IPC Normungen zum Bereich Micro Vias/HDI

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Uwe Kopp
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1 IPC Normungen zum Bereich Micro Vias/HDI Lars-Olof Wallin IPC European Representative

2 Was ist gut in Österreich? Ordnung! Hochindustrialisiert! Grosses Exportvolumen! Hightech Produkte! Hohe Qualität und Zuverlässigkeit! Höflichkeit! Wein! Skilauf!

3 Warum verwendet man Normen & Richtlinien? In der Elektronikkette? Ordnungshalber!

4 Was ist nicht gut in Österreich? Grammatik! Dialekte! Sie, Herr, Frau und kein Du!

5 Wer sind Sie? Betriebsleiter oder Direktor? Elektronik - Konstrukteur? CAD Bediener? Zuständig für die Leiterplattenherstellung? Einkäufer von Leiterplatten/Bauteilen/Bestückung? Bestückungsexperte? Löt und/oder Umschmelze Experte? Verantwortlich für Qualität und Zuverlässigkeit? Ihre Erfahrungen von HDI?

6 Welche Erwartungen haben Sie an den heutigen Vortrag? Ein paar Stunden ohne Arbeit?

7 Welche Erwartungen haben Sie heute? Die Antwort ist: Sie hoffen Gold zu finden!!

9 Ich kann BLEI in GOLD verwandeln!!

10 Ihr Arbeitsgebiet!!

11 Wer ist Lars Wallin? Europäischer Repräsentant der IPC. Seminare Leiter und Referent. Schreibt mehrere Artikel in schwedischen und internationalen Zeitungen. Früher Lehrer an der Königlich Technischen Hochschule in Stockholm.

12 Wer ist Lars Wallin? 11 Jahre verkaufen Maschinen und Material für die Elektronik Industrie in Skandinavien. 3 Jahre im ein CAD Unternehmen. 6 Jahre im zwei Leiterplatten Hersteller. 5 Jahre im ein Bestücker. 8 Jahre am IPC.

13 Unterlagen Layout über eine Entwicklungs-Abteilung. Layout über eine Leiterplattenfabrik. Fehlerbilder von ein Loch in Deutch. IPC Baum in Deutch. OEM Broschur in Deutch. IPC Katalog.

14 Elektronikkonstruktion CAD CAM

17 AGENDA Teil 1: Zweck, Hintergrund und Definitionen. Teil 2: Warum IPC Richtlinien benutzen? Teil 3: IPC Richtlinien für Design und CAD von HDI Leiterplatten. Teil 4: IPC Richtlinien für Basismaterial für HDI. Teil 5: Produktion von HDI und Micro Vias sind ein beißen kompliziert.

18 IPC Teil: 1A HDI Multi Layer Karten Historische Hintergrund

Multilayers 1968-2008 1968 HP9100 Desk computer with a

20 Multilayers HP9100 Desk computer with a 16-Layer PCB. FR4 & PTFE Basis Material. 0,125 mm Trace & Space

21 HP9100 Desk computer with a 16-Layer PCB. FR4 & PTFE Base Material. 0,125 mm Trace & Space

22 Multilayers Welche Fortschritte wurden in den letzten 40 Jahren gemacht? 1968: 12 Transistoren in einem IC. 2008: Transistoren in einem IC. 2012:? Aber mehr. 2020:? Viel mehr.

23 Pentium III Circuit Substrate 2 Circuit RCC Layer Build-up Micro-vias Direct Chip Attach Silicon Die Solder Mask on Both Outer Surfaces Eutectic Solder Ball 2 Circuit Layer Reinforced Core 2 Circuit RCC Layer Build-up SMT Design for Manufacturing V.E.Solberg

24 Early Solutions Two Die Stacked Variations Sequential Size or Pyramid Die Stack 1.4mm Same Size Die Stack

25 mz Folded Package Innovations Two Die Folded Package Construction 0.8 to 1.0 mm overall thickness Three Die Folded Package Construction <1.0 to 1.3 mm overall thickness

26 2 Flash Die 3 Die mz Folded Package Fold Zone SRAM Die Flex Based Substrate

27 mz Possum (Marsupial) Two Package Stack

30 Good QFN

31 Intel Mobile Pentium Module Overmold Plastic BGA SMT Design for Manufacturing Flip Chip on micro-via laminate V.E.Solberg

32 Was ist HDI Technologie? HDI bezieht sich auf die Mikro Via Technology! 1. Mikro Vias ist 25 Jahre alt. 2. Mikro Vias sind blinde Vias, die in dünnen Substraten eingeschlossen sind, um eine Verbindung zwischen Oberfläche und den darunterliegenden Schichten durch kleine Blindlöcher zu schaffen. 3. Multilayer PCB bestehen aus normalen mechanisch gebohrten Schichten und sequentiell lasergebohrten Mikro Via Schichten. 4. Mikro Vias sind galvanisierte Vias mit einem Ø < 150µm.

