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Via Filling – die Anwendungen in der Praxis
www.we-online.de Webinar Via Filling Seite 1 07.05.2019
Webinar
Agenda
Via Filling
• Durchgehende Vias - IPC-4761
– Plugging
– Filling
– Filled & Capped
• MicroviaFilling
und Stacked Vias
www.we-online.de Webinar Via Filling Seite 2 07.05.2019
Stefan Keller
Produktmanager
Designkosten
Technische Anforderung
Weiterverarbeitung – insbes. Lötprozess
Zuverlässigkeit – QualitätsanforderungenEndprodukt - Umweltbedingungen
Lieferperformance
Technologie-Variante + Kosten
Via Filling
Zusammenhänge
www.we-online.de Webinar Via Filling Seite 3 07.05.2019
Via Filling
Übersicht durchgehende Vias
www.we-online.de Webinar Via Filling Seite 4 07.05.2019
Produkte
Wording: IPC-4761Design Guide for Protection of
Printed Board Via Structures
Type 1 bis 7
Tenting: nicht mehr relevant
Plugging
+
Filling
Wichtig: klare Definition / Spezifikation
Via Filling – durchgehende Vias
Plugging
www.we-online.de Webinar Via Filling Seite 5 07.05.2019
Produkte
Plugging (IPC-4761 Type 3)
Verschließen der Vias von einer Seite (Siebdruckprozess)
Einkomponenten - Lacksystem
Sehr kostengünstig
Anwendungen: - Lötwelle: Vermeidung von Lotdurchstieg
- Vakuum – Handling bei der Weiterverarbeitung
- Verguss: Vermeidung von Abfluss
- Nicht geeignet für Vias in Lötflächen
Zudrucken beidseitig problematisch
- Lufteinschluss > Aufplatzen
- Gefahr von Chemieeinschluss > Korrosion
Via Filling – durchgehende Vias
Plugging
www.we-online.de Webinar Via Filling Seite 6 07.05.2019
Produkte
Plugging (IPC-4761 Type 3)
Designrules (WE):
• Enddurchmesser 0.15 – 0.50 mm
• Vias offen
• Ausreichender Abstand Bohrung zu Lötfläche
min. 0.25 mm bei 0.20 mm Enddurchmesser,
größerer Abstand bei größerem Via-Durchmesser
Druckprozess nach Endoberfläche damit die Via-Hülsen vor Korrosion geschützt sind
Ideal in Verbindung mit ENIG (Ni/Au)
(chem. Sn: Reinzinnschicht durch Aushärteprozess reduziert)
Zu beachten:
Erhöhung (bis 50 µm / max. 70 µm) – deswegen kritisch in der Nähe von
Lötflächen insbes. im BGA Bereich
Via Filling – durchgehende Vias
Filling
www.we-online.de Webinar Via Filling Seite 7 07.05.2019
Produkte
Filled Via (IPC-4761 Type 6)mit Lötstopplackabdeckung
i.d.R. gefüllt / zugedruckt mit Lötstopplack nach Ätzprozess
> vor Endoberfläche
Kostengünstiger als Füllung mit Epoxidharz
Zu beachten:
- Gefahr von Blasen und Rissen durch Schrumpfung des Lackes
- Langzeitzuverlässigkeit u.U. reduziert (Gefahr von Korrosion in den
Hülsen)
WE: keine Anwendung in den deutschen Werken
Via Filling – Buried Vias
Filling
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Produkte
Filled Via (IPC-4761 Type 5)
= Füllen der Vias mit Epoxidharz - ohne Abdeckung
Anwendung:
HDI Aufbauten - Buried Vias auf Innenlagen zur Vermeidung von
Blasen und
Einsenkungen der darüber liegenden Kupferfolie
(WE: ab Kerndicke ca. 1.10 mm)
Alle Buried Vias werden gefüllt
Außenlagen:
Automatisch Deckel mit Kupfer (= Filled&Capped Type 7)
bei der Metallisierung der DK bzw. Bauteilbohrungen
www.we-online.de Webinar Via Filling Seite 9 07.05.2019
IPC-4761 Type 7
• Komplettes Füllen der Vias mit Epoxidharz + Übermetallisieren
• Mehrere zusätzliche Fertigungsprozesse / Zusatzkosten bis + 20%
• U.U. Einschränkungen bei Design und Fertigbarkeit
Ziel:
Vermeidung von Lotabfluss / Vias in Lötflächen
Hohe Prozesssicherheit beim Löten
Optimaler „Schutz“ der Vias
Hauptanwendung:
Thermovias
Kurze Wärmepfade
Geringer Wärmewiderstand
mit verklebtem Heatsink obligatorisch!
