The base for innovation

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1 Insert Willkommen your title zum here FED Regionalgruppentreffen 2013 The base for innovation

2 Standorte Isola USA Corp. Elk Grove, CA Isola Global HQ Chandler, AZ F&E Isola USA Corp. Ridgeway, SC Isola Werke UK Ltd. Glasgow GREAT BRITAIN F&E Isola Fabrics Srl. Brugherio ITALY Isola GmbH Düren GERMANY Isola Asia Pacific Bangalore INDIA Isola Asia Pacific (Singapore) Pte. Ltd. SINGAPORE Isola Laminate Systems (Suzhou) Co. Ltd. CHINA Isola Asia Pacific (Korea) Inc. KOREA Isola Asia Pacific (Taoyuan/Yangmei) TAIWAN Isola Asia Pacific (Hong Kong) Ltd HONG KONG Isola Asia Pacific (Huizhou) Ltd. CHINA Produktion & Vertrieb Nur Vertrieb F&E

3 Performance isola Materialübersicht I-Tera MT Next Gen Low Loss < IS Low Loss AutoHR IS Low Loss 185HR IS Low Loss DE156 IS Low Loss IS Low Loss Green Speed 370 HR IS Low Loss IS415 Tg 155 Halogen Free Laminate 170 Tg Std Loss Lead Free Compatible Auto-HR 170 Tg Cores 0.014, 0.028, & FR408HRIS FR408HR FR408 Tg 180 Low Dk & Df High Tg 200 C Lead free Signal Integrity Tg 175 HalogenFree High Tg Lead free Low CTE High Reliability I-Speed I-Speed IS Tg 200 Low Df, Low CTE I-Speed on low loss Dk glass Tg 200 Low Loss < GHz Laminate Tg 200, FR408HR on Low Dk Glass IS 620i P96 / P26 P95 / P25 GETEK G200 Ultra Ec 25 FR406N, A11 Polyiminde P26N Tg 225 Low Loss 10 GHz Laminate Tg 260 Polyimide Laminate V0/V1 Tg 260 Polyimide Laminate HB Getek 180 Tg Low Dk & Df BT / Epoxy Laminate Ultrathin 25 micron Laminate Tg 170 Low Flow / No Flow Prepregs IS400 FR406 High Tg 170 Epoxy Tg 150 Low CTE Lead free Products under launch or to be launched Application

4 Produktpalette FR406/DE Tg DE104KF 135 Tg DE Tg FR Tg IS Tg 250HR 150 Tg Green Speed*) 170 Tg DE Tg IS Tg Mid Dk/Df 185HR Tg >170 Df = HR 180 Tg IS Tg IS Tg I-Tera 200 Tg Mid Dk/Df I-Speed 200 Tg Df< IS620i 225 Tg Df= FR408HR 200 Tg Df FR Tg Df IS Tg Df IS Dk 3.45 Df IS Dk 3.45 Df IS Dk 3.33 Df IS Dk 3.20 Df IS Dk 3.00 Df IS Dk 2.80 Df P26N Polyimide No Flow FR406N A11 DE104 No Flow P96/P26 V-0/V-1 Polyimide P95/P25 HB Polyimide GETEK TM PPO/Epoxy G200 BT/Epoxy Standard FR-4 Epoxy High Reliability FR-4 Halogen Free High Reliability FR-4 High Reliability Signal Integrity RF Microwave No /Low Flow Prepregs Specialty Products Low-Tg/High-Tg Mid-Tg Mid-Tg/High-Tg High-Tg High-Tg/Low Dk/Df Controlled Dielectric Thickness Dk available in 0.020, & Mid-Tg/High-Tg High-Tg Produktion in Duren

