Aufgaben, Verfahren und Lösungsmöglichkeiten zur hochauflösenden geometrischen Charakterisierung elektronischer Bauelemente und Baugruppen

Transkript

1 Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik Institut für Aufbau- und Verbindungstechnik der Elektronik Aufgaben, Verfahren und Lösungsmöglichkeiten zur hochauflösenden geometrischen Charakterisierung elektronischer Bauelemente und Baugruppen Prof.Dr.-Ing.habil. K.-J. Wolter Dr.-Ing. T.Zerna Dresden,

2 Inhalt Welche Aufgaben bestehen und welche Verfahren der geometrischen Charakterisierung stehen zur Verfügung? Warum ist die geometrische Charakterisierung so wichtig? Fazit Folie 2

3 heutige Prüfverfahren in der AVT Zerstörungsfreie Prüfverfahren Nichtzerstörungsfreie Prüfverfahren Elektrische Prüfverfahren Tastschnittverfahren Optoelektronische Inspektionsverfahren - Grauwertbildauswertung - Farbbildauswertung - Laserabtastung Röntgenmikroskopie - Durchstrahlung - Laminografie, CT Ultraschallmikroskopie Thermografie Gefügeanalyse - Schliffe, REM, Lichtmikroskopie Elementeanalyse -EDX Oberflächenanalyse -REM - Augerelektronenspektroskopie In-Circuit-Test Funktionstest Boundary-Scan-Test Technologieeinführung, Überwachung technologischer Prozesse Zuverlässigkeitsbewertung, Schadensanalyse Sicherung der Lieferqualität Folie 3

4 Beispiele aus der AVT: unbestückte Leiterplatten Kurzschluss ideale Lochmetallisierung Versatz der Durchkontaktierungen Unterbrechung fehlerhafte Lochmetallisierung Lotstopplackversatz Folie 4

5 Beispiele aus der AVT: Reflowlöten Kurzschlüsse aufgrund eines schlechten Druckbildes resultieren in unbrauchbaren Kontaktierungen Die nach dem Bestücken entstandenen Kurzschlüsse sind nach dem Löten nicht mehr vorhanden. Die Lotpaste hat sich auf die Pads zurückgezogen Folie 5

6 Beispiele aus der AVT: Dickschichttechnik unvollständiges Pastenauslösen unvollständiger Druck Oberflächenmigration von Ag auf Al 2 O 3 (Leiterbahnabstand 300 µm) Leiterbahnunterbrechung Folie 6

7 Beispiele Röntgeninspektion BGA-Lötkugeln mit und ohne Kontaktierung Voids in BGA-Lötkontakten Folie 7

8 Beispiele Ultraschallinspektion IC in Plastic Package Flip-Chip CSP Folie 8

9 Messfeldgrößen optischer Messverfahren x, y 10µm 10m z 1µm. Quelle: Schaulin, 26th ISSE 2003 Folie 9

10 Auflösung optischer Messverfahren x, y 1µm 10mm z 1nm 10cm Quelle: Schaulin, 26th ISSE 2003 Folie 10

11 Messzeiten optischer Messverfahren Bildaufnahme: Bildauswertung: > 10ms > 100ms Quelle: Schaulin, 26th ISSE 2003 Folie 11

12 weitere Charakterisierungsverfahren Scanning Probe Mikroskopie AFM, STM, MFM, AFAM (=UFM), Röntgen Verfahren Durchstrahlung und μ-ct Absorptions- und Phasenkontrast-Verfahren (SEM-Nano-CT) Diffraktion, Schichtdicken- und Spannungen, Thermische Verfahren passive und aktive Thermographie aktive Dunkelfeld-Thermographie Wärmewellenmikroskopie Elektronenmikroskopie u.a. SEM, TM, EDX, FIB, SEAM Ultraschall-Mikroskopie zeitaufgelöste Mikroskopie, HF-Mikroskopie Folie 12

