Leiterplatten-Basismaterialien für erhöhte Anforderungen. Dr.Erwin Christner
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- Leander Siegel
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1 Leiterplatten-Basismaterialien für erhöhte Anforderungen Dr.Erwin Christner Eltroplan Technologie-Tag
2 Gliederung I. Charakterisierung Standard Kenngrößen Basismaterial II. III. IV. Erhöhte Anforderungen Marktsegmente Anforderungen an das Basismaterial Schlüsseleigenschaften Produktangebot ISOLA Sondertypen Produktübersicht ISOLA V. Roadmap ISOLA Eltroplan Technologie-Tag
3 I. Charakterisierung Standard Kenngrößen Basismaterial Glasübergangstemperatur T g, Decomposition Temperature T D, Time to delaminate T 260/288 Ausdehnungskoeffizient CTE Dielektrizitätskonstante D k, Verlustfaktor D f, Eltroplan Technologie-Tag
4 I. Charakterisierung Standard Kenngrößen Basismaterial Glasübergangstemperatur T g, Dies ist die Temperatur, bei der das Harz von einem spröden in einen plastischen Zustand übergeht. Es gibt drei Methoden, um die T G zu bestimmen: DSC (Differentialkalorimetrie) TMA (Thermomechanische Analyse) DMA (Dynamisch mechanische Analyse) Leider sind die Ergebnisse unterschiedlich. Daher ist es wichtig, die T G -Werte nur auf Basis derselben Methode zu vergleichen. Die folgenden Bilder zeigen typische Kurven von DSC-, TMAund DMA-Messungen an Standard-FR-4 (T G 130 C) Eltroplan Technologie-Tag
5 Standard Epoxy-Systeme Leading the Way DSC Kurve Eltroplan Technologie-Tag
6 Dynamische Differenzen Kalorimetrie (DDK) Differential Scanning Calorimetry (DSC) DSC-7 PYRIS-1 Leading the Way Bestimmung der Glasübergangstemperatur T G Eltroplan Technologie-Tag
7 Standard Epoxy-Systeme Leading the Way DMA Kurve Standard Epoxy-Systeme Eltroplan Technologie-Tag
8 I. Charakterisierung Standard Kenngrößen Basismaterial Glasübergangstemperatur T g, Decomposition Temperature T D, Time to delaminate T 260/288 Ausdehnungskoeffizient CTE Dielektrizitätskonstante D k, Verlustfaktor D f, Eltroplan Technologie-Tag
9 I. Charakterisierung Standard z Kenngrößen Basismaterial Ausdehnungskoeffizient CTE Bei der thermischen Ausdehnung unterscheidet man in x-, y- und z-richtung. y x y x Kette Schuss Eltroplan Technologie-Tag
10 Standard Epoxy-Systeme Leading the Way TMA Kurve Eltroplan Technologie-Tag
11 CTE: Thermischer Ausdehnungskoeffizient Leading the Way z Tg 130 C Ein höherer Tg reduziert die absolute Ausdehnung in der z-achse y Tg 170 C x z Eltroplan Technologie-Tag
12 I. Charakterisierung Standard Kenngrößen Basismaterial Glasübergangstemperatur T g, Decomposition Temperature T D, Time to delaminate T 260/288 Ausdehnungskoeffizient CTE Dielektrizitätskonstante D k, Verlustfaktor D f, Eltroplan Technologie-Tag
13 Thermo-Mechanische Analyse (TMA) Leading the Way TMA-7 TMA-2940 Bestimmung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten und - T 260 -Test, T 288 -Test Eltroplan Technologie-Tag