33 Was ist HDI Technologie? Geläufigste Methode für die Herstellung von Mikro Vias. UV Laser Bohren. CO2 Laser Bohren. Plasma Ätzen. Mechanisches Bohren.

34 Übersicht über die Via Methoden

35 Laser gebohrt Mikro Vias CO2 Laser UV-YAG Laser

36 Typisches Mikro Via

37 IPC Teil: 1B HDI Multilayer PCB s HDI Möglichkeiten 5 Gründe

38 HDI Möglichkeiten 5 Gründe 1.Reduzierte Kosten: Geringere Anzahl Schichten, bis auf 1/3. Kleinere Kartengrösse, bis auf 40%. Höhere Densität bei niedrigeren.

39 Reduzierte Kosten

41 HDI Möglichkeiten 5 Gründe 2. Verbesserte Eigenschaften: Dünnere, leichtere und kleinere PCB s. Dichtere Leiterbahnenführung. Via in Pad und kleinere Geometrie. Verbesserte elektrische Eigenschaften. Stabilere Spannungszuführung. Geringere Störungen. Viel geringere RFI/EMI.

42 Electrical Eigenschaften für TH & MV

43 Mikro Via Through hole via Micro via Size comparison of micro via with plated through hole.

44 HDI Möglichkeiten 5 Gründe 3. Ermöglicht Konstruktion mit hochtechnologischen Bauteilen: Einfach für BGA s. Weiniger Schichten zum Entflechten von grossen BGA s. Wichtig bei Chip Scale Package. CSP bis auf 0,4 mm sind einfach zu entflechten. Erforderlich für Flip Chip. FC bis auf 0,08 mm sind einfach zu entflechten.

45 CCGA 2577 columns 1,0 mm pitch Xilinx new 2009 package will have 2032 pins!

46 Neue Quad Kerne mit 1288 pins Non Symmetrical I/O & PWR/GND 244 I/O at 0,8 mm Staggered 551 I/O at 0,7 mm Depopulated 493 I/O at 0,7 mm Matrix

47 HDI Möglichkeiten 5 Gründe 4. Schneller zum Markt: Schnellere Entflechtung. Leichtere Platzierung von doppelseitige SMT. Mehr Platz für Bauteile. Via im Pad.

48 HDI Möglichkeiten 5 Gründe 5. Höhere Zuverlässigkeit: Proben von Mikro Vias ergaben höhere Zuverlässigkeit. Laserbohrungen ermöglichen die Verwendung von mehreren Schichten. Aspekt Ratio ist < 1:1. Verbesserte thermische Eigenschaften. HDI verwendet dünne Isolationsschichten. HDI verwendet Material für hohe Temperaturen.

49 IPC Teil: 1C HDI Multilayer PCB s Definitionen und Verschiedene HDI Schichtenaufbauten

50 Typ 1 Konstruktion IPC-2226

52 Typ 1 Konstruktion Source: Charles Pfeiles

53 Typ 1 Konstruktion 1 RCC oder Prepreg Schichten Built up Material Core Material Prepreg Material

54 Typ 1 Konstruktion 2 RCC oder Prepreg Schichten Built up Material Core Material Prepreg Material

55 Typ II Konstruktion IPC-2226

56 Typ II Konstruktion Source: Charles Pfeiles

57 Typ II Konstruktion With Stacked vias Source: Charles Pfeiles

58 Typ II Konstruktion 2 RCC oder Prepreg Schichten + 1 Burid via Built up Material Core Material Prepreg Material

59 Typ III Konstruktion IPC-2226

60 Typ III Konstruktion Source: Charles Pfeiles

61 Typ III Konstruktion 4 RCC or Prepreg Layer + 1 Burid via Built up Material Core Material Prepreg Material Via fil Material

62 Karakteristische Parameter für alle HDI Typen Karakteristische Parameter Geläufige Grössen

63 IPC Teil: 1D HDI Multilayer PCB s Bohrungsmodelle für Via

64 Verschiedene Via Bohrungen Source: Charles Pfeiles

65 Verlängerung von Buried Vias Dadurch kann einen Bohroperation entfallen. Source: Charles Pfeiles

66 Stapeln von Mikro Vias und Begrabet Vias Source: Charles Pfeiles Durch Stapeln von Vias erzielt man hohe Flexibilität beim Entflechten

67 Typische HDI Kartengrössen (Units ; µm) A A B A Material thickness <0,8mm 0,25 drilled via hole >0,8mm 0,30 drilled via hole B Can be landless on outer layer A

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