13 Potenziale weiterer Charakterisierungsverfahren Quelle:IzfP Folie 13

14 Aufgaben geometrischer Charakterisierung Maßhaltigkeit Positioniergenauigkeit Verdeckte Fehler (Hohlräume, Delaminationen ) Oberflächenverbundene Fehler (Risse) Homogenität von Interfaceschichten Kantenbedeckung Volumina Topografie einer Oberfläche Folie 14

15 Inhalt Welche Aufgaben bestehen und welche Verfahren der geometrischen Charakterisierung stehen zur Verfügung? Warum ist die geometrische Charakterisierung so wichtig? Fazit Folie 15

16 Untersuchungsbericht zur zukünftigen AVT Expertengruppe zur Definition des Forschungs- und Handlungsbedarfes 10/ /2005 Bekanntmachung des BMBF vom Skizzeneinreichung bis Folie 16

17 Treiber Nanoelektronik DRAM ½ Pitch (nm) Entwicklung des DRAM-½-Pitches (Quelle: ITRS-Roadmap) Jahr aber: Dimensionsvergleich mit Pitches am Beispiel 2010 DRAM-½-Pitch 0,045µm FC Area Array 20µm BGA 400µm Folie 17

18 Auswirkungen auf die AVT Die Mikro- und Nanoelektronik werden in den nächsten 10 Jahren Bauelemente auf den Markt bringen, die * bis zu 5000 Anschlüsse, * ein Anschlussraster von 20 µm und * eine Verlustleistung von 150 W/Chip haben werden. Die Aufbau- und Verbindungstechnik muss in der Lage sein, die Vorgaben der Nanoelektronik adäquat auf die nächsten Verbindungsebenen zu übertragen. Nano-AVT heißt: Nanoelektronik-gerechte AVT Folie 18

19 Folie 19 virtueller Demonstrator Parameter im 2 nd -Level-Interconnect Parameter im 1 st -Level-Interconnect

20 virtueller Demonstrator Folie 20

21 Aktuelle Trends Funktionalitätssteigerung durch Höchstintegration Erhöhung des Funktionsumfanges oder Miniaturisierung Beispiel CCGA 2577 (IBM): 52,5 mm x 52,5 mm ca. 50g Beispiel Mikro-SMD 0,84 mm x 0,96 mm x 0,95 mm Beispiel 0201: 0,6 mm x 0,3 mm ca. 0,2mg Herausforderungen: Substrate (Microvia-Technologie, Feinstleiter, Entflechtung, Wölbung/Verwindung, ) Lotpastendruck (Materialien, Maskentechnik, Positioniergenauigkeit, ) Bestücktechnik (Positioniergenauigkeit, Handling, Visionsysteme, ) Löttechnik (Wärmekapazitäten, mechanische Belastung, ) Folie 21

22 Definition Wölbung (Bow) und Verwindung (Twist) geometrische Überlegungen Messungen an Beispiel-Leiterplatten Zusammenfassung Fragestellungen: Wie wirken sich die Unebenheiten der Leiterplatte auf den Bauelemente-Bereich aus? [µm] Welche Veränderungen ergeben sich während des Montagevorganges? [µm] Folie 22

23 Vorgaben in Standards IEC (1998) Elektronikaufbauten auf Leiterplatten, Teil 1... Endproduktstufen mit unterschiedlichen Anforderungen an Ebenheit (Wölbung, Verwindung) A: Elektronische Produkte für den allgemeinen Gebrauch Konsumgüter 1,0% oder 2,5 mm (SMT) B: Elektronische Produkte für spezielle Anforderungen Kommunikationseinrichtungen, Industrieelektronik 0,75% oder 2,0 mm (SMT) C: Elektronische Produkte für höchste Anforderungen Avionik, Automotive,... 0,5% oder 1,5 mm (SMT) Folie 23