(zur Vermeidung von Durchschlägen an den
Bohrlochkanten)
Via Filling – durchgehende Vias
Filled & Capped
www.we-online.de Webinar Via Filling Seite 10 07.05.2019
IPC-4761 Type 5 / 7
Kupfer
FR4
Kupfer
Bohren
Bohrung metallisieren
Vakuum – Filling -Prozess
Aushärten
Bürsten/Schleifen
Metallisieren(Type 7)
Bohren + DK der Bauteilbohrungen
Quelle: WE
Via Filling – durchgehende Vias
Filled & Capped
Fertigungsprozess
www.we-online.de Webinar Via Filling Seite 11 07.05.2019
Via Filling – durchgehende Vias
Filled & Capped
Anlagenbeispiele:
Vertikale Vakuum Filling Anlage
www.we-online.de Webinar Via Filling Seite 12 07.05.2019
Thermische Simulation - Würth Elektronik CBT Produktmanagement
Via Filling
Thermo-Simulation und Messung
Weitere Optimierungen erforderlich?
www.we-online.de Webinar Via Filling Seite 13 07.05.2019
IPC-4761 Type 7
Anwendungsbeispiel Thermovias:
Via Filling – durchgehende Vias
Filled & Capped
Thermovias
Kompakte Motorsteuereinheit im Alu – Gehäuse
Leistungsdichte hoch (bis 60W)
Wartungsfrei
Keine aktive Kühlung
Entwärmung der Bauteile über Thermovias / Alu-Heatsink / Gehäuse
www.we-online.de Webinar Via Filling Seite 14 07.05.2019
Via Filling – durchgehende Vias
Filled & Capped
Alternativen:
Partielle Lötflächen statt vollflächig
(vielfältigte Gestaltungsmöglichkeiten)
> Füllen der Vias nicht erforderlich
HDI Aufbau
Buried Via + Microvia statt gefülltes PTH-Via
Verbesserte Wärmeableitung
mit zusätzlichen Microvias in den Lötflächen
und Buried Vias innen
Zusatzkosten u.U. gering
www.we-online.de Webinar Via Filling Seite 15 07.05.2019
IPC-4761 Type 7
Weitere Anwendungen:
- Via im Lötpad / BGA Pad
Bauteile direkt auf Via gesetzt
(kurze Wege zum BGA auf Vorderseite)
Zusätzliche Bestückungsfläche
- Via zu nahe am Lötpad („Layoutfehler“)
Via Filling – durchgehende Vias
Filled & Capped
Alternativen:
- Dogbone
- HDI
insbesondere BGAs
Kostenbetrachtung / Zusammenhänge beachten
Design LP-Produktion und -Kosten
www.we-online.de Webinar Via Filling Seite 16 07.05.2019
Produkte
Qualitätsanforderungen (IPC-6012)
• Kupferschichtdicken
• Deckflächen (Bump + Dimple)
• Fehlstellen (Blasen)
z.T. Unterschiede zw. Klasse 2 und 3
Via Filling – durchgehende Vias
Filled & Capped
www.we-online.de Webinar Via Filling Seite 17 07.05.2019
Produkte
Design-Parameter
Empfehlungen:
• Bohrerdurchmesser 0.25 - 0.50 mm
• Thermovias 0.30 / 0.35 mm End Ø
• Raster Bohrfeld min. 0.80 mm
• LP-Dicke 0.65 – 2.50 mm
• Alle Vias füllen
Kupferschichtdicke
auf der Außenlage Lage tendenziell dicker
Zusammenhang Leiterbildstrukturen –
Kupferenddicke
> Empfehlung:
Leiterabstände 125 µm
(statt 100 µm), insbesondere bei
IPC Klasse 3 Anforderungen
Via Filling – durchgehende Vias
Filled & Capped
Via Filling – Blind Vias / Buried Vias
www.we-online.de Webinar Via Filling Seite 18 07.05.2019
Produkte
Füllen durch Harz der Prepregs
automatisch während dem Verpressprozess
von sequ. Aufbauten
- Blind Vias / Buried Vias
- Kern / Vorverpressung relativ dünn
- genügend Prepreg vorhanden
- Staggered Microvias auf den Innenlage
www.we-online.de Webinar Via Filling Seite 19 07.05.2019
