Hightech in der Leiterplatte

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1 Hightech in der Leiterplatte Thomas Gottwald & Christian Rössle

2 Schweizer Electronic AG Multilayer HDI dk ndk Sonstige 162 Jahre Partner für Qualität, Zuverlässigkeit und Beratung Optimierte Fertigungslandschaft für Klein-, Mittelund Großserien Innovative Lösungen für Leistungselektronik, Embedding und Systemkosten- Reduktion 4% 3% mehr als Leiterplatten 25% 44% 23% Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 2

3 Technologie USPs High Power Steckverbinder Technologie abgestimmt auf High Power Leiterplatte Isolationsspannungen bis zu 5kV Miniaturisierung mit HDI & Embedding Lösungen Signifikant verbesserte elektrische Eigenschaften Bestmögliche Wärmeableitung Max Ströme über 1000 Ampere Systemkosten - Reduktion z.b. Keramikersatz durch LP 3D Leiterplatten für Bestmöglichen Formfaktor Höchste Frequenzen z.b. 77 GHz Boards mehr als Leiterplatten Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 3

4 Hohe Nachfrage nach High Power Applikationen ecar/ Hybrid Automobil Lüfter Motivation: - Mehr Komfort Elektro- Pumpen DCB Ersatz - Weniger Kraftstoff Verbrauch - Weniger CO2 Emission Start Stop Power Steering Dafür wird mehr elektrische Leistung benötigt, aber Batteriespannung noch bei 12/14V Mehr Strom über Leiterplatte Getriebe (Starter)/ Generator (Zusatz-) Heizer Lösungen Wärmemanagement Durch ecar/ Hybrid - trotz dann höherer Spannung - erst am Anfang dieses Trends Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 4

5 Hohe Nachfrage nach High Power Applikationen Aber auch viele Industrieanwendungen Industrie (inkl. Solar) benötigen smarte Lösungen für die Schweißen Herausforderungen der Leistungselektronik. DCB Ersatz Erneuerbare Energien auch: 10 C weniger durchschnittliche Erwärmung eines Wechselrichters verdoppelt seine Lebensdauer (Quelle: Photon) Lüfter Wechselrichter Markt PCB Leistungselektronik: Heute: > 2 Mrd. USD Antriebe USV Energie Zähler Wachstum: > 15%/ Jahr Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 5

6 Miniaturisierung, immer mehr Funktionalität auf kleinerem Bauraum Leiterplatte inside nicht an der Seite Erste Applikationen zeigen gleichgroße Silizium (Halbleiter) wie Leiterplattenfläche Source: CPM Source: UBM TechInsights, eetimes Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 6

7 Neben einer Performance Verbesserung geht es immer um den Preis Der wichtigste elektrische Parameter ist der Preis! Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 7

8 Leiterplatten sind weit mehr als nur Standardprodukte Leiterplatten sind weit mehr als nur Standardprodukte unsere Lösungen ecar/ Hybrid Automotive Elektro Pumpen Lüfter DCB Ersatz Industry Schweißen Leiterplatte inside nicht an der Seite Erste Applikationen zeigen gleiche Silizium (Halbleiter) wie Leiterplattenfläche Der wichtigste elektrische Parameter ist der Preis! Start Stop Power Steering Wechselrichter Getriebe (Starter)/ Generator (Zusatz-) Heizer USV Energie Zähler Source: CPM Source: UBM TechInsights, eetimes Leistungselektronik Embedding Systemkosten-Reduktion Sie schalten hohe Ströme und/oder müssen viel Wärme abführen? Leistungselektronik ist unser Fokus! Ihre Leiterplatte wird für die benötigte Funktionalität zu klein? Bauteilintegration in die Leiterplatte ist unser Fokus! Wettbewerbsfähigkeit steht bei Ihnen an erster Stelle? Intelligente Lösungen um Kosten einzusparen sind unser Fokus! Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 8

9 Unsere innovativen Lösungen Leistungselektronik Dickkupfer Wirelaid Combi Board IMS Board Inlay Board Water Board Embedding i² Board RFID Board Cavity Board µ² Pack p² Pack Systemkosten-Reduktion FR4 Flex HDI Combi Board Copper Via Filling HF Board all in 1 PCB Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 9

