Schwerpunkte

Miniaturisierung

Kleinere Geräte stellen hohe Anforderungen

28. Januar 2021, 13:53 Uhr   |  Von Emilia Mance, Product Sales Manager Standard Products bei Rutronik

Kleinere Geräte stellen hohe Anforderungen
© Rutronik

Von Emilia Mance, Product Sales Manager Standard Products bei Rutronik

Mehr Leistung, Funktionalitäten und Zuverlässigkeit bei weniger Platz, Gewicht und Kosten – diese Anforderungen haben Komponenten und Baugruppen für viele Anwendungen zu erfüllen. Hierfür braucht es entsprechende Komponenten, aber auch Herstellungs- und Prüf-technologien und -prozesse.

Endgeräte für den Telekommunikations- und Konsumgütermarkt treiben die Entwicklung der Leiterplatte vom einfachen Komponententräger zur multifunktionalen Systemeinheit mit integrierten aktiven und passiven Komponenten an. Hierfür braucht es einerseits adäquate technologische Integrationsansätze, andererseits werden hohe Anforderungen an den Systementwurf (Chip-Package Board Co-Design) gestellt. Dieser muss sowohl elektrische (analog-digital) als auch thermomechanische Zuverlässigkeitsaspekte berücksichtigen.
Zudem verändert der zunehmende Einsatz verschiedener Smart Devices die Art, wie Technik gesehen und genutzt wird. Auch Anwender industrieller und medizinischer Geräte erwarten immer mehr Features. Industrie-, aber auch Automotive-Baugruppen sollen mehr leisten, ohne dabei mehr Raum zu beanspruchen.
Doch es geht nicht nur darum, die Funktionalität zu erhöhen sowie Fläche, Raum und/oder Gewicht zu reduzieren. Auch funktionale Vorteile können dafür sprechen, die Integrationsdichte einer Baugruppe zu erhöhen, etwa indem Signalwege verkürzt oder Abstände zwischen sich störenden Schaltungsteilen vergrößert werden. Um diese Verdichtung zu beherrschen, muss jedoch die gesamte Wertschöpfungskette angepasst sein.

 STMicroelectronics
© STMicroelectronics

Dank geringem Leistungsabfall bei hohen Temperaturen eignen sich die extraflachen TVS-Dioden von STMicroelectronics auch für harsche Umgebungen.

Mit der Miniaturisierung steigen nämlich auch die Anforderungen an die Prozesse. Das beginnt in der Entwicklungsphase: Das Leiterplattenlayout bestimmt nicht nur die Integrationsdichte, es erfordert auch bestimmte Fertigungsprozesse. Die verkleinerten Strukturen müssen technisch realisierbar sein, zudem wird eine stabile Prozessführung absolut unverzichtbar. Bei der Qualitätsprüfung wird der Zugang zu Testpunkten einer Schaltung mit herkömmlichen Methoden immer schwieriger bzw. sogar unmöglich. Die zunehmende Komplexität elektronischer Geräte erfordert also auch tiefgreifende Innovationen in der Prüftechnik.

Verschiedene Komponentenhersteller unterstützen Entwickler bei diesen Aufgaben, z.B. mit neuen Packaging-Technologien. Im Commodities-Bereich bieten etwa Vishay, STMicroelectronics, Littelfuse und Diodes verschiedene Flat-Package-Komponenten. Beispielsweise erfüllt die eSMP-Serie (enhanced Surface-Mount Power) von Vishay die Forderungen nach Miniaturisierung und geringen Produktionskosten. Sie umfasst unterschiedliche Arten von Gleichrichtern und Dioden. Die oberflächenmontierten Standardgleichrichter der eSMP-Serie haben ein niedriges Profil von 1,0 mm und eignen sich ideal für die automatische Bestückung. Sie haben einen planaren Oxidchipübergang, einen geringen Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung und einen geringen Leckstrom.

Auch ihre gute Wärmeabfuhr qualifiziert sie für miniaturisierte Designs – denn je kleiner die Bauelemente und je höher ihre Taktraten und die Packungsdichte auf der Leitplatte, umso wichtiger die Wärmeableitung.

Vishay
© Vishay

Die oberflächenmontierbaren Standard-gleichrichter der eSMP-Serie punkten mit geringer Höhe.

Typische Anwendungen für eSMP-Gleichrichter sind der allgemeine Schutz der Polarität (Verpolungsschutz) von Stromleitungen in gewerblichen, industriellen und Automobilanwendungen.

Neue Gehäuse für Halbleiterbauelemente können ebenfalls einen wichtigen Beitrag zum Thermomanagement leisten, z.B. flache Chip Packages ohne herausgeführte Anschlussbeinchen, kurz: DFN Package (Dual oder Discrete Flat No Lead). Mit diesen kompakten Gehäusen können Entwickler entweder die Platine verkleinern oder auf gleicher Fläche mehr Funktionalität unterbringen.

STMicroelectronics hat TVS- (Transient Voltage Suppressor) Dioden im SMA und SMB Flat Package speziell für Industrieanwendungen entwickelt. Die SMA-Varianten sind kompatibel mit dem SMA und SMB Footprint, die SMB-Varianten mit dem SMB Footprint. Beide haben aber mit 1 mm eine deutlich geringere Höhe als die Standard-SMA- bzw. -SMB-Komponenten mit 2,3 mm. Sie erfüllen den Standard IEC 61000-4-x und sind auch mit Automotive-Zertifizierung erhältlich.

Von großen Industriesteuerungen, die kleiner werden sollen, über Medizingeräte mit erweiterten Funktionen bis zu kleinsten Sensor-Auswertungen direkt an der Messstelle - die Anwendungsfälle für Miniaturisierung sind nahezu endlos. Um sie als Wettbewerbsvorteil nutzen zu können, ist jedoch abzuwägen, welcher Grad der Verkleinerung bzw. Packungsdichte sinnvoll ist. Wird die Entwicklung dann noch mit dem Herstellungsprozess abgestimmt, stehen die Erfolgschancen für die miniaturisierte Baugruppe sehr gut

Auf Facebook teilenAuf Twitter teilenAuf Linkedin teilenVia Mail teilen

Verwandte Artikel

Rutronik Elektronische Bauelemente GmbH, Vishay Electronic GmbH, STMicroelectronics GmbH