24 Vorgaben in Standards IPC-6016 (1999) Qualification and Performance Specification for HDI Layers or Boards Slash Sheet Categories Bow, twist, or any combination thereof, shall be as specified... A: Chip Carrier boards < 35 mm: max. 0,3% boards > 35 mm: max. 0,4% B: Hand Held (cellphones, pagers) n/a C: High Performance (avionics, military, medical) n/a D: Harsh Environment (automotive, space) 0,6% E: Portable (PC s, PDA s) n/a Default: max. 0,75% Folie 24

25 Definition Wölbung / Verwindung nach IPC-TM-650 Nr Bow and Twist (Percentage) Wölbung (Bow) The deviation from flatness... characterized by a roughly cylindrical or spherical curvature such that, if the product is rectangular, its four corners are in thesameplane. prozentuale Wölbung = max. Wölbung (Höhe) 100% Kantenlänge Folie 25

26 Definition Wölbung / Verwindung nach IPC-TM-650 Nr Bow and Twist (Percentage) Verwindung (Twist) The deformation... that occurs parallel to a diagonal across its surface, such that oneof thecornersof the sheet is not in the plane that contains the other three corners. proz. Verwindung = 1 2 max. Verwindung (Höhe) 100% Diagonale* Folie 26

27 Praktizierte Messung der Wölbung nach IPC-TM-650 Nr Bow and Twist (Percentage) Production Testing (Bow) Bestimmung von Länge (L) und Breite (W) der LP im gestreckten Zustand Leiterplatte auf Bezugsebene platzieren (konvex) Messung der maximalen Höhe über Bezugsebene Messung für jede Kante, dabei Fixierung der betreffenden beiden Ecken auf Bezugsebene B B L W RL = L R = W W 100% 100% Folie 27

28 Praktizierte Messung der Verwindung (1) nach IPC-TM-650 Nr Bow and Twist (Percentage) Production Testing (Twist) Bestimmung der Diagonale (D) der LP im gestreckten Zustand Leiterplatte auf Bezugsebene platzieren (3 Ecken der LP sollen die Bezugsebene berühren) wenn notwendig, eine Ecke der LP belasten, um sicherzustellen, dass 3 der 4 Ecken die Bezugsebene berühren unter Umständen kann es notwendig sein, die LP zu wenden Höhe (R) der nicht die Bezugsebene berührenden Ecke bestimmen PercentageTwist = 2 R D 100% Bei einer gewölbten Leiterplatte können - nur durch Fixierung einer Ecke - nicht 3 Ecken in eine Ebene gebracht werden. Folie 28

29 Praktizierte Messung der Verwindung (2) nach IPC-TM-650 Nr Bow and Twist (Percentage) Referee Method (Twist) Leiterplatte auf Bezugsebene platzieren die 2 unteren entgegen gesetzten Ecken sollen die Bezugsebene, oder eine dazu parallele erhabene Ebene berühren Unterstützung der verbleibenden 2 Ecken, so dass sie die gleiche Höhe aufweisen Messung des höchsten Punktes der LP-Oberfläche (R1) Messung des niedrigsten Punktes der LP-Oberfläche (R2) Messung der Diagonale (D) Percentage Twist = R1 R2 100% D Folie 29

30 Inhalt Definition Wölbung (Bow) und Verwindung (Twist) geometrische Überlegungen Messungen an Beispiel-Leiterplatten Zusammenfassung Fragestellungen: Wie wirken sich die Unebenheiten der Leiterplatte auf den Bauelemente-Bereich aus? [µm] Welche Veränderungen ergeben sich während des Montagevorganges? [µm] Folie 30

31 Übertragung auf den Bauelementebereich Kann der Prozentwert für Wölbung oder Verwindung auf den Bauelementebereich übertragen werden? NEIN Folie 31

32 Krümmungsradius (Bow) Modell: Berechnung eines Krümmungsradius Für Leiterplatten gleicher Krümmung aber verschiedener Größe ergeben sich verschiedene Prozentwerte für die Wölbung (bzw. Verwindung). Krümmungsradius der Leiterplatte infolge Bow : h s b R = h s 8 h R h 2 + b 2 16 h 3 8 h 2 R-h α R b...bogenlänge (Kantenlänge der gestreckten LP) h...bogenhöhe (infolge Wölbung) s... Sehnenlänge R...Krümmungsradius (gegeben durch b und h) Folie 32

