Reed-Relais Kleines Hochvolt-Relais für eine neue Halbleiterprüfvorrichtung

Autor / Redakteur: Robert King * / Kristin Rinortner

Für Schaltsysteme in der Prüf- und Messtechnik sind Reed-Relais oft die beste Lösung. Der Beitrag beschreibt die Entwicklung eines kleinen Hochvoltrelais für eine Halbleiterprüfvorrichtung bei On Semiconductor.

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Hochvolt-Relais für den Halbleitertest: Beispiel einer Leiterplatte mit dem Reed-Relais 131 von Pickering in der roten Version für On Semiconcuctor.
Hochvolt-Relais für den Halbleitertest: Beispiel einer Leiterplatte mit dem Reed-Relais 131 von Pickering in der roten Version für On Semiconcuctor.
(Bild: Pickering)

Pickering Electronics wurde vor mehr als 50 Jahren mit dem Ziel gegründet, Reed-Relais höchster Qualität zu entwerfen und zu fertigen, die vorwiegend in der Mess- und Prüfgerätetechnik eingesetzt werden sollten.

Heute ist das Single-in-Line-Angebot (SIL/SIP) der Reed-Relais das wohl mit Abstand weitest entwickelte in der Relaisbranche und bietet Bausteine, deren Abmessungen 25 Prozent der vieler Wettbewerber betragen. Diese kompakten SIL/SIP-Reed-Relais werden in großen Stückzahlen an führende Prüfanlagen- und Halbleiter-Unternehmen auf der ganzen Welt verkauft.

Viele dieser Reed-Relais entstanden aus Kundenanforderungen heraus, ein weiteres Beispiel dafür sind die kürzlich eingeführten Hochvolt-Bausteine aus der Serie 131.

Bei der Entwicklung einer neuen Prüf­vorrichtung hat der Halbleiterhersteller On Semiconductor festgestellt, dass ein Reed-Relais mit einer höheren Durchbruchspannung von 400 V DC erforderlich ist. Dieses durfte allerdings nicht weniger kompakt sein, als das zu ersetzende Bauteil. Fündig wurde man beim ‚quasi anreihbaren‘ SIL-Relais aus der Serie 112 mit Seitenlängen von 3,7 mm und 10 mm in einem Raster von 2,54 mm.

Ursprünglich hatten die Briten ein als Schließer (SPST NO, Form A) ausgeführtes Bauteil aus der Serie 119 mit einer Durchbruchspannung von bis zu 3 kV angeboten, das bei einer Höhe von 6,6 mm eine Fläche von 3,7 mm x 20,1 mm beansprucht.

Und obwohl das Relais seinerzeit laut Hersteller das kleinste Hochvolt-Reed-Relais auf dem Markt war, war die Reihe 119 noch zu groß für die Anwendung. Was On Semiconductor eigentlich brauchte, war eine Kombination aus Kompaktheit und Rastermaß der Serie 112 und den schalttechnischen Eigenschaften der Serie 119.

Die Herausforderung: Isolationsabstände und kleines Gehäuse

Das stellte für den britischen Relais-Spezialisten eine handfeste Herausforderung dar, denn aufgrund der durch die neuen Spezifikationen bedingten größeren internen Abstände ließen sich die Maße nicht im Gehäuse eines Bauteils aus der Serie 112 einhalten.

Da aber alle für den Entwurf und die Fertigung von Relais erforderlichen Fähigkeiten im Hause vorhanden waren, konnte das Engineering Team die gestiegenen Anforderungen an die Isolationsabstände innerhalb eines Gehäuses realisieren.

Das neue Gehäuse hat nur einen geringfügig größeren Platzbedarf von 3,7 mm x 12,5 mm – statt 3,7 mm x 10 mm bei der Serie 112 – und einer Höhe von 6,6 mm. Nach sieben Wochen Forschung und Entwicklung konnten die ersten Prototypen für die ersten Tests an On Semiconductor ausgeliefert werden.