5 Jenseits von FR4 Basismaterial für die Leiterplattenproduktion jenseits von FR4

6 Hochfrequenzmaterialien FR406/DE Tg DE104KF 135 Tg DE Tg FR Tg IS Tg 250HR 150 Tg Green Speed*) 170 Tg DE Tg IS Tg Mid Dk/Df 185HR Tg >170 Df = HR 180 Tg IS Tg IS Tg I-Tera 200 Tg Mid Dk/Df I-Speed 200 Tg Df< IS620i 225 Tg Df= FR408HR 200 Tg Df FR Tg Df IS Tg Df IS Dk 3.45 Df IS Dk 3.45 Df IS Dk 3.33 Df IS Dk 3.20 Df IS Dk 3.00 Df IS Dk 2.80 Df P26N Polyimide No Flow FR406N A11 DE104 No Flow P96/P26 V-0/V-1 Polyimide P95/P25 HB Polyimide GETEK TM PPO/Epoxy G200 BT/Epoxy Standard FR-4 Epoxy High Reliability FR-4 Halogen Free High Reliability FR-4 High Reliability Signal Integrity RF Microwave No /Low Flow Prepregs Specialty Products Low-Tg/High-Tg Mid-Tg Mid-Tg/High-Tg High-Tg High-Tg/Low Dk/Df Controlled Dielectric Thickness Dk available in 0.020, & Mid-Tg/High-Tg High-Tg Produktion in Duren

7 Basismaterial versus Impedanz Einfluss der Cu Folie auf Signalleitung Einfluss des Glasgewebes auf die Impedanz Einfluss des Harzsystems auf die Frequenz

8 Wo finden man Hochfrequenz? Automotive Immobilisation khz Automotive Parking Aid 40 khz City Band 27 MHz RFID Logistic CMP MHz Electronic Car Key MHz Terrestrial TV VHF MHz UHF 470 x 862 MHz Cable TV 4 MHz 1 GHz BlueTooth 2.45 GHz Navigation Systems GHz Digital Telephone GHz Notebooks GHz Mobile Phone (i-phone) 850 MHz 2.2 GHz (UMTS) Follow-up systems 5 GHz Road Toll Systems GHz W-LAN GHz RF Amplifier GHz Networking Systems GHz Router 5-12 GHz Server GHz Optical Systems > 10 GHz TV Astra GHz Satellite TV GHz Defence > 10 GHz DSL Satellite GHz Avionics GHz Automotive Distance Control 24.0 GHz Automotive Adaptive Cruise Control GHz 100 MHz 1 GHz 10 GHz 100 GHz

9 Einfluss der Cu Folien Quelle: EIPC Winterkonferenz Berlin, Jan 2013, Vortrag Raymond Gales

10 Entwicklung der Rauigkeit Quelle: EIPC Winterkonferenz Berlin, Jan 2013, Vortrag Raymond Gales

11 Entwicklung der Rauigkeit 10 microns Standard Foil STD HTE microns Low Profile LP < 5 microns Very Low Profile DSTF/RTF evlp/h-vlp

12 Skin Effekt Ds niedrig Dw Skin Effekt Stromfluss Stromdichte hoch δ = 2 ω µ σ δ= skin depth (m) µ= permeability (4π* 10-7 H/m) π= pi ρ= resistivity (Ω*m) ω= radian frequency = 2π*f (Hz) σ= conductivity (mho/m), Frequency Skin Depth (Copper) 50 Hz 9.3 mm 10 MHz 21 µm 100 MHz 6.6 µm 1 GHz 2.1 µm 10 GHz 0.66 µm

13 Unterschiede in der Cu Folie Resist Seite Standard foil Bonding Seite ~10 µm Frequenz Skin Tiefe 10 MHz 21 µm Frequenz Skin Tiefe 100 MHz 6.6 µm Signal Pfad

14 Einfluss der Rauigkeit Quelle: EIPC Winterkonferenz Berlin, Jan 2013, Vortrag Raymond Gales

15 Cisco i-tera MT SI Test 4 Cisco Testboards aus i-tera MT Material wurden auf ihre Eigenschaften bezüglich Signalintegrität (SI) gestest. 1. RFT E (blau) Reverse Treated Foil (RTF) mit Standard E - Glasgewebe 2. RFT L (rot) Reverse Treated Foil (RTF) mit Low Dk - Glasgewebe 3. VLP2 E (gelb) Very Low Profile (VLP) Folie mit Standard E - Glasgewebe 4. VLP2 L (magenta) Very Low Profile (VLP) Folie mit Low Dk - Glasgewebe

16 Einfluss auf Dk Einfluss der Cu - Treatment Rauhigkeit auf den Verlustfaktor

17 Einfluss auf Dk Einfluss des Glasgewebes auf den Verlustfaktor

18 Einfluss auf Tan δ Einfluss des Glasgewebes auf den Verlustfaktor

19 Einfluss auf Tan δ Einfluss der Cu - Treatment Rauigkeit auf den Verlustfaktor

20 Cu Folien Einfluss

21 Glasgewebetypen 106 Kette / Schuss: 22 x 22 (Fäden pro cm²) Dicke 0,033 mm 1080 Kette / Schuss: 23,6 x 18,5 (Fäden pro cm²) Dicke 0,053 mm 2116 Kette / Schuss: 23,6 x 22,8 (Fäden pro cm²) Dicke 0,033 mm 7628 Kette / Schuss: 17,3 x 12,2 (Fäden pro cm²) Dicke 0,033 mm

