3D-Integration Integrierte Bauelemente (Embedded Components)

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1 3D-Integration Integrierte Bauelemente (Embedded Components) Integrierte Kapazitäten Integration induktiver Bauteile Wärmeableitende Lagen Integrierte Widerstände J.D. Büsselmann -

2 Anwendungsbeispiele Flachbildschirme

3 Status 2Q2003 LED-Lamp Funktionsfähiger Demonstrator Erfolgreich präsentiert auf Philips CRE (Concern Research Exhibition) Demo- Version mit Ferrit-Platten Mag-Lam-Version im Labor getestet

4 Beispiel für eine realisierte Leiterplatte - Stromrichter aus Laminaten mit eingebetteten Kapazitäten Output elcaps 6 cm 8.5 cm 6 cm Output diodes Controller Philips TAE 1610 Switches (mounted on bottom) Input elcaps Ultra thin plastic LCT transformer Only 4 mm building height Technische Daten: Leistung : 100 W (mit Kühlung) Wirkungsgrad 85% Ausgangsspannung: Transformatorhöhe: 4 mm Resonant Converter Input Filter (not assembled) +30 V, -30 V, +15 V Leiterplattengröße: 15 cm x 6 cm

5 Integration funktioneller Bauteile Integrierte Kapazitäten z.b. C-Lam Integration induktiver Bauteile z.b. FPC v. Epcos; Maglam v. ISOLA Wärmeableitende Lagen z.b. IS 450 v. ISOLA C-Lam im Multilayer FPC: Ferrite Polymer Components Spule auf Dünnlaminat

6 Integrierte Kapazitäten Prüfung der Verarbeitbarkeit von C-Lam in Bezug auf: 20 Lagen Multilayer Materialbesonderheiten: Laminatstärke 40 µm mit 35 µm Cu keramische Füllstoffe Designkriterien Skalierungsfaktoren Prozessierbarkeit chemische Benetzbarkeit Zuverlässigkeit

7 Integrierte Kapazitäten chemische Benetzbarkeit : Das Direkmetallisierungsverfahren auf Palladiumbasis zeigt einwandfreie Belegung der Lochwandung C-LAM

8 Integrierte Kapazitäten Zuverlässigkeit: Vergrößerung : 50-fach Rework Diodendraht wird 5 mal ein- und ausgelötet bei 310 C, nach dem 6 mal einlöten verbleibt der Diodendraht in der Hülse straschu Leiterplatten Testauftrag Primaerwindung ML 20 Lagen HAL Bohrdurchmesser 1,00 mm Vergrößerung : 500-fach nicht angeätzt Innenlagenanbindung mit Rework

9 Integration induktiver Bauteile Testleiterplatte für Maglam" Multilayer 4 Lagen 0,9 mm dick 400 µm Maglam auf 0,15 mm dickem FR 4 - Träger Schliffposition

10 Integration induktiver Bauteile Testleiterplatte für Maglam" 400 µm Maglam auf 0,15 mm dickem FR 4 - Träger FR 4 - Träger Lunker Spule

11 Integration induktiver Bauteile Testleiterplatte für Maglam" geringere Maglamstärke aufgrund von Harzfluss Ergebnisse: Lunker trotz Vakuumverpressung Anpassung der Pressparameter Optimierung des Harzflusses Anpassung des Harzes Inhomogenitäten im Maglam Spulen verhalten sich wie Berechnet

12 Beispiele: Wärmeableitende Lagen glasgewebeverstärktes Epoxidharz, keramische Füllstoffe Leiterplattendicke 0,5 mm Heatsink Leiterplatte mit Wärmeableitender 1,5 mm Kupferlage

13 Integrierte Widerstände Asahi - Carbonpaste Lagenaufbau der Versuchsmuster Lage 1 Kupferfolie 18 µm Gedruckter Widerstand 3 x Prepreg 1080 Lage 2 Kupferfolie 35 µm FR-4 1,0 mm (5 x Prepreg 7628) Lage 3 Kupferfolie 35 µm 3 x Prepreg 1080 Lage 4 Kupferfolie 18 µm