14 Zeit bis zur Deamination Ein sehr wichtiger Indikator für die Wärmebeständigkeit ist die Delaminationszeit bei einer bestimmten Temperatur, vorzugsweise bei 260 C oder 288 C. Ein kleines Muster wird auf z. B. 260 C mit einer konstanten Heizrate in der TMA (Thermomechanischer Analyse) aufgeheizt. Nach dem Erreichen der Endtemperatur wird die Zeit bis zur Delamination gemessen. Das nächste Bild zeigt einen typischen Verlauf. Eltroplan Technologie-Tag
15 T260 Kurve Eltroplan Technologie-Tag
16 Zersetzungstemperatur T D und Delaminationszeit T 260 /T 288 Anwendungen in der Nähe heißer Aggregate, aber auch insbesondere die Einführung der bleifreien Löttechnologie, erfordert Materialien mit einem verbesserten thermischen Verhalten. Durch die Verwendung spezieller Härtersysteme konnte eine erhebliche Verbesserung erzielt werden. Die Zersetzungstemperatur T D konnte von ca C auf C erhöh t werden. Die Zersetzungstemperatur T D kann durch eine thermogravimetrische Analyse (TGA) bestimmt werden. Im folgenden Bild sehen sie eine typische Kurve für Standard-FR-4. Eltroplan Technologie-Tag
17 I. Charakterisierung Standard Kenngrößen Basismaterial Glasübergangstemperatur T g, Decomposition Temperature T D, Time to delaminate T 260/288 Ausdehnungskoeffizient CTE Dielektrizitätskonstante D k, Verlustfaktor D f, Eltroplan Technologie-Tag
18 TGA-6 Thermogravimetrie (TGA) Leading the Way - Masseverlust 5%- Bestimmung der thermischen Zersetzungstemperatur T D Eltroplan Technologie-Tag
19 Thermogravimetrie (TGA) Leading the Way T d : Zersetzungstemperatur gibt die Temperatur an, bei der das Basismaterial 5% Gewicht verloren hat, und wird nach ASTMD 3850 Prüfmethode mittels Themogravimetrischer Analyse (TGA) durchgeführt. Sie ist eine wichtige Kenngröße für die Thermostabilität eines Basismaterials. Bei Überschreitung dieser Temperatur tritt eine nicht umkehrbare Zersetzung und Schädigung des Materials durch den Zerfall der chemischen Verbindung statt. Eltroplan Technologie-Tag
20 Thermogravimetrie (TGA) Leading the Way Eltroplan Technologie-Tag
21 Koeffizient der thermischen Ausdehnung in z-richtung (α z ) Um eine hohe Zyklenbeständigkeit zu erzielen, wie z.b. von der Automobilindustrie gefordert, ist es absolut notwendig, Basismaterial mit einer geringen Ausdehnung in z-richtung zu haben. Dies reduziert die Beanspruchung auf Kupferhülsen in Bohrlöchern erheblich. Eine Möglichkeit, dieses Ziel zu erreichen, ist die Verwendung einer bestimmten Menge eines anorganischen Füllstoffs in der Harzmatrix. Fehler wie Pad Lifting, Corner Cracks und Hülsenriss, wie im folgenden Bild zu sehen, können damit vermieden werden Eltroplan Technologie-Tag
22 Standard Epoxy-Systeme Leading the Way Lötaugenabhebung, Hülsenriss Eltroplan Technologie-Tag
23 I. Charakterisierung Standard Kenngrößen Basismaterial Glasübergangstemperatur T g, Decomposition Temperature T D, Time to delaminate T 260/288 Ausdehnungskoeffizient CTE Dielektrizitätskonstante D k, Verlustfaktor D f, Eltroplan Technologie-Tag