33 Krümmungsradius (Twist 1) Krümmungsradius der Leiterplatte infolge Twist : mit nach Methode 1 (Production Testing) ermittelter absoluter Verwindung h : Verwendung des doppelten Wertes der Diagonalen als Bogenlänge R-h b = 2 b* R b 2 4 h 3 8 h b* h 3 8 h 2 b h s b* s* b*...bogenlänge (Diagonale der gestreckten LP) b... für Krümmungsradius zu berücksichtigende Bogenlänge (doppelte Diagonale) h... Bogenhöhe (infolge Verwindung) ermittelt nach Methode 1 (Production Testing) s... Sehnenlänge (Leiterplatte) R... Krümmungsradius (gegeben durch b und h) Folie 33

34 Krümmungsradius (Twist 2) Krümmungsradius der Leiterplatte infolge Twist : D1 D2 mit nach Methode 2 (Referee Method Twist) ermittelter absoluter Verwindung h : Verwendung der auf die betreffende Diagonale entfallenden Bogenhöhe h* die Diagonalen der LP sind einander entgegengesetzt gekrümmt (reine Verwindung) b b R-h* Folie 34 h* s* h unten oben x y oben unten h* = R h d 2 b h * h * D1, D2... Diagonale(n) der LP b... Bogenlänge (Diagonale der gestreckten LP) h... Messwert ermittelt nach Methode 2 (Referee Method Twist) (Höhendifferenz der oberen und unteren Eckenpaare) h*... Bogenhöhe (infolge Verwindung) entlang einer Diagonale (für Berechnung R) R... Krümmungsradius (gegeben durch b und h*) d... Dicke der LP 2

35 resultierende Unebenheit im Bauelemente- Bereich Die Krümmung im BE-Bereich (das Verhältnis h/s) ist bei gegebenem Krümmungsradius der LP nicht konstant. Sie nimmt mit kleiner werdendem Bezugsbereich ab, das sehr kleine BE sieht eine ebene Oberfläche. s h0 h h = R R 2 2 s 4 R-h0 s0 R h s = R R s 2 2 s 4 h 0... abs. Wölbung (Bogenhöhe) der Leiterplatte h... abs. Wölbung (Bogenhöhe) im Bauelemente-Bereich s... Kantenlänge des Bauelementes (Sehnenlänge) R... Krümmungsradius der Leiterplatte Folie 35

36 resultierende Unebenheit im Bauelemente-Bereich Die im BE-Bereich vorhandene Unebenheit muss für das Herstellen einer Lötverbindung durch die Lotpasten- Nassschichtdicke kompensiert werden. hinzu kommt: Beim Reflow-Vorgang kann sich die Krümmung der LP verstärken (oder verringern) eine Durchbiegung des Bauelementes auftreten (ebenfalls sich verstärken bzw. verringern) Folie 36

37 Tatsächliche Überlagerung von Wölbungen Werte für Bow beschreiben die Durchbiegung der LP entlang einer Kante, für den zweidimensionalen Fall ist die Überlagerung zweier Wölbungen zu berücksichtigen. (doppelte) Wölbung einer Leiterplatte Leiterplatte 240 x 160 mm 2, Wölbung 0,75% (bez. auf Länge und Breite) (einfache) Wölbung einer Leiterplatte Leiterplatte 240 x 160 mm 2, Wölbung 0,75% (bez. Länge von 240 mm) 4 (einfache) Wölbung einer Leiterplatte Leiterplatte 240 x 160 mm 2, Wölbung 0,75% (bez. auf Breite von 160 mm) 4 3,5 3 3, ,5 3 2,5 z [mm] 2 1,5 z [mm] 2,5 2 2,5 z [mm] 2 1,5 1 1,5 1 0, , x [mm] y [mm] , x [mm] y [mm] x [mm] y [mm] Nach Überlagerung ist die Fläche nicht mehr gleichmäßig sphärisch gekrümmt: die max. Höhe der Fläche in der Mitte (nicht am Rand) ist eine andere, die Krümmung kann nicht mehr nur mit einem Radius beschrieben werden. Folie 37