10 Leistungselektronik Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 10

11 Unsere Lösungen für die Leistungselektronik Dickkupfer Wirelaid IMS Board Combi Board Inlay Board Logik-Teil: z.b.: 6 Lagen, 35µm Basiskupferdicke Hochstrom Bereich: z.b.: 2 Lagen, 400µm Dickkupfer Dickkupfer und Feinleiter in einer Leiterplatte Standard Inlay Schweizer Inlay Board Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 11

12 Zusammenfassung: Qualitative Übersicht an Lösungen für die Leistungselektronik Daumenwerte Beste Lösung für Ströme bis ca. 25 Ampere Thick Copper Kostengünstigste Lösung für Ströme >25 Ampere und wenig Netze Kostengünstigste Lösung für Ströme >25 Ampere und viele Netze Optimierte Lösung für maximale Entwärmung Optimierte Lösung für maximale Entwärmung und Stromtragfähigkeit Wirelaid Combi Board IMS Board Inlay Board Logik & Power (auf einer Ebene) Stromtragfähigkeit Kosten Entwärmungseigenschaften Miniaturisierung D Fähigkeit Wir finden das Optimum für Sie Design 2 Cost Study Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 12

13 Keep Cool High Power PCB meets High Power Connector Für jede Anwendung die passende Hochstromlösung in Zusammenarbeit mit Wirelaid 76 A Delta T von 43K Combi Board 100 A Delta T von 31K Inlay Board 150 A Delta T of RT von27c Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 13

14 Sie haben einen Kühlkreislauf? Nutzen Sie die Vorteile unseres Water Board! Verschiedene Strömungskanäle verfügbar Kombinierbar mit Lösungsansätzen für Leistungselektronik und Embedding under In Entwicklung development Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 14

15 Embedding Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 15

16 Unser Embedding Baukasten Embedding Ziele: 1) Miniaturisierung (x, y, z) 2) Performance Verbesserung 3) Aktiver IP Schutz 4) Potential zur Systemkosten-Reduktion i² Board, p² Pack, Cavity Board, µ² Pack Oktober für Logik Embedding für Power Embedding z.b. für HF Boards für Halbleiter Gehäuse i² Board = integrated interposer Board p² Pack = power PCB Pack - µ² Pack = µ thin µ pitch Pack Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 16

17 i² Board Technologie Grundsätzliche Idee des Schweizer i² Boards: Embedding eines bestückten Interposers anstelle eines ungehäusten Chips Angleichen der großen Strukturunterschiede zwischen Leiterplatten und Halbleitern Sehr dünner Interposer bestehend aus FR-4 Indirekte Ankontaktierung Chip Interposer PCB Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 17

18 Prozessablauf am Beispiel 6 Lagen Multilayer einfach durchkontaktiert Multilayer Außenlagen durchkontaktieren verpressen strukturieren Cu Folie Prepreg Innenlage strukturiert Prepreg Interposer Prepreg Innenlage strukturiert Prepreg Cu Folie Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 18

19 Voll automatisiertes Embedding der Interposer ab Juni 2011 verfügbar Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 19

20 Unser Embedding Weltrekord BMBF Pariflex RFID Label PCB-thickness: 0,8mm Chip-pitch 50µm Interposer 25µm lines/spaces 4 Display-driver 298 I/Os 2 Logic-components Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 20

21 i² Board - Potential und Vorteile Potenziale: Minimale Chip Pitches werden handhabbar z.b.: > 200 I/Os, 50µm pitch, Interposer 25µm L/S Verarbeitung auf Leiterplatten Standard Equipment Kein Zusatzaufwand beim Halbleiterhersteller zur Umverdrahtung z.b. für RDL, Standardhalbleiter keine speziellen Paddesigns & Oberflächen notwendig Auf teures Bare Die Testen kann eventuell verzichtet werden Ihre Vorteile: Große Platzersparnis auf der Oberfläche Einsparung teuerer Bauelemente Gehäuse und Abschirmungs- Maßnahmen LP-Komplexität kann sinken Bestmögliche Ausbeute bei der Endbestückung Systemkostenreduktion durch Miniaturisierung möglich Aktiver IP Schutz Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 21

22 p² Pack zum Ersatz von DCB (Keramik) Substraten Typisches Applikationsbeispiel B6 Brücke Power Steering Lüfter High End for: Engine & HVAC ecar/ Hybrid Herausforderungen Hochspannung + AC/DC & DC/DC Hochstrom DCB ist teuer Formfactor Klassische Halbleiter Gehäuse kommen an ihr Limit Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 22