14 Integrierte Kapazität o. Widerstand Muster von QPI

15 Erstes Produkt Status 1Q2004 Bestückungsseite Lötseite

16 Erstes Produkt Status 1Q2004 Maglam C-Lam FR4 Induktivitäten

17 Erstes Produkt Status 1Q2004 Induktivitäten C-Lam FR4 Maglam

18 Erstes Produkt Status 1Q2004 C-Lam Induktivitäten FR4 Maglam

19 Ende Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

20 Holeplugging 800 µm Paddurchmesser 450µm gebohrt 250 µm Füllstoff z.b. Peters PP2795 Juni. 2004

21 Denken Sie in der 3. Dimension Starr-Flex-Leiterplatten Vom Design bis zur Bestückung

22 Themen: Vorstellung straschu Schaltungsarten Materialien Herstellungsprozess Sacklochtechnik ECCOBOND Flexlam-Schaltungen Lagenaufbauten Verschiedene LP-Muster

23 Organigramm der straschu Gruppe straschu straschu Holding Holding GmbH GmbH Stuhr Stuhr Vorsitzender Vorsitzender Geschäftsführer: Geschäftsführer: A. A. Leggewie Leggewie straschu Elektronik- Systeme GmbH Stuhr straschu Elektro- Automations- GmbH Stuhr straschu Elektro- Vertriebs- GmbH Stuhr straschu Rostock Elektro- Vertriebs GmbH Rostock straschu Industrie- Elektronik GmbH Stuhr straschu Leiterplatten GmbH Oldenburg Rostock Leiterplatten GmbH + Co. KG Rostock Geschäftsführer D. Stobbe Geschäftsführer R. Wiese Geschäftsführer L. Dreher Geschäftsführer A. Leggewie Geschäftsführer G. Nitsch Geschäftsführer A. Leggewie Geschäftsführer J. Neutzling Niederlassung Hamburg

24 Wir über uns l Gründung 1975 l Mitarbeiter l Firmensitz 95 Personen Oldenburg l Betriebsfläche m 2 l QM-System DIN EN ISO 9001 ESA-Zertifizierung (European Space Agency) Ul-Zulassung

25 Schaltungsarten 1.) einseitig flexibel (ef) ohne oder mit Verstärkung 2.) doppelseitig flexibel (df) ohne oder mit Verstärkung 3.) mehrlagig flexibel; Multiflex (mf) ohne oder mit Verstärkung 4.) starr-flex o symmetrischer Lagenaufbau o asymmetrischer Lagenaufbau

26 Kupferfolien ED Kupfer RA Kupfer elektrolytisch abgeschieden Duktilität: ca. 3 % - 8 % Standarddicken: 17,5 µm; 35 µm; 70µm Anwendung: Vorwiegend im starren Bereich Walzkupfer mit Temperung Duktilität: ca. 10 % bis 15 % Standarddicken: 17,5 µm; 35 µm; 70µm Anwendung: Vorwiegend im flexiblen Bereich

27 Polyimid mit Acrylklebesystem Kupfer (17); 35; (70)µm Kleber 25 µm Polyimid (25); 50; (75) µm Kleber 25 µm Kupfer (17); 35; (70)µm

28 Polyimid ohne Acrylklebesystem AP-Material Kupfer (17); 35; (70)µm Ankerpolyimit 3-7 µm Polyimid 50 µm gesamt Dickentoleranz +/- 12% Ankerpolyimit 3-7 µm Vorteile: -Niedrige Z-Achsenausdehnung - Brennbarkeitsklasse 94 V-0 - hohe Temperaturbeständigkeit 288 C/10 sec. Kupfer (17); 35; (70)µm

