer-Serie gibt es nun Zuwachs, den das hungaro-britische Unternehmen folgendermaßen beschreibt:

1Steckverbinder sind mit 30, 40, 80 und 100 Pins und einem winzigen Raster erhältlich, wobei die Kontakte dennoch eine Strombelastbarkeit von jeweils 0,5 A bieten. Der Betriebstemperaturbereich liegt zwischen –55 und 85 °C; die Board–to–Board–Stackhöhe beträgt 8 mm.

(Bildquelle: Harwin)

Interessant ist, dass die Bauteile für die Verarbeitung per Pick&Place-Maschine optimiert sind:

1Archer .5 bietet wie alle Harwin–Produkte Zuverlässigkeit und Sicherheit. Polarisierung sorgt für das korrekte Ausrichten, um Fehlstecken zu vermeiden. Eine Ummantelung schützt die Kontakte vor versehentlicher Beschädigung. Die Steckverbinder werden auf Tape–and–Reel geliefert und benötigen keine separate Pick–and–Place–Kappe, was die automatische Montage vereinfacht.

Zuerst erschienen bei Mikrocontroller.net News

Quelle: Read More