23 Beispiel für Medium Power Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 23

24 Beispiel für High Power Lösung Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 24

25 Beispiel für eine High Power Lösung Gate-Control Phase Pins DCB Substrate Recovery diode Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 25

26 p² Pack - die Drive Lösung! Applikation: Hochstrom Brückenanwendungen ( ) ( ) + DC/DC & AC/DC M Option A M Option B mit Combi Board Power PCB Pack p² Pack in Entwicklung Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 26

27 Zusammenfassung der Vorteile des p² Pack Thermosimulation. Vergleich zu Keramik Quelle: Fraunhofer Besserer Rth als Keramik/ bessere Ableitung von Verlustleistung Robusteres Design Verbesserte elektrische Eigenschaften - Besserer Ron - Besserer Zth Kleinerer Formfaktor/kompaktere Bauweise möglich Systemkosten voraussichtlich geringer Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 27

28 Lösungsansatz: µ² Pack Konzept Klassische PCB Technologie hat das Potential Halbleiter Gehäuseeigenschaften zu verbessern 1 bis zu 50µ Super dünne Multi Chip Gehäuse Kundenspezifische Padkonfiguration 2 Verbesserter Ron, Rth, Zth im Vergleich zu klassischen Bonddrähten und Streifen für mehr Information bitte kontaktieren Sie uns Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 28

29 Schweizer Systems adressiert die Herausforderungen des Embedding Business Modells Klassisches Modell Embedding Modell Kunde Halbleiter / Passive Supplier Kunde Halbleiter/ Passive Partner + Institute und Hochschulen Spezieller Fokus auf Dreiecks Business Modell: Kunde Halbleiter und/ oder Partner für Passive und Schweizer Wertschöpfungskette Halbleiter/ Passive Buying Power sollte bei Kunden bleiben Performance/ Leistung Qualitätsübergänge und Anlieferformen/ -formate, Verträge müssen klar geregelt sein Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 29

30 Systemkosten- Reduktion Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 30

31 Hochfrequenzlösungen für den stark wachsenden Abstandsradar-Markt sind unser Fokus Mischaufbauten Sondermaterial - Standardmaterial HF-Basismaterial Standard FR-4 HF-Basismaterial Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 31

32 Sparen Sie mit uns! In vielen Anwendungsfällen kann unser FR4 Flex eine deutlich teurere Starr Flex Leiterplatte ersetzen! ~30-50% Preisvorteil bei vergleichbarer LP Grösse, Layout, Layeraufbau und -anzahl Vorteile Starr Flex Dauerwechselbelastung Uneingeschränkter Biegeradius sowie Biegeform Vorteile FR4 Flex bewährte FR4 Standardprozesse bei Herstellung sowie Bestückung große Designfreiheit (nahezu alle üblichen Aufbauten können realisiert werden ) gleiche Qualitätseigenschaften wie bei der Standard FR4 Familie (Zyklenfestigkeit, Lötbarkeit, etc.) Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 32

33 all in 1 PCB kombinieren Sie unsere Lösungsansätze Heute haben viele Lösungen mehr als ein PCB im Einsatz WARUM? Beispiel: Logik Embedding Option Logic 6-8 Lagen 4 Lagen SMD 4 Lagen Power 35µ Kupfer + Wirelaid z.b. 6 Lagen Planar Trafo Inlay Board für Power Endstufen (MOS/ IGBT) Power Embedding Option i² Board FR4 Flex p² Pack Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 33

34 4-Lagen 35 µm Cu 4-Lagen 210 µm Cu 2-Lagen Wirelaid Cu-Inlay 2 mm 6-Lagen HDI Innenlage 2 mm Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 34

35 Zusammenfassung Cu-Inlay 2 mm dick CombiBoard 4 x 35 µm Cu CombiBoard 4 x 210 µm Cu Wirelaid Einlegeteil (2 x 35 µm Cu + Drähte 250 x 800 µm) HDI-CombiBoard 6 x 18 µm Cu Embedding Lösungen und MEHR sind möglich Via-Plugging überplattiert (Via in pad) Laservia (filling) φ 130µm Mechanische Tiefenbohrungen φ 500µm / 400µm tief Dk Durchmesser > 7 mm 5 mil Strukturen bei 70 µm AL-Cu 2 Cu-Lagen im Flex-Bereich Combi-Plattierung Panel/Patternplating Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 35

36 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Besuchen Sie uns auf Schweizer Electronic AG Sales & Marketing Weitergabe, Veröffentlichung nur mit Zustimmung der Schweizer Electronic AG Seite 36