38 Überlagerung von Wölbung und Verwindung Bow und Twist beschreiben die Durchbiegung der LP entlang von Kanten/Diagonalen, für den 2D-Fall ist die Überlagerung zu berücksichtigen. Überlagerung von (doppelter) Wölbung und Verwindung einer Leiterplatte Leiterplatte 240 x 160 mm 2, Wölbung(en) 0,75%, Verwindung 0,75% (doppelte) Wölbung einer Leiterplatte Leiterplatte 240 x 160 mm 2, Wölbung 0,75% (bez. auf Länge und Breite) 4 Verwindung einer Leiterplatte Leiterplatte 240 x 160 mm 2, Verwindung 0,75% (bez. auf Diagonale von 288 mm) 4 3,5 4 3,5 3 2,5 3 2,5 3,5 3 2,5 z [mm] 2 z [mm] 2 z [mm] 2 1,5 1,5 1 1,5 1 0, x [mm] y [mm] , x [mm] y [mm] 40 0, x [mm] y [mm] Nach Überlagerung von Wölbung und Verwindung ist die Fläche (erst recht) nicht mehr gleichmäßig sphärisch gekrümmt: die Krümmung kann nicht mehr nur mit der Angabe eines Radius beschrieben werden. Vorschlag: Verwendung des geringsten auftretenden Krümmungsradius zur Ermittlung der maximal auftretenden Unebenheit im Bauteilbereich Folie 38

39 Inhalt Definition Wölbung (Bow) und Verwindung (Twist) geometrische Überlegungen Messungen an Beispiel-Leiterplatten Zusammenfassung Fragestellungen: Wie wirken sich die Unebenheiten der Leiterplatte auf den Bauelemente-Bereich aus? [µm] Welche Veränderungen ergeben sich während des Montagevorganges? [µm] Folie 39

40 Unebenheit realer Leiterplatten reale Leiterplatten sind meist nicht (einfach) sphärisch gekrümmt dies gilt insbesondere für komplexe Mehrlagen-Leiterplatten Messwerte (Bow/Twist) sind weniger repräsentativ für tatsächliche Unebenheit lokale Unebenheiten werden nicht erfasst (Prognose aus globalen Angaben erschwert) 160mm 112 mm 160mm 112 mm 20 µm 100 µm 280 µm Höhenprofile entlang 2er Kanten Höhenprofil entlang Diagonale Folie 40

41 Messung von Wölbung / Verwindung (Equipment) 3D-Portalmessgerät Multisensor-Tastkopf: (MarVision PMC 500, Mahr Multisensor GmbH) Kamera: Geometrieerkennung (x, y), Video-Fokus (z) Laserautofokus-Taster (Mechanischer Taster) Messbereiche (XYZ): 500mm x 600mm x 200mm Längenmessunsicherheit: E3 = (3,5+L/300) µm (nach ISO , L: Messlänge in mm) z [mm] 0,1 0-0,1-0,2-0,3-0,4-0,5-0,6-0,7-0,8-0,9-1 -1,1 0,1 x [mm] mfd D-Darstellung der Höhenabweichung 0, y [mm] 161, ,2 3D-Laserprofilometer (NanoFocus µscan, NanoFocus AG) Autofokussensor für hohe vertikale Auflösung (25 nm), Messbereich ± 750 µm Conoskopischer Sensor für hohen Arbeitsabstand und erweiterten vertikalen Messbereich Lateraler Messbereich: 150mm x 200mm [µm] [µm] Folie 41