29 Werkstoff: Polyimid (PI) Polyimid (PI) Polyimid (PI) Aussehen: gelb-braun gelb-braun gelb-braun Wasseraufnahme: 1,3% / 24 h 0,8% / 24 h 1,3% / 24 h Durchschlagfestigkeit: 160 kv / mm (DC) 160 kv / mm (DC) 160 kv / mm (DC) Standartdicke: 50 µm PI + 50 µm PI 25 µm PI mit 25 µm Acrylkleber Acrylkleber Cu Kaschierung: 18 ; 35 µm 18 ; 35 ; 70 µm -- Max Betriebstemperatur der LP: ( 105 C ) ( 105 C ) ( 105 C ) Temperaturbeständigkeit: 288 C / 10 sec. 288 C / 10 sec. 288 C / 10 sec. Handelsbezeichnung: Kapton ; Pyralux Kapton ; Pyralux Kapton ; Pyralux Dielektrizitätskonstante bei 1 MHz: 3,6 bis 4,0 3,2 3,6 bis 4,0 Warenzeichen der Fa. Du Pont Flexibles Basismaterial Acrylkleber kleberlos ( AP ) Deckfolie

30 Werkstoff: Aussehen: Wasseraufnahme: 0,1 % Durchschlagfestigkeit: Standartdicke: Cu Kaschierung: - Glasfaser mit Epoxydharz beschichtet gelb-braun 52 kv / mm (DC) Max Betriebstemperatur der LP: ( 105 C ) Temperaturbeständigkeit: Handelsbezeichnung: 45 µm (104 Gewebe) ; 50 µm (106 Gewebe) ; 75 µm ( 108 Gewebe) 288 C / 10 sec. (Lötbar) No Flow Prepreg Dielektrizitätskonstante bei 1 MHz: bei 1,5 mm ~4,8 ; bei 0,2 mm ~4,3 Vorteil: Klebesysteme ( Verbundmaterial ) No Flow Prepreg geringe Z-Achsenausdehnung

31 Klebesysteme ( Verbundmaterial ) Vor- u. Nachteile Epoxy Acryl Haftfestigkeit: ca. 0,9 KN/m ca. 1,6 KN/m Temperaturbeständigkeit ca. 260 C/5 sec. ca. 288 C/10 sec. Ul Zulassung 94 V- 0 keine bzw. 94 V 0 bei FR Material (FR = flame resistant) Plasma nicht notwendig Plasma notwendig preisgünstiger

32 Flexlaminat mit geätztem Leiterbild

33 Deckfolie

34 Verbundlaminat

35 Starres Laminat

36 Kupferfolie

37 Prozessablauf anhand einer starr-flexiblen Leiterplatte

38 Aufbau der starr-flexiblen Leiterplatte Lage CU Stärke Films chicht Schichtaufbau Materialart Dicke in µm BS Cu 5 2 CU 35 3 Cu 35 4 Cu 35 5 Cu 35 LS Cu 5 FR4 360 No Flow Pr. 75 No Flow Pr. 75 Deckfolie 50 Flexmat. 50 Deckfolie 50 No Flow Pr. 75 No Flow Pr. 75 FR4 360 theor. ENDDICKE (s.u.) 1,27 mm Toleranz der Enddicke +-12% Enddicke ohne galv. Schichten

39 Netzplan zur Herstellung einer starr-flexiblen Leiterplatte D starre Lagen A B C F Arbeits- Vorbereitung flexible Lagen Deckfolie auf flexible Lagen pressen starr- flexible Leiterplatte pressen E Verbundmaterial

40

41 Innenlagenanbindung ohne Thermotest mit Thermotest

42 Sacklochtechnik

43 Versiegeln von Übergangskanten für starr-flexible Leiterplatten ( ECCOBOND ) Prinzipdarstellung Starrer Bereich Flexibler Bereich Kenndaten: Werkstoff: Handesbezeichnung: ECCOBOND Epoxidharz ECCOBOND Temperaturbeständigkeit: -55 C bis C Farbe: Spannungsfestigkeit: transparent 15,6 KV / mm Dieelektrizitätskonstante: 5