22 Gewebetyp 106 Vermessung der Glasfäden und Freistellen im Gewebe

23 Impedanz über Glasgewebe Figure Glass Cloth with 3.5 Mil Wire Figure 2. Impedance vs. Length over 1080 Glass By simply changing the style of glass used in the laminate, the problems of varying impedance and velocity have been substantially reduced. Figure Glass Cloth with 3.5 Mil Wire Figure 4. Impedance vs. Length over 3313 Glass Quelle: April Article for Circuitree prepared by: Lee W. Ritchey, Speeding Edge 2/13/07

24 Impedanz über Glasgewebe Aufgrund der höheren Glasdichte hat Signalleitung A eine deutlich andere Impedanz - Eigenschaften als Signalleitung B in Bezug auf die Referenzlage C. Eine deutliche Verbesserung kann durch Spread Fibres Gewebe erzielt werden. viel Glass A viel Harz B C Signallage Bezugslage Harz Dk = ~ 3.5 Glassgewebe Dk = ~ 6.6 Quelle: Bild Polar Instruments

25 Layout zu Glasgewebe Statistische Verteilung des Verlaufs und der Platzierung von Layoutelementen über Glasgewebe REM Aufnahmen der Firma Multek, Böblingen Quelle: Qualification of PCB in The PCB Magazine Nov. 2012

26 Glasgewebetyp 106 Standard Square Weave Spread Fibers Glasgewebe Spread** Gewicht (g/m²) Fadenzahl pro cm 22.0 x x x 27.6 Garn (Kette / Schuss) EC5 11 / EC5 11 EC5 11 / EC5 11 EC5 11 / EC5 11 Glasdicke (mm) Verpresste Dicke* (mm) * Approximate thickness yield range dependant on design, resin content and resin type. ** Courtesy of Isola Fabrics

27 Glasgewebetyp 1080 Standard Square Weave Spread Fibers Glasgewebe Spread** Gewicht (g/m²) Fadenzahl pro cm 23.6 x x x 23.6 Garn (Kette / Schuss) EC5 11 / EC5 11 EC5 11 / EC5 11 EC5 11 / EC5 11 Glasdicke (mm) Verpresste Dicke* (mm) * Approximate thickness yield range dependant on design, resin content and resin type. ** Courtesy of Isola Fabrics

28 Spread Fibers Standardgewebe Spread Fibers ebenere Filament Verteilung bessere Benetzbarkeit erhöhte Beständigkeit gegen CAF neue Glasgewebe Sorten: 1067, 1086,

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30 Gewebetyp 1086 Verlauf von Leiterbahnen über dem Glasgewebe 1086 REM Aufnahmen der Firma Multek, Böblingen Quelle: Qualification of PCB in The PCB Magazine Nov. 2012

31 Polarisationseffekt Dielektrika sind elektrisch schwach- bzw. nicht leitende Materialien, deren Ladungsträger im allgemeinen nicht frei beweglich sind. Da in einem Dielektrikum die Ladungsträger nicht frei beweglich sind, werden sie durch ein äußeres elektrisches Feld polarisiert. Dieser Polarisationseffekt reduziert das elektrische Feld und verursacht Verlust. unpolarisiert polarisiert durch elekt. Feld

32 Mikrowellen Die Stärke der Polarisation in einem Dielektrikum hängt stark von der Molekülstruktur ab und kann durch das Dipol Moment quantitativ beschrieben werden. In den meisten Molekülstrukturen, ist die Gesamtstromverteilung Null, positive und negative Strom heben sich aber nicht komplett gegenseitig auf, so entsteht ein permanenter Dipol. Ein gutes Beispiel für diesen Effekt ist das Wassermolekül in einer Mikrowelle. Das oszillierende Feld lässt die Wassermoleküle rotieren. Hierdurch wird kinetische Energie übertragen. Durch Kollision mit benachbarten Molekülen wird die Energie weitergegeben und in Wärme überführt. Die optimale Mikrowellenfrequenz beträgt 2.45 GHz um die Wassermoleküle exakt um 180 zu drehen. Die Zeitkomponente ist entscheidend in dem Prozess, um die Verminderung des Verlustes bei höheren Frequenzen, in bestimmten Dielektrikum zu erklären. Es ist schlicht nicht genügend Zeit für die Umpolarisation vorhanden. δ - O H H δ δ + O H H δ -

