Aus welchen Teilbereichen besteht die Mikroelektronik? Halbleitertechnik und AVT. Engl.: "packaging and interconnection technologies"

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1 Aus welchen Teilbereichen besteht die Mikroelektronik? Halbleitertechnik und AVT Wie heißt Aufbau- und Verbindungstechnik im Englischen und was versteht man unter AVT? Engl.: "packaging and interconnection technologies" Prozesse zur Herstellung von Systemuntergruppen Nennen Sie mindestens drei Merkmale für Leiterplatten. 1) Träger aus Kunststoff (starr oder flexibel) 2) Verdrahtung aus Kupfer 3) ein oder mehrere Lagen 4) Montage von Bauelementen typisch per Weichlöten 5) Bestückung mit SMD- oder konventionelle Bauelemente 6) seltener Montage von ungehäusten Bauelementen (COB) Nennen Sie mindestens drei Merkmale für Dickschicht-Hybride. 1) anorganischer Träger (meist Keramik) 2) leitfähige Schichten aus Edelmetallen 3) Bonden als Verbindungstechnologie 4) ein oder mehrere Lagen 5) Montage von Bauelementen per Weichlöten, Drahtbonden oder Kleben 6) Integration von Schichtbauelementen 7) hohe Zuverlässigkeit Wie unterscheiden sich Dickschicht- und Dünnfilmhybride? Dickschicht- Siebdruck leitfähige Schichten aus Edelmetallen Ein oder mehrere Lagen Schichtdicke Dünnfilm- Aufgedampft Schichten Strukturierung durch Fotolithographie Gute Reproduzierbarkeit der integrierten Bauelemente Sehr gute HF- Eigenschaften

2 Was sind die treibenden Kräfte für die Weiterentwicklung der AVT? - Anforderung des Marktes - Kostenreduktion - Miniaturisierung Nennen Sie mindestens 3 typische Gehäusebauformen für die Durchsteckmontage. - DIP - TO - PGA (Pin Grid Array) Nennen Sie mindestens 3 typische Gehäusebauformen für die Oberflächenmontage. - SOP - PLC - QFP - SOD Via Metallisierung Kleber Keramikkörper Zeichnen Sie einen Schnitt durch ein PGA- Gehäuse! Pin Bonddraht Chip Deckel Klebemasse Zeichnen Sie einen Schnitt durch ein SOP- Gehäuse! Insel

3 Wie groß ist ein 0805-Kondensator (Breite und Länge in mm)? 2 1,25mm (08/4 =mm und 05/4 =mm) Länge: 2,0mm, Breite:1,3mm Nennen Sie 2 Substratgruppen für elektronische Module. 1) organische Substrate 2) anorganischer Substrate Welche Anforderungen werden an die Substrate gestellt (elektrisch, mechanisch, thermisch)? Mindestens 9 Nennungen! elektrisch: 1) hoher Volumenwiderstand 2) hoher Oberflächenwiderstand 3) geringes Epsilon 4) kleiner Verlustfaktor mechanisch: 1) hohe mechanische Festigkeit 2) Ebene Oberfläche 3) geringe Rautiefe 4) Maßhaltigkeit thermisch: 1) Temperaturbeständig 2) gute Wärmeleitfähigkeit 3) geringer thermischer Ausdehnungskoeffizient Wie unterscheiden sich FR2 und FR4- Leiterplattenbasismaterial? FR2: Reaktionsharz Phenol; Verstärkungsmaterial Papier (nicht für chemische Durchkontaktierung geeignet, preisgünstig) FR4: Reaktionsharz Epoxid; Verstärkungsmaterial Glasgewebe (Standardmaterial) Wann wird FR4 eingesetzt? Industrielle Anwendung, höhere Qualität