24 HF-Materialien Leading the Way Besondere Eigenschaften Die wichtigsten Eigenschaften von Hochfrequenz-Qualitäten sind die Dielektrizitätszahl ε r (D k ) und der Verlustfaktor tan δ (D f ). Diese sollten konstant über einem weiten Frequenzbereich sein. Signalverzögerung und Signaldämpfung sind von diesen Werten abhängig. Je höher die Signalgeschwindigkeit ist, um so niedriger sollten D k und D f sein. Dk ist die relative Dielektrizitätszahl eines Dielektrika verglichen mit der Dielektrizitätszahl eines Vakuums in einem Kondensatorenmodell. D f beschreibt die Qualität Q eines Signals und wird als Verhältnis von einem gedachten zu einem realen Strom definiert Eltroplan Technologie-Tag
25 II. Erhöhte Anforderungen Eltroplan Technologie-Tag
26 Standard Epoxy-Systeme Leading the Way TCT Klassen nach Fa.Bosch Gruppe I Klasse 1-40 C +120 C 200 Zyklen Klasse 2-40 C +125 C 250 Zyklen Klasse 3-40 C +110 C 500 Zyklen Klasse 4-40 C +125 C 500 Zyklen Gruppe II Klasse 5-40 C +140 C 500 Zyklen Klasse 6-40 C +140 C Zyklen Eltroplan Technologie-Tag
27 II. Erhöhte Anforderungen Produktangebot ISOLA: Airbus-Norm ABD 0031 geprüfte Qualitäten: IS400/ IS420/ PCL-FR-370HR/ DE156* Rauchdichtetest: spezifische optische Dichte D s nach 4 min Flaming Mode Non-Flaming Mode Bunsenbrennertest: Vertikal 12 sec Brennlänge Brennzeit Tropfzeit Toxizitätstest: flaming/ non-flaming mode kritische Gaskonzentration im Rauch *Duraver-E-Cu-# Eltroplan Technologie-Tag
28 II. Erhöhte Anforderungen Produktangebot ISOLA: Standard-Epoxy Hoch-Tg Standard Epoxy Temperaturbstd. Zyklenfest Halogenfrei Temperaturbstd. Zyklenfest Temperaturbstd. Hoch-T g hohe Chemikalienbeständigkeit Eltroplan Technologie-Tag
29 II. Erhöhte Anforderungen Produktangebot ISOLA: Standard-Epoxy Hoch-Tg DE117*/ FR406/ PCL-FR-370** Standard Epoxy DE104* Temperaturbstd. Zyklenfest Halogenfrei DE156* Temperaturbstd. Zyklenfest IS400 PCL-FR-370HR IS420 Temperaturbstd. Hoch-T g hohe Chemikalienbeständigkeit IS HR*** *Duraver-E-Cu-# **not promoted, but still available Eltroplan Technologie-Tag ***Zykleneignung wird geprüft
30 II. Erhöhte Anforderungen Produktangebot ISOLA: Standard Epoxy DE117*/FR406/ PCL-FR-370 T g 170 C T D 300 C %-CTE z 3,5 DE104* T g 135 C T D 310 C %-CTE z 3,5 Temperaturbstd. Zyklenfest Halogenfrei DE156* T g 150 C T D 380 C %-CTE z 2,8 Temperaturbeständig Zyklenfest IS400 T g 150 C T D 330 C %-CTE z 3,0 PCL-FR-370HR T g 180 C T D 340 C %-CTE z 2,8 IS420 T g 170 C T D 340 C %-CTE z 2,8 Temperaturbstd. Hoch-T g hohe Chemikalienbeständigkeit IS410 T g 170 C T D 350 C %-CTE z 3,5 185HR T g 175 C T D 340 C %-CTE z 2,3 *Duraver-E-Cu-# Eltroplan Technologie-Tag [%-CTE z -Angaben C ]
31 Medium to High Frequency Applications Leading the Way Eltroplan Technologie-Tag
32 II. Erhöhte Anforderungen Produktangebot ISOLA: HF-Materialien IS415 FR408 FR408HR IS620i IS680/ I-Tera Hoch-T g BT/Epoxy Temperaturbstd. Signalintegrität G-200 Hoch-Tg Polyimid Temperaturbst. P96/26 Eltroplan Technologie-Tag
33 II. Erhöhte Anforderungen Produktangebot ISOLA: HF-Materialien FR408 T g 180 C D k 3,78 D f 0,0112 %-CTE z 3,5 IS415 T g 200 C D k 3,83 D f 0,0120 %-CTE z 2,8 FR408HR T g 200 C D k 3,69 D f 0,0091 %-CTE z 2,8 IS620i T g 220 C D k 3,6 D f 0,0059 %-CTE z 3,6 IS T g 190 C D k 3,45-2,80 D f 0,0035-0,0025 %-CTE z 2,9 ITera D k <3,45 D f 0,0028-0,0035 Eltroplan Technologie-Tag [D k,d f -Angaben bei 1GHz]