33 Epxoid Flüssigharz O CH 3 H 2 C CH CH 2 Cl + HO C OH Epichlorohydrin = CH 3 DiPhenylPropane (BisPhenol A) O CH 3 O H 2 C CH CH 2 O C O CH 2 HC CH 2 CH 3 + HCl

34 Bromiertes Epoxidharz O CH 3 O Br CH 3 Br H 2 C CH CH 2 O C O CH 2 HC CH 2 HO C OH CH 3 Br CH 3 Br Diglycidyl Ether of BisPhenol A (DGEBA) TetraBromoBisPhenol A O CH 3 Br CH 3 Br CH 3 O H 2 C CH CH 2 O C O CH 2 CH CH 2 O C O CH 2 CH CH 2 O C O CH 2 HC CH 2 CH 3 OH Br CH 3 Br OH CH 3 n Brominated Epoxy Resin

35 Tan δ Der Effekt des Dipol Momentes in Dielektrika ist als Tangenz Delta quantifiziert und beschreibt die Material spezifische Verteilung des elektrischen Feldes im Dielektrikum. Loss Factor Dissipation Factor Dielectric Loss Loss angle Tan δ Quelle: Wikipedia.de

36 Time Domain Eye Diagram Simulation 4.5 mil wide 16 inch Gb/s I-Speed Std_HSD_Prod I-Speed Std_HSD_Prod I-Speed Std_HSD_Prod Eye Height (v) Jitter (ps) % UI 9% 10% 9% 13% 27% 38% I-Speed Std_HSD_Product

37 Isola HSD Materialien

38 Basismaterial Simulation Download for free Quelle:

39 Zusammenfassung Einfluss der Cu Folie auf Signalleitung Skin Effekt je höher die Frequenz desto störender die Rauhigkeit der leitenden Oberfläche Einfluss des Glasgewebes auf die Impedanz Glasgewebe, je in homogener das Material, desto größer die Störungen im Signalverlauf Low Dk Glas wirkt sich sehr positiv auf den Verlustfaktor aus Einfluss des Harzsystems auf die Frequenz das Harzsystem bestimmt den Dk Wert des Materials der Verlustfaktor Tangenz δ wird stark durch die Rauigkeit der Leiterstruktur beeinflusst

40 Thermostabile Materialien FR406/DE Tg DE104KF 135 Tg DE Tg FR Tg IS Tg 250HR 150 Tg Green Speed*) 170 Tg DE Tg IS Tg Mid Dk/Df 185HR Tg >170 Df = HR 180 Tg IS Tg IS Tg I-Tera 200 Tg Mid Dk/Df I-Speed 200 Tg Df< IS620i 225 Tg Df= FR408HR 200 Tg Df FR Tg Df IS Tg Df IS Dk 3.45 Df IS Dk 3.45 Df IS Dk 3.33 Df IS Dk 3.20 Df IS Dk 3.00 Df IS Dk 2.80 Df P26N Polyimide No Flow FR406N A11 DE104 No Flow P96/P26 V-0/V-1 Polyimide P95/P25 HB Polyimide GETEK TM PPO/Epoxy G200 BT/Epoxy Standard FR-4 Epoxy High Reliability FR-4 Halogen Free High Reliability FR-4 High Reliability Signal Integrity RF Microwave No /Low Flow Prepregs Specialty Products Low-Tg/High-Tg Mid-Tg Mid-Tg/High-Tg High-Tg High-Tg/Low Dk/Df Controlled Dielectric Thickness Dk available in 0.020, & Mid-Tg/High-Tg High-Tg Produktion in Duren

41 Thermostabile Materialien Ausdehnungskoeffizient Glasübergangstemperatur Zersetzungstemperatur CTE z T g T D Time to Delamination T 260/288

42 Weg s (µm) CTE Bestimmung des Wärmeausdehnungskoeffizienten = a z C TMA Thermo Mechanische Analyse s 2 z1 = s 1 / T 1 Ausdehnung unter Tg T 1 T 2 z2 = s 2 / T 2 Ausdehnung über Tg z = Ausdehnung im Temperaturbereich von 50 bis 260 C angegeben in % s 1 Tg 10 C/min Temperatur ( C)