4 Was sind gute Materialien für Leiterplatten? Warum? - Silber, Gold, Kupfer, Aluminium Selber (Ag): beste Leitfähigkeit Kupfer (Cu): gute Leitfähigkeit, günstig Gold (Au): keine Oberflächenkorrosion Vergleichen Sie Ag- und AgPd- Dickschichtleiterpasten! Ag AgPd Flächenwiderstand 0, in mω Löten mit Zinn- nein sehr gut Blei /bedingt Chipmontage kleben bedingt Drahtbonden schlecht mäßig Kosten günstig sehr günstig Bemerkungen niederohmig Standard Faktor 20 bessere Leitfähigkeit Geben Sie typische TKR-Werte von Dickschichtwiderständen an. ±50 bis ±250 ppm/k Seit wann gibt es Leiterplatten? Patentiert seit1900 Schildern Sie kurz die kommerzielle Lage der Leiterplatten in Deutschland für das Jahr 2006! Deutschland ist für die Leiterplatten Herstellung in Europa Marktführend

5 Mit welcher Art von Bohrern werden Leiterplatten gebohrt? Welche Spindeldrehzahlen werden zum Bohren von Leiterplatten verwendet? Warum? Hartmetall Hohe Drehzahl für Hoche schnittgeschwindigkeit Decklage (Al-Blech) Zeichnen Sie einen Schnitt durch ein Leiterplattenbohrpaket. LP Bohr-unterlage (Hartpapier) Wie kann man den Durchsatz beim Bohren von Leiterplatten erhöhen? 1) Serienbearbeitung übereinander gestapelter Leiterplatten 2) mit mehreren Spindeln gleichzeitig bohren Außenkontur von Leiterplatten Wie kann die Außenkontur von Leiterplatten erstellt werden (2 Nennungen)? Vergleichen Sie die genannten Methoden! Fräsen Hohe Genauigkeit Ritzen Mechanisches Fertigungsverfa hren Stanzen Kosten günstig Gute Kantenqualitä Sollbruchstelle Ratiorell Wie kann das Leiterbild auf die Leiterplatte übertragen werden (2 Nennungen)? Was sind die Unterschiede der genannten Methoden? Siebdruck Siebgewebe mit Schablone mit dem Druckbild Siebdrucklack elektrisches Rakel presst Siebdrucklack durch das Siebgewebe Fotodruck Laminieren mit Trockenfilmresisten oder Beschichten mit Flüssigresisten Belichten Entwickel

6 Welches Problem tritt beim nasschemischen Ätzen von Leiterplatten auf? Was kann man dagegen tun? isotopes Ätzen Unterätzen dagegen hilft: Sprühätzen mit Flankenschutz Erläutern Sie, wie das chemische Verkupfern von Leiterplatten funktioniert. Auftragen eines Keimmetalls (Paladium). Durch eintauchen in ein Kupferbad lagern sich Cu-Atome an Was besagt das Faraday-Gesetz und welche Abscheiderate ist beim galvanischen Verkupfern möglich? Abscheidungsrate ist proportional zur Ladungsdichte 2A/dm² Abscheiderate: 1µm/min Erläutern Sie die Verfahrensvarianten "Pattern- Plating" und "Panel-Plating" bei der Herstellung von durchkontaktierten Leiterplatten. Pattern: Leiterbild wird verstärkt Panel: gesamte Oberfläche wird verstärkt Zeichnen Sie einen Schnitt durch eine 4-lagige Multilayer-Leiterplatte!