42 Ergebnisse / Beispielboard Messung Referenzboard mfd x1 y1 y2 Kante Länge [mm] Abweichung [mm] BOW [%] x2 x ,124 0,054 x ,281 0,121 y ,082 0,051 y ,102 0,063 Folie 42

43 Ergebnisse / Beispielboard x1 mfd Höhenabweichung entlang der Kanten (Bow, X) y1 y2 0,5 x2 0,4 z [mm] 0,3 0,2 BOW_x1 (Lotstop) BOW_x2 (Lotstop) BOW_x1 (Laminat) BOW_x2 (Laminat) BOW_x2_bottom (Lotstop) BOW_x1_bottom (Lotstop) BOW_x2_bottom (Laminat) BOW_x1_bottom (Laminat) 0,15 % (x) 0, x [mm] Folie 43

44 Ergebnisse / Beispielboard x1 mfd Höhenabweichung entlang der Kanten (Bow, Y) y1 y2 0,3 x2 z [mm] 0,2 0,1 BOW_y1 (Lotstop) BOW_y2 (Lotstop) BOW_y1 (Laminat) BOW_y2 (Laminat) BOW_y1_bottom (Lotstop) BOW_y2_bottom (Lotstop) BOW_y1_bottom (Laminat) BOW_y2_bottom (Laminat) 0,15 % (y) y [mm] Folie 44

45 Ergebnisse / Beispielboard mfd D-Darstellung der Höhenabweichung z [mm] 0,4 0,3 0,2 0,1 0-0,1-0,2-0,3-0,4-0,5-0,6-0,7 0,3-0,4 0,2-0,3 0,1-0,2 0-0,1-0,1-0 -0,2--0,1-0,3--0,2-0,4--0,3-0,5--0,4-0,6--0,5-0,7--0,6-0,8--0,7-0,8 0,1 228,0 y [mm] 79,0 157,8 0,1 114,1 x [mm] Folie 45

46 Messungen im BE-Bereich x1 CCGA 1089 (Bottom) EBGA 1600 y1 CBGA 372 (Bottom) y2 CCGA 360 (Bottom) x2 Folie 46

47 Konsequenzen im Bauelemente-Bereich Messung im BE-Bereich auf Referenzboard mfd max. BOW 0,12% (280µm) max. TWIST 0,24% (680µm) y1 x1 D1 D2 x2 y2 NanoFocus AG 3.00 [µm] Y = 0, Profile 2.00 µm Y = -16, [µm] EBGA 1600 (39,5 mm x 39,5 mm) max. Unebenheit gemessen (x1) ~ 15 µm [µm] nach Modell (D) 19 µm (dbow) 32 µm (dbow+twist) [µm] NanoFocus AG [µm] Profile 2.50 µm [µm] CCGA 1089 (41,5 mm x 41,5 mm) max. Unebenheit gemessen (D2) ~15 µm [µm] nach Modell (D) 20 µm (dbow) 35 µm (dbow+twist) [µm] NanoFocus AG [µm] Y = 14,757 Profile 5.00 µm [µm] Folie 47

48 Konsequenzen im Bauelemente-Bereich Messung im BE-Bereich auf Referenzboard mfd max. BOW 0,12% (280µm) max. TWIST 0,24% (680µm) y1 x1 D1 D2 x2 y2 NanoFocus AG [µm] Profile 5.00 µm CBGA 372 (27,5 mm x 27,5 mm) max. Unebenheit gemessen (x1) < 10 µm [µm] nach Modell (D) 9 µm (dbow) 15 µm (dbow+twist) [µm] [µm] NanoFocus AG [µm] Profile [µm] 5.00 µm CCGA 360 (24,0 mm x 24,0 mm) max. Unebenheit gemessen (D1) <10 µm [µm] nach Modell (D) 7 µm (dbow) 12 µm (dbow+twist) [µm] NanoFocus AG [µm] Profile 5.00 µm [µm] Folie 48