Bild 1: Die Abmessungen des Reed-Relais der Serie 131.
Bild 1: Die Abmessungen des Reed-Relais der Serie 131.
(Bild: Pickering)

Nach weiterer Verfeinerung und Entwicklung und weiteren Rückmeldungen von On Semiconductor brachte Pickering mit der Serie 131 eine neue Reed-Relais-Familie auf den Markt. Die im Mini-SIL/SIP-Gehäuse untergebrachten neuen Reed-Relais haben eine Durchbruchspannung von 1500 V und sind die laut Hersteller zurzeit die marktweit kleinsten Bauteile ihrer Art.

Die mit 3-, 5- oder 12-V-Spule und optionaler Diode erhältlichen Reed-Schalter aus der Series 131 sind als Schließer (SPST NO, Form A) ausgeführt und können bis zu 0,7 A bzw. 10 W schalten. Die Bauteile sind die ideale Wahl für Kabelprüfer, Mixed-Signal-/Halbleiter-Prüfer, Backplane-Prüfer, HV-Mess­geräte, systemintegrierte Testanlagen oder sonstige Hochvolt-Anwendungen.

Aufbau des optimierten Reed-Relais

In den Reed-Relais kommen mit Ruthenium gesputterte Vakuum-Schalter zum Einsatz, die dank ihrer exzellenten Kleinsignaleigenschaften besonders bei hoher Signalvielfalt eine ausgezeichnete Wahl sind.

Die Bauteile sind zu 100 Prozent auf dynamischen Kontaktwiderstand geprüft und verfügen über eine interne Mu-Metall-Abschirmung – eine weitere Innovation von Pickering – die höhere Packungsdichten ermöglicht. Die SoftCenter-Aufbautechnik von Pickering soll den Schutz des Reed-Schalters gewährleisten.

Anwenderforum Relaistechnik

Relais sind heute nicht nur unverzichtbar, sondern Technologietreiber in vielen Anwendungen. Auf dem 4. Anwenderforum Relaistechnik werden Grundlagenkenntnisse, applikationsbezogenes Praxiswissen, die Nutzungsmöglichkeiten spezieller Relais und aktuelle Relaisentwicklungen von Experten der Branche diskutiert und vermittelt. Der Fokus liegt dieses Jahr auf DC-Anwendungen, Bahntechnik, Sicherheit und Gebäuseautomatisierung.
Was: 4. Anwenderforum Relaistechnik
Wann: 25. und 26. Oktober 2021
Wo: Vogel Convention Center (VCC) Würzburg

Programm und Anmeldung

Die Serie 131 hat nicht nur die Anforderungen von On Semiconductor an diese besondere Anwendung erfüllt, sondern kann ebenfalls in Prüfanwendungen mit Spannungen von 800 bis 1000 V DC eingesetzt werden. So kann On Semiconductor jetzt Hochvoltprüfanlagen mit noch mehr Reed-Relais pro Platine entwickeln, die sich durch zusätzliche Fähigkeiten und/oder kleinere Abmessungen auszeichnen.

Und als gratis Zugabe hat Pickering seine Aufdrucke auf die Reed-Relais von der Standardfarbe Weiß auf Rot geändert, weil die HV-Testgeräte von On Semi­conductor normalerweise rot gefärbt sind, um den Endkunden auf die hohe Spannung hinzuweisen.

Optionen für die kundenspezifische Anpassung

Der Relaishersteller bietet viele Optionen für die kundenspezifische Anpassung seines breit gefächerten Angebots von Reed-Relais in Standardausführung – so sind zum Beispiel abweichende Testspezifikationen oder Kontaktkonfigurationen möglich. Ein mit hohen Qualitätsansprüchen und ohne Kompromisse bei Verfahren oder Materialien entworfenes Reed-Relais bietet höchste Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit.

Die daraus für den Anwender resultierenden Vorteile sind messbar: Senkung der Gesamtkosten, längere Lebensdauer des Bauelements, weniger Ausfallzeiten und eine vollständige magnetische Abschirmung für höhere Packungsdichten, und damit auch weniger Systemhardware und -verbindungen. Das Video auf der Homepage gibt weiterführende Informationen über die Entwicklung der Hochvoltrelais aus der Serie 131.

* Robert King arbeitet als Technical Engineer bei Pickering Electronics in Essex / U.K.

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