7 Was sind 2 Vorteile der Leiterplattentechnologie und 2 Nachteile der Leiterplattentechnologie gegenüber der Dickschichttechnik? LP: Vorteile: Billiger, einfacher in der Fertigung, höhere Strukturauflösung Nachteile: Zuverlässigkeit, Kleinerer Temperaturbereich DS: Vorteile: Besserer Wärmeleiter, angepassterer Temperaturkoeffizient Erläutern Sie den Begriff Integrierte Schichtschaltung (ISS)! Multilayerkeramik, Bauelemente können in den Träger integriert werden oder Dickschicht technik und Dünnfilm LTCC zusammengefasst Nennen Sie 2 charakteristische Prozessschritte der Dickschichttechnik. Sintern, Siebdruck Wo werden heute Dickschichthybride am häufigsten eingesetzt? Warum? Kfz, Hohe Zuverlässigkeit Skizzieren Sie den Herstellungsablauf einer Dickschicht-Hybridschaltung Layout Siebdruck Trocken Brennen Abgleich Bestücken

8 Was sind LTCC-Hybride und wo werden diese eingesetzt? LowTemperatureCofiredCeramik Verbundmaterial aus Glaskeramik mehrlagig, keine reine Keramik Automobilindustrie Erläutern Sie die Unterschiede zwischen Standard- und LTCC-Hybriden (Vor- und Nachteile)! Standard: niedrigere Bauteildichte, größere VIAs Hohe Rautiefe und dadurch geringe Miniaturisierung LTCC: Leichter Multilayer NT: Glas Schlechterer Wärmeleiter Wie kann man HDI-Hybride herstellen? (feine Strukturen) - Ätzbaren Dickschichtpasten - Fotostrukturierbaren Pasten - Direktschreibeverfahren Warum sind Standard- und LTCC-Hybride für Leistungselektronik-Module nicht geeignet? - Schlechte Wärmeleiter - zu Hoher Flächenwiderstand der Leiterbahnen Was ist die DCB-Technologie? Zeichnen Sie einen Schnitt durch ein typisches DCB-Leistungsmodul! Die-Montage direkt auf Kupfer oder Direct Copper Bonding Technologie

9 Nennen Sie die 3 Verbindungstechnologien der Elektronik! Löten, Kleben, Bonden Beschreiben Sie den Weichlötprozess in kurzen Worten! Verbinden von zwei Metallen mit einem dritten geschmolzenen Metall unter Anwendung von Flussmittel, Schutzgas oder Vakuum bei max. 450 C. Welches Lot wird für das Löten in der Elektronik eingesetzt? Begründung! SnAgCU Geeigneter Schmelzpunkte Elastisch duktil Thermomechanischer Stress verarbeiten können Woraus besteht ein Flussmittel und wozu dient es? Colophonium, aufheben von Korosionen durch freisetzen von Säure (Kolophonium) Säure die an einem Harz gebunden ist Um die Oxidschicht zu lösen Vergleichen Sie Leitkleben mit Weichlöten! Leitkleben: geht auch bei unreinen Oberflächen Weichlöten: Bildet Legierung, besserer Wärmeleiter/Stromleiter, benötigt lötbare Oberfläche

10 Wie kann man silberhaltige Dickschichtmetallisierungen löten? Silberlot Warum wurde bis Juni 2006 mit bleihaltigen Loten gelötet und warum sind diese heute verboten? Blei Hohe duktile Eigenschaften, Pb ist umweltschädlich Erläutern Sie kurz den Begriff Zuverlässigkeit! - Ausfallrate bezogen auf Lebensdauer - Kehrwert der Ausfallrate Frühausfälle normaler Betriebsbereich Verschleißausfälle Zeichnen Sie eine so genannte Badewannenkurve und kennzeichnen Sie die 3 typischen Bereiche! Nennen Sie 3 Mechanismen, die für den Ausfall von Elektronik verantwortlich sind! Korrosion Thermische Belastungen Diffusion Thermomechanischer Stress

11 Wie entstehen Risse in einer Lötverbindung? Unterschiedliche Wärmeausdehnung von Bauteil und Träger oder Thermomechanisches Missmatch Wie kann man die Korrosion von Verbindungsstellen in der Elektronik verhindern? Hermetisches Gehäuse oder Hermetische, evakuierte oder Schutzgas gefüllte Gehäuse Mit welcher Größe wird die Zuverlässigkeit in der Elektronik gemessen? fit

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