49 Schlussfolgerungen (1) Werte für die maximale Wölbung / Verwindung im Bereich von ca. 0,1%... 0,2% (bez. auf Doppeleuropaformat), sollten analog zum Referenzboard moderaten Krümmungen in lokalen Bereichen entsprechen. (z.b. ~15µm bei 40 mm x 40 mm) Werte für die maximale Wölbung / Verwindung von 0,75% (bez. auf Doppeleuropaformat) hingegen können zu nicht mehr akzeptablen Unebenheiten im Bereich hochpoliger Bauelemente führen. Ein Grenzwert von 0,5% (bez. auf Doppeleuropaformat) erscheint sinnvoller. Zu beachten ist die Koplanarität (Toleranz) höherschmelzender Balls / Columns 0,15 mm (high melt solderballs) JEDEC Standard No Section 14 BGA Folie 49

50 Schlussfolgerungen (1) Komplexe (HDI-)Leiterplatten sind aufgrund ihres heterogenen mehrlagigen Aufbaus nicht mehr einfach sphärisch gekrümmt, das schränkt die Aussagekraft der globalen Parameter BOW und TWIST ein. Dadurch können lokal stärkere Krümmungen auftreten (die mit üblichen Messungen nicht erfasst werden). Bsp. aus einer weiteren Messreihe: mfd (2 x 4 Microvia-Bohrlagen) nach IPC-TM-650 Wölbung 0,11 % Krümmungsradius ~ 27 m tatsächlicher minimaler Krümmungsradius ~ 3,5 m 0 y [mm] x [mm] 0,2 0,1 z [mm] 0-0,1-0,2-0,3-0,4-0,5-0,6 232 z [mm] 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0-0,05-0,1 R1~15m x [mm] R2~3,5 m Folie 50

51 Inhalt Definition Wölbung (Bow) und Verwindung (Twist) geometrische Überlegungen Messungen an Beispiel-Leiterplatten Zusammenfassung Fragestellungen: Wie wirkt sich die Unebenheiten der Leiterplatte auf den Bauelemente-Bereich aus? [µm] Welche Veränderungen ergeben sich während des Montagevorganges? [µm] Folie 51

52 Vergleich unbestückt/bestückt gemessen wurden 11 Boards vor und nach der Montage (Komplett-Aufbau, doppelseitig bestückt, zweimal Reflow-Löten) X1 Y1 Y2 X2 Folie 52

53 Vergleich unbestückt/bestückt F_1B / Kante x1 F_1B / Kante x2 0,250 0,250 Wölbung in mm 0,200 0,150 0,100 0,050 Wölbung in mm 0,200 0,150 0,100 0,050 0, , Länge in mm Länge in mm F_1B / Kante y1 F_1B / Kante y2 0,300 0,300 0,250 0,250 Wölbung in mm 0,200 0,150 0,100 0,050 0, unbestückt bestückt Wölbung in mm 0,200 0,150 0,100 0,050 0, Länge in mm Länge in mm Folie 53

54 Vergleich unbestückt/bestückt F_2A / Kante x1 F_2A / Kante x2 0,350 0,350 0,300 0,300 Wölbung in mm 0,250 0,200 0,150 0,100 Wölbung in mm 0,250 0,200 0,150 0,100 0,050 0,050 0, , Länge in mm Länge in mm F_2A / Kante y1 F_2A / Kante y2 0,350 0,350 0,300 0,300 Wölbung in mm 0,250 0,200 0,150 0,100 0,050 0, unbestückt bestückt Wölbung in mm 0,250 0,200 0,150 0,100 0,050 0, Länge in mm Länge in mm Folie 54

55 Vergleich unbestückt/bestückt G1 / Kante x1 G1 / Kante x2 0,600 0,600 0,500 0,500 Wölbung in mm 0,400 0,300 0,200 0,100 Wölbung in mm 0,400 0,300 0,200 0,100 0, , Länge in mm Länge in mm G1 / Kante y1 G1 / Kante y2 Wölbung in mm 0,450 0,400 0,350 0,300 0,250 0,200 0,150 0,100 0,050 0, unbestückt bestückt Wölbung in mm 0,450 0,400 0,350 0,300 0,250 0,200 0,150 0,100 0,050 0, Länge in mm Länge in mm Folie 55

