März 2009 - Die zunehmende Nachfrage nach kostengünstigen und zuverlässigen Testlösungen für QFN-Bausteine stellt die Hersteller von Testsockeln und Federkontakten vor große Herausforderungen.

QFN(Quad Flat No-Lead)-Bausteine werden für Anwendungen eingesetzt, in denen gute thermische und elektrische Eigenschaften in einem kleinen Gehäuse-Format wichtig sind. Aus diesem Grund haben sie sich als ein Industriestandard (JEDEC) für kleine Baugrößen vor allem in portablen Geräten (Handys, PDAs, Multimedia Player usw.) etabliert. Da QFN-Bausteine keine Anschlüsse (Beinchen) aufweisen, ist die Verbaufläche auf der Leiterplatte geringer, wodurch die Gesamtkosten gesenkt werden können. Zusätzlich steigt die Signalqualität durch die kürzen Signalwege.

Die Anzahl der Anschlüsse (Pins), der Pitch (Abstand zwischen den Anschlüssen) und die Abmaße des Gehäuses wurden in den letzten Jahren immer weiter optimiert. Viele der neueren QFN-Gehäuse offerieren mittlerweile bis zu 64 Pins bei einem Pitch von 0,5 mm und eine Gehäusegröße von 10 mm × 10 mm.

Die höhere Anzahl von Pins, der kleine Pitch und die dadurch noch wichtiger werdende zuverlässige Kontaktierung stellen immer höhere Anforderungen an Testsockel und Federkontakte für die Prüfung der QFN-Bausteine im Engineering- und Produktionsbereich.

uwe electronic hat mit dem Testsockel Dyno ein neues Kontaktkonzept vorgestellt. Dyno verdankt seinen Namen der geschwungenen Form, die einem Dinosaurier ähnlich sieht (Bild 1). Er kann bis zu einem minimalen Device-Pitch von 0,5 mm eingesetzt werden.

Eine der wichtigsten Eigenschaften eines sehr guten Testsockel-Kontaktes – speziell für das Testen von Hochstrom-Signalen – ist der möglichst geringe Übergangswiderstand (bei Dyno <40 mΩ, Dauerstrom bis 5 A).

Beim Testen der RoHS-konformen QFN-Anschlusskontakte sammeln sich nach vielen Kontaktierungen geringe Zinn-Rückstände auf den Köpfen der Sockelkontakte an. Um diese Rückstände möglichst zu minimieren, wurde die Goldbeschichtung „EnduraPlus“ entwickelt. Die Beryllium-Kupfer-Legierung des Dyno-Kontaktes ist damit beschichtet, so dass der Übergangswiderstand zwischen dem Kontakt und dem DUT (Device under Test) sehr klein bleibt.

Ein anderer wichtiger Parameter zum Erreichen eines geringen Übergangswiderstandes ist die Art der Kontaktierung (Kopfform oder Federkraft). Mit spitzen bzw. scharfkantigen Kopfformen und hohen Federkräften kann fast immer ein guter Kontakt hergestellt werden, jedoch wird dadurch nach sehr kurzer Zeit der Anschluss der QFN-Bausteine zerstört und gleichzeitig die Federkontaktspitze schnell abgenutzt.

Vor allem, wenn sich noch Rückstände des Flussmittels auf dem QFN-Anschlusskontakten befinden oder wenn harte Produktionsbedingungen zu erfüllen sind, ist es oft sehr schwierig, einen guten Kompromiss zwischen der Abnutzung der Anschlüsse und einem guten Kontakt zu finden.

Durch seine geschwungene Form bietet der Testsockel einen neuen kontaktschonenden Lösungsansatz. Beim Kontaktieren des DUTs mit dem Dyno-Kontakt im Testsockel wischt der Dyno-Kopf (Bild 1 oben) leicht über den Anschlusspin (Federkraft: 100 g bei einem Hub von 0,38 mm).

Ein Elastomer (elastisch verformbarer Kunststoff, Bild 1 rot) aus Silikon übernimmt dabei die Rolle der Feder. Durch diese Wischbewegung werden Rückstände von Flussmitteln oder ähnliche Verschmutzungen beiseite geschoben und dadurch ein optimaler Kontakt erreicht.

Bild 1:Prinzipskizze und Abmessungen des Dyno-Kontakts (Längenangaben in mm). Der Testsockel kann bis zu einem minimalen Device-Pitch von 0,5 mm eingesetzt werden.

In Versuchen wurde eine mechanische Lebensdauer von über 500.000 Testzyklen nachgewiesen. Der Temperaturbereich reicht von –55 bis 150 °C. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch den fast wartungsfreien Betrieb, d.h., die Kontakte müssen nur selten gereinigt werden und lassen sich gegebenenfalls auch einzeln im Sockel austauschen.

Darüber hinaus besitzt der Sockel mit einer Bandbreite von >10 GHz bei einer Einfügedämpfung von –1dB gute HF-Eigenschaften.

Aufgrund dieser Eigenschaften und Verbesserungen durch den zuverlässigen und kostengünstigen Testsockel ist eine Steigerung der Ausbeute bei Konstruktion und Entwicklung und vor allem im harten Produktionsbetrieb zu erwarten.

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