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1 Studium Physikalische Technik Entwicklungsingenieur bei Telefunken, Bürkert Produktmanager seit 1994 bei WE verheiratet, 4 Kinder andreas.schilpp@we-online.de Folie 1 copyright Würth Elektronik Stand Schilpp Trocknen vs. Tempern Vorschlag: Trocknen < Tg < Tempern aus andreas.schilpp@we-online.de Folie 2 copyright Würth Elektronik Stand Schilpp

2 Feuchtigkeit und Wärmeprozesse Modellvorstellung 1? Folie 3 copyright Würth Elektronik Stand Schilpp Feuchtigkeit und Wärmeprozesse Modellvorstellung Adsorption von Wassermolekülen auf der LP-Oberfläche Desorption von der LP-Oberfläche Diffusion der Wassermoleküle in das Laminat, rf, t 1 2 H 2 O H 2 O H 2 O andreas.schilpp@we-online.de Folie 4 copyright Würth Elektronik Stand Schilpp

3 Feuchtigkeit und Wärmeprozesse Fehlerbilder Folie 5 copyright Würth Elektronik Stand Schilpp Feuchtigkeit und Wärmeprozesse Zusammenhänge und Fehlermechanismen Materialmix mit unterschiedlicher Feuchteaufnahme (z.b. Flexmaterial!) Materialmix auch mit unterschiedlicher Wärmeausdehnung CTE Mismatch Diffusion der Feuchte treibende Kraft ist der Konzentrationsunterschied bis zur Sättigung abhängig vom Material, langsamer Prozess Feuchteangebot stark temperaturabhängig Diffusionsgeschwindigkeit ist temperaturabhängig Wasserdampfdruck durch Aggregatszustandsänderung bei Anhäufung von Feuchte an Grenzflächen dito bei Hohlräumen und Feuchte darin Reduzierung der Haftung / Bindungskräfte von Klebern durch Feuchte Hydrolyse: Zersetzung der Kunststoffe, Degradation Wasserdampfgehalt in der Luft bei verschiedenen Temperaturen Quelle: hysik/feuchte.html andreas.schilpp@we-online.de Folie 6 copyright Würth Elektronik Stand Schilpp

4 Einflußgrößen Material Lagerung Verpackung Folienmaterial: Dichte, Materialmix Verpackung MVTR, punture strength Dicke Dauer Trockenmittel (Qualität) Feuchteaufnahme Temperatur Alu-Beschichtung Temperaturbeständigkeit Feuchte Feuchtegehalt Anordnung Kupferflächen Ofentechnologie Multilayeraufbau Trockenzeit Kupferverteilung Temperatur Layout Trocknung Folie 7 copyright Würth Elektronik Stand Schilpp Einfluß Zeit andreas.schilpp@we-online.de Folie 8 copyright Würth Elektronik Stand Schilpp

5 Einfluß Ofentechnologie Quelle: Fa. Heraeus Umlufttrockenschrank Vakuum Trockenschrank Folie 11 copyright Würth Elektronik Trockenlagerschrank Stand Schilpp Einfluß Ofentechnologie Trockenlagerschrank Folie 12 copyright Würth Elektronik Quelle: Fa. Totech Stand Schilpp

6 Einfluß Trockentemperatur Desorptionskoeffizient rel. kdes T [ C] 80 C ist ineffizient! Empfehlung: Trocknung bei 125 C andreas.schilpp@we-online.de Folie 14 copyright Würth Elektronik Stand Schilpp Einfluß Ofentechnologie Feuchteaufnahme andreas.schilpp@we-online.de Folie 15 copyright Würth Elektronik Stand Schilpp

7 Einfluß Ofentechnologie Trocknung Umluftofen ist schneller als Vakuum (entspricht Trockenschrank C andreas.schilpp@we-online.de Folie 16 copyright Würth Elektronik Stand Schilpp die big points Trocknen von Flex / Starrflex vor Bestück/Lötprozess notwendig Trocknen ist auch notwendig vor Reparatur / Handlötung! Logistik wichtig (Mehrfachlötungen! Wartezeiten) Lötprofil hat Einfluß auf Delaminationsrisiko Vorheizung im Lötprozess ist nicht ausreichend Trocknungsprozess: Empfehlung: Umluftofen bei 125 C Trocknungszeit abhängig von Aufbau, Dicke, Layout nicht im Stapel trocknen Verschmutzungen im Ofen verschlechtern die Lötbarkeit Flexlage außen trocknet schneller als Flexlage innenliegend Öffnungen in Kupferflächen sind wichtig andreas.schilpp@we-online.de Folie 17 copyright Würth Elektronik Stand Schilpp

8 Löt-Oberflächen Starrflex / solder surfaces flexrigid Oberflächen bei Starrflex in Europa andreas.schilpp@we-online.de Folie 18 copyright Würth Elektronik Stand Schilpp Meßmethode Benetzungsmessung Wettabiltiy measurements wetting force 2,5 2 F max 1,5 1 2/3 F max 0, , t 2/3 Fmax t [sec] solder reservoir wetting scale HAL pbfrei ist ähnlich ungünstig wie isn measurements done by ISIT andreas.schilpp@we-online.de Folie 19 copyright Würth Elektronik Stand Schilpp

9 Löt-Oberflächen - bleifrei HAL Schichtdickenunterschiede sehr dünne Bereiche Lötbrücken zwischen SMD Pads mit einem Pitch 500μm andreas.schilpp@we-online.de Folie 20 copyright Würth Elektronik Stand Schilpp Trocknen mit chemischer Oberfläche / Drying chem. Silber: Selbst nach einer Trocknung von 4 Stunden bei 120 C zeigten die Silberoberflächen noch eine gute Benetzungszeit von < 2 s. Auch nach mehrfachem Reflowlöten an Luft und Wellenlöten (Nr. 13) war die Benetzungszeit als Maß für die Lötbarkeit sehr gut. chem. Zinn ist nicht empfehlenswert, außer smarttin! immersion silver: Even after a drying time of 4 h at 120 C immersion silver surfaces still perform a good wetting time of < 2 sec. Also after multiple reflow soldering in ambient condition and wave soldering (No.13) the wetting time as measure for solderability remained very well immersion tin could not be recommended with the exception of new smarttin. andreas.schilpp@we-online.de Folie 21 copyright Würth Elektronik Stand Schilpp

10 Trocknen mit chemischer Oberfläche Vergleich Zinn ( alt ) - smarttin 2xReflow 240 C +2w Silber NiAu bleifrei HAL Zinn "konventionell" Zinn "advanced" 7 Benetzungszeit 2/3 Fmax [sec] Silber NiAu bleifrei HAL Zinn "konventionell" Zinn "advanced" andreas.schilpp@we-online.de Folie 22 copyright Würth Elektronik Stand Schilpp Zusammenfassung das Thema Trocknen ist sehr komplex und von den jeweiligen individuellen Gegebenheiten abhängig Bei der Prozessplanung für die Verarbeitung von flexiblen und starrflexiblen Leiterplatten und auch anderen feuchteempfindlichen Materialien muss eine adäquate Trocknung berücksichtigt werden, die Auswirkungen auf die Lötbarkeit eingeschlossen. Lötprofile sollten so schonend wie möglich gestaltet werden. Prozessflow und Logistik sind anzupassen. Alternativen im Material, Aufbau und Design sollten konsequent genutzt werden, um das Trocknungsverhalten zu optimieren. Bezüglich der Lötoberfläche gibt es ebenfalls Alternativen. FRAGEN? andreas.schilpp@we-online.de Folie 33 copyright Würth Elektronik Stand Schilpp