43 Vergleich a 1z und a 2z a 1z (ppm/k) a 2z (ppm/k) a z C (%) Duraver-E-Qual. 104 bromiert / dicy ,4 PCL 370HR bromiert / phenolisch / gefüllt ,7 IS 400 bromiert / phenolisch / gefüllt ,9 IS 420 bromiert / phenolisch / gefüllt ,7 IS 410 bromiert / phenolisch ,5 Duraver-E-Qual. 156 halogenfrei ,6 Wärmeausdehnungskoeffizient in z Richtung

44 Wärmeausdehnung (µm) TMA Messung Bestimmung des Tg Wertes mit Temperatur bereich TMA Thermo Mechanische Analyse Aufheizen der Probe mit 10 C/min Messung der Wärmeausdehnung Ermittlung der Tangentialen Schnittpunkt entspricht Tg Tg Die Veränderung der Wärmeaus- dehnung verläuft über einen großen Temperaturbereich 10 C/min Temperatur ( C)

45 Wärmetönung (mw) DSC Messung Bestimmung der Tg Wertes mit DSC Differential Scanning Calorimetry Aufheizen der Probe mit 20 C/min Messung der Wärmetönung Ermittlung des Wendepunktes über angelegte Tangenten Wendepunkt entspricht Tg Tg1 und Tg2 werden nacheinander an der gleichen Probe ermittelt Tg 3 C Tg1 Tg2 Wendepunkt 20 C/min ab kühlen - 20 C/min Temperatur ( C)

46 Speichermodul (MPa) DMA Messung Dynamisch-Mechanische Thermo-Analyse Ermittlung der Speichermodul und Verlustmodul Kurve Speichermodulkurve T T g Maximum der Wendepunkt der Speichermodulkurve ist als Tg definiert (Maximum der ersten Ableitung) 1. Ableitung 3 C/min Temperatur ( C)

47 Methodenvergleich Vergleich der Ergebnisse, TMA-, DSC- und DMA - Methode TMA Tg (10 C/min) DSC Tg (20 C/min) DMA - Tg (3 C/min) Duraver-E-Qual IS IS IS

48 Gewicht (%) Zersetzungstemperatur Td TGA Messung Aufheizen der Probe mit 10 C/min Messung des Gewichtsverlustes Ende der Messung bei 5% Gewichtsverlust Td 100% 95% 10 C/min Temperatur ( C) RT 700

49 Temperatur ( C) Zeit bis zur Delamination konstant T260 / T288 / T300 schnelles Aufheizen der Probe Testtemperatur konstant halten Messung der Zeit bis zur Delamination T260 Zeit (s)

50 Thermostabilität Dicy Bindung erfolgt über tertiäres Amin Novolak Bindung erfolgt über Etherbrücken Resin C-N - Bindung (276 kj/mol) C-O - Bindung (351 kj/mol) C=C - Bindung (607 kj/mol)

51 Thermostabilität Dicy Novolak Höhere Thermische Stabilität Dicy Novolak T g [ C] >170 T D [ C] T 260 [min] T 288 [min] - > 15

52 Zusammenfassung Novolak gehärtete Systeme sind thermostabiler als Dicy gehärtete Wärmeausdehnung des Material oberhalb von Tg ist erheblich größer als unterhalb von Tg Tg kann nach unterschiedlichen Methoden bestimmt werden, die unterschiedliche Ergebnisse liefern die TMA Methode ist ein häufig angewendeter Test, und liefert die niedrigsten Werte für die Beurteilung der thermischen Stabilität ist Tg nur bedingt geeignet Td Zersetzungstemperatur und T 260 / T 288 / T 300 Tests geben bessere Anhaltspunkte für die Thermische Stabilität

53 Produktübersicht

54 isola - the base for innovation Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Roland Schönholz OEM Marketing Manager roland.schoenholz@isola-group.com Tel DSTF, DSRFoil, DSRFoil, GETEK, I-Fill, I-Speed, I-Tera, IsoDesign, Isola, IsoStack, Norplex, Polyclad, RCC, Lo-Flo and TURBO are registered trademarks of Isola USA Corp. in the U.S.A. and other countries. The Isola logo is a trademark of Isola USA Corp. in the U.S.A. and other countries. All other trademarks mentioned herein are property of their respective companies. Copyright 2013 Isola Group, S.à.r.l. All rights reserved.