34 II. Erhöhte Anforderungen Produktangebot ISOLA: Temperaturbstd. Hoch T g BT/Epoxy Temperaturbstd. Hoch-T g Polyimid G-200 T g 180 C D k 3,70 D f 0,01 P96/26 T g 260 C T D 416 C [D k,d f -Angaben bei 1GHz] Eltroplan Technologie-Tag
35 II. Erhöhte Anforderungen Anforderungen an Basismaterial Schlüsseleigenschaften Zuverlässigkeit/Thermobeständigkeit CTE, T g, T D, T 260/288 HF/ Signalintegrität D k, D f, Dämpfung CAF-Beständigkeit Harzsystem, Glasgewebe, Finish Kriechstromfestigkeit CTI Wärmemanagement Wärmeleitfähigkeit λ Dickkupfertechnik Dickkupfer ( µm) Eltroplan Technologie-Tag
36 Migrationsfestigkeit CAF - CAF ist ein Fehlerbild, welches dann entsteht, wenn es zu einer Kupferionenwanderung (Migration) entlang von Glasfilamenten der Glasgewebeverstärkung kommt, was zu einem reduzierten Isolationswiderstand führt, der dann letztendlich zu einem Kurzschluss führt. Normalerweise muss hierfür schon eine mechanische oder thermische Vorschädigung des Glasgewebe/Harzmatrixverbundes stattgefunden haben. Eltroplan Technologie-Tag
37 Leading the Way Fall 1 CAF-Reaktion Fall 3 1. Kurzschluss von DK zu DK 2. Kurzschluss von Leiterbahn zu Leiterbahn 3. Kurzschluss von Durchkontaktierung zu Leiterbahn Fall 2 Eltroplan Technologie-Tag
38 Eltroplan Technologie-Tag
39 II.Erhöhte Anfoderungen Produktangebot ISOLA: Standard Epoxy DE104* Standard-Epoxy Kriechstromfest DE104KF* T g 135 C CTI 400 Eltroplan Technologie-Tag
40 II.Erhöhte Anfoderungen Produktangebot ISOLA: Standard Epoxy DE104* Standard-Epoxy Kriechstromfest DE104KF* T g 135 C CTI 400 *Duraver-E-Cu-# Eltroplan Technologie-Tag
41 III. Sondertypen Eltroplan Technologie-Tag
42 III. Sondertypen Spezielle Anwendungsbereiche Produktangebot ISOLA Semi-Flex DURAFLEX Starr-Flex Heat-Sink-bonding bend-to-assembly -Anwendungen NoFlow-Prepreg Wärmemanagement Lambda-Materialien Eltroplan Technologie-Tag
43 II. Sondertypen Produktangebot ISOLA: Spezialanwendungen Semi- Flex Starr-Flex FR406N T g 170 C Hohe Wärmeleitfähigkeit IS450 T g 170 C λ 1 W/mK DURAFLEX T g 145 C A11 T g 100 C IS572N T g 170 C P26N T g 250 C Einsatz als Pregreg in Multilayer und als Laminat mit Aluminium und Kupfer Eltroplan Technologie-Tag
44 IV. Produktübersicht ISOLA Eltroplan Technologie-Tag
45 IV. Produktübersicht ISOLA Düren Eltroplan Technologie-Tag
46 IV. Produktübersicht ISOLA Düren: Technische Werte Eltroplan Technologie-Tag
47 IV. ISOLA Homepage - Design von Leiterplatten mit MultiCal Eltroplan Technologie-Tag
48 IV. Produktübersicht ISOLA Homepage IS Tg Lambda- IS Tg Lambda- PCL370HR... Tg DE Tg DE104KF 135 Tg FR406/ DE Tg Lambda- DE Tg Duraflex 145 Tg Standard FR-4 Epoxy Wärmemanagement Starr- Flex Low-Tg/High-Tg Spezial-Produkte Eltroplan Technologie-Tag
49 IV. ISOLA Homepage - Design von Leiterplatten mit isostack Eltroplan Technologie-Tag
50 V. Roadmap ISOLA Eltroplan Technologie-Tag
51 V. Roadmap ISOLA 2011 Eltroplan Technologie-Tag
52 Eltroplan Technologie-Tag
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