IPC-7095C: Void …„max. 22% of the image diameter“
Die Entstehung von Voids ist auch abhängig von :
- Flussmittel / Lotpasten
- Löt – Temperatur – Profil
- der gleichmäßigen bzw. ungleichmäßigen
Durchwärmung der Leiterplatte (Layout, Aufbau)
- …
Via Filling
Microvia Filling
Außenlagen
- Prozesssicherheit Lötprozess
- Zuverlässigkeit Lötstelle
www.we-online.de Webinar Via Filling Seite 20 07.05.2019
IPC-7095C: „max. 22% of the image diameter“
Die Entstehung von Voids ist auch abhängig von :
- Flussmittel / Lotpasten
- Löt – Temperatur – Profil
- der gleichmäßigen bzw. ungleichmäßigen
Durchwärmung der Leiterplatte (Layout, Aufbau)
- …
1. Kupfer-FillingGanz spezieller Plating-Prozess
Übliche Technologie für Microvias
Füllgrad > 80% i.d.R. ausreichend
Via Filling
Microvia Filling
2. Filled & Capped
Zusätzliche Arbeitsgänge
Kupferschichtdicke auf Oberfläche!
Außenlagen
- Prozesssicherheit Lötprozess
- Zuverlässigkeit Lötstelle
www.we-online.de Webinar Via Filling Seite 21 07.05.2019
Via Filling
Microvia Filling
Anwendungen:
• 0.40 mm Pitch BGA
• Miniaturisierung
• zu beachten: Kosten
• AnyLayer / ELIC – Aufbauten
(Mobiles)
Innenlagen
Stacked Microvias
www.we-online.de Webinar Via Filling Seite 22 07.05.2019
IPC-2226ADesign Standard for HDI Printed Boards
Via Filling
Stacked Vias
≥ 0.40 mm
WE - Empfehlung
+
ZVEI - AK
Qualität
Auch bestehende Designs sollten baldmöglichst
geändert werden!
Wir unterstützen Sie dabei!
www.we-online.de Webinar Via Filling Seite 23 07.05.2019
Source: Paul Reid / PWB Interconnect Solutions
Via Filling
Stacked Vias
Unterschiede bei Langzeitzuverlässigkeit stacked vers. staggeredViasStaggered(versetzte) Vias überstehen tendenziell mehr Temperaturzyklen!
Grundlage: schnelle Temperaturwechseltests / Interconnect Stress Test bei WE(s. auch international veröffentlichte Untersuchungen)
Empfehlung: bestehende Designs sollten baldmöglichst geändert werden- Reduzierung Schadensrisiko - i.d.R. Kostensenkungspotenzial - bessere Lieferperformance
Unterschiedliche Ausdehnungen- FR4- Kupfer- Filling-Materialinsbes. Interface Buried - / Microvia
www.we-online.de Webinar Via Filling Seite 24 07.05.2019
THF – Through Hole Filling
Kombination aus Bridging und Microia FillingSehr spezielle Prozesstechnik
> Mögliche Option für die Zukunft
- Miniaturisierung- Leitfähigkeit (Wärme / Strom)- Zuverlässigkeit
Aktuelle Anwendungen:- Dünne Leiterplatten- Keramik- Hochfrequenzmaterialien
Auch hier wichtig: Zusammenhänge u.a. Kosten
Via Filling – durchgehende Vias
Kupfer - Filling
Zusammenfassung Via Filling
www.we-online.de Webinar Via Filling Seite 25 07.05.2019
Bei der Auswahl und Spezifikation der „richtigen“ Filling – oder Plugging
Variante ist zu empfehlen, die Zusammenhänge zu beachten:
• Anforderungen Endprodukt
• Zuverlässigkeitsanforderungen
• Qualitätsanforderungen
• Anforderungen Weiterverarbeitung (insbes. Lötprozess)
• Designkosten (Zeitbedarf)
• Leiterplatten – Kosten
www.we-online.de Webinar Via Filling Seite 26 07.05.2019
Dienst-leistungen
SystemeProdukte
Die Kenntnis der Zusammenhänge ist ein Erfolgsgeheimnis!
Wir freuen uns auf die
Zusammenarbeit!
Stefan Keller
Produktmanager