44 Kantenversiegelung

45 Flexlam-Schaltungen Vorteil: Material preisgünstiger Nachteil: Biegeradius größer

46 Verschiedene Lagenaufbauten Lagenaufbau 0 Vorschlag Lagenzahl: 6 davon flexibel: 4 Lagerort: LP- TYPE Kunde: Anmerkung: Lage Cu Stärke Film- Schichtaufbau Material Material- Dicke Schicht Art Bezeichnung in µm BS Cu * 18 abätzen 2 Cu 35 3 Cu 35 4 Cu 35 5 Cu 35 abätzen LS Cu * 18 xx nur doppelseitig kaschiertes Material verwenden FR4 0,41 18 xx 410 No Flow Pr No Flow Pr No Flow Pr Deckfolie LF Flexmat. AP9121R 50 Verbundfolie LF Flexmat. AP9121R 50 Deckfolie LF No Flow Pr No Flow Pr No Flow Pr FR4 0,41 18 xx 410 Dicke ohne Cu im µm 1535 Summe: 176 µm plus Cu bei Faktor: 50% 88 ENDDICKE in mm 1,62 Toleranz der Enddicke: % Anmerkung: straschu Leiterplatten GmbH Oldenburg Lagenaufbau 0 Lagenzahl: 12 davon flexibel: 8 Lagerort: LP- TYPE Kunde Anmerk.: Starrflex mit sog. Stufentechnik Lage CU S tärke Filmschicht Materialart Materialbezeichnung Dic ke in µm starr Bereich 1u.2 Bereich 3 u.4 starr BS Cu 18 2 Cu 35 3 Cu 35 4 Cu 35 5 Cu 35 6 Cu 35 7 Cu 35 8 Cu 35 9 Cu Cu Cu 35 LS Cu 18 straschu Leiterplatten GmbH Oldenburg FR4 0, No Flow P No Flow P No Flow P Deckfolie LF Flexmat. AP Deckfolie LF No Flow Pr No Flow P Deckfolie LF Flexmat. AP Deckfolie LF No Flow Pr No Flow P Deckfolie LF Flexmat. AP Deckfolie LF No Flow Pr No Flow P Deckfolie LF Flexmat. AP Deckfolie LF No Flow P No Flow P No Flow P FR4 0, Basismaterialdicke in µm µm Cu plus Cu in µm bei Faktor: 70% 270 ENDDICKE in mm 2,25 Ausgleichspolster LF0220 Toleranz der Enddicke: %

47 Verschiedene LP-Muster 6 Lagen, davon 4 flexibel

48 Verschiedene LP-Muster Starrflexible Leiterplatte 12 Lagen, davon 4 flexibel

49 Verschiedene LP-Muster Gebohrte Deckfolie Flexible Lötstoppmaske

50 ESO Teleskop in Chile

51 Verschiedene LP-Muster

52 Verschiedene LP-Muster DLR

53 Verschiedene LP-Muster

54 Verschiedene LP-Muster

55 Verschiedene LP-Muster

56 Verschiedene LP-Muster

57 Verschiedene LP-Muster

58 Verschiedene LP-Muster

59 Verschiedene LP-Muster Sacklochtechnik am Beispiel einer zwei Lagen Flex-LP

60 Sackloch einseitig gelasert in 50 µm Polyimid Sackloch galvanisiert

61 Sackloch angeätzt Sackloch nicht angeätzt

62 BGA-Seite Sackloch-Seite

63 Verschiedene LP-Muster LongFlex Kunde: ESO Erste Starr-Flex mit erhöhten Längenanforderungen

64 Anwendungsgebiete: Medizintechnik Luft- und Raumfahrt Automobil Maschinensteuerung Sensortechnik Militär- und Systemtechnik Beleuchtungssysteme Anzeigen- und Notfallsysteme Messtechnik Robotertechnik

65 LongFlex nach dem Bestücken ohne Nutzenrahmen

66 Leiterplatte bei der Montage

67 Leiterplatte nach der Montage

68

69 Informationen zu den Vorträgen

70 Auszüge aus Starr-Flex-Richtlinie

71 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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