56 Vergleich unbestückt/bestückt Kante x1 F_1B Wölbungsänderung in mm 0,400 0,200 0,000-0,200-0,400-0, Länge in mm F_2A F_2B F4 G1 G2 G3 G5 G6 G7 H4 Folie 56

57 Vergleich unbestückt/bestückt Kante x2 F_1B Wölbungsänderung in mm 0,400 0,200 0,000-0,200-0,400-0, Länge in mm F_2A F_2B F4 G1 G2 G3 G5 G6 G7 H4 Folie 57

58 Vergleich unbestückt/bestückt Kante y1 F_1B Wölbungsänderung in mm 0,400 0,300 0,200 0,100 0,000-0,100-0,200-0,300-0, Länge in mm F_2A F_2B F4 G1 G2 G3 G5 G6 G7 H4 Folie 58

59 Vergleich unbestückt/bestückt Kante y2 F_1B Wölbungsänderung in mm 0,400 0,300 0,200 0,100 0,000-0,100-0,200-0,300-0, Länge in mm F_2A F_2B F4 G1 G2 G3 G5 G6 G7 H4 Folie 59

60 Schlussfolgerungen (2) Während der Montage verändern sich die Wölbung und Verwindung der Leiterplatte, zum Teil um 100% und mehr. Vorhersagen zu Betrag und Richtung der Veränderung sind aus den bisherigen Untersuchungen nicht ableitbar. Es lassen sich folgende Szenarien während des Lötens vorstellen: vorhandene innere Spannungen werden während der Erwärmung gelöst; dies kann jedoch sowohl zu einer Streckung als auch zu einer stärkeren Wölbung der Leiterplatte führen, neue Spannungen werden induziert und durch die rasche Abkühlung nach der Peakzone eingefroren. Erneutes Fazit: Die bisher in Normen verankerten Grenzwerte müssen für HDI-Aufbauten mit großflächigen Bauelementen verschärft werden. Ein Grenzwert von 0,5% (bez. auf Doppeleuropaformat) erscheint sinnvoll. Folie 60

61 Schlussfolgerungen (2) Bei der Montage sehr großflächiger hochintegrierter Schaltkreise auf komplexe HDI-Leiterplatten werden Grenzwerte erreicht, die eine detaillierte Vermessung der Ausgangssituation an Leiterplatte und Bauelement erfordern können. Ungeachtet dessen können während des Lötprozesses Veränderungen auftreten, die die Montagefähigkeit verringern. Zukünftig müssen an den betreffenden Normen Veränderungen bezüglich der Grenzwerte und bezüglich der anzuwendenden Messverfahren vorgenommen werden [µm] [µm] Folie 61

62 Inhalt Welche Aufgaben bestehen und welche Verfahren der geometrischen Charakterisierung stehen zur Verfügung? Warum ist die geometrische Charakterisierung so wichtig? Fazit Folie 62

63 Fazit Die geometrische Charakterisierung ist in der AVT eine wichtige Komponente der zerstörungsfreien Prüfung. Ihre Bedeutung nimmt aufgrund der Trends in der AVT (Treiber Nanoelekronik) weiter zu. Eine Vielzahl von Verfahren und zugehörigem Equipment stehen zur Verfügung, die im Bereich der Technologieentwicklung und einführung die Anforderungen hinsichtlich Messfeld und Auflösung weitestgehend erfüllen. Herausforderung: Zukünftig werden solche Verfahren jedoch im produktions- und produktspezifischen Umfeld benötigt und müssen unter Echtzeitbedingungen zum Einsatz gebracht werden. Folie 63

64 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Ein interessantes und erfolgreiches Kolloquium Aufbau- und Verbindungstechnik Folie 64