Insert Willkommen your title zum here FED Regionalgruppentreffen 2013 The base for innovation
Standorte Isola USA Corp. Elk Grove, CA Isola Global HQ Chandler, AZ F&E Isola USA Corp. Ridgeway, SC Isola Werke UK Ltd. Glasgow GREAT BRITAIN F&E Isola Fabrics Srl. Brugherio ITALY Isola GmbH Düren GERMANY Isola Asia Pacific Bangalore INDIA Isola Asia Pacific (Singapore) Pte. Ltd. SINGAPORE Isola Laminate Systems (Suzhou) Co. Ltd. CHINA Isola Asia Pacific (Korea) Inc. KOREA Isola Asia Pacific (Taoyuan/Yangmei) TAIWAN Isola Asia Pacific (Hong Kong) Ltd HONG KONG Isola Asia Pacific (Huizhou) Ltd. CHINA Produktion & Vertrieb Nur Vertrieb F&E
Performance isola Materialübersicht I-Tera MT Next Gen Low Loss < 0.0036 @10GHz IS680-345 Low Loss AutoHR IS680-338 Low Loss 185HR IS680-325 Low Loss DE156 IS680-320 Low Loss IS680-300 Low Loss Green Speed 370 HR IS680-280 Low Loss IS415 Tg 155 Halogen Free Laminate 170 Tg Std Loss Lead Free Compatible Auto-HR 170 Tg Cores 0.014, 0.028, 0.035 & 0.042 FR408HRIS FR408HR FR408 Tg 180 Low Dk & Df High Tg 200 C Lead free Signal Integrity Tg 175 HalogenFree High Tg Lead free Low CTE High Reliability I-Speed I-Speed IS Tg 200 Low Df, Low CTE I-Speed on low loss Dk glass Tg 200 Low Loss < 0.0065 @10 GHz Laminate Tg 200, FR408HR on Low Dk Glass IS 620i P96 / P26 P95 / P25 GETEK G200 Ultra Ec 25 FR406N, A11 Polyiminde P26N Tg 225 Low Loss 0,007 @ 10 GHz Laminate Tg 260 Polyimide Laminate V0/V1 Tg 260 Polyimide Laminate HB Getek 180 Tg Low Dk & Df BT / Epoxy Laminate Ultrathin 25 micron Laminate Tg 170 Low Flow / No Flow Prepregs IS400 FR406 High Tg 170 Epoxy Tg 150 Low CTE Lead free Products under launch or to be launched Application
Produktpalette FR406/DE117 170 Tg DE104KF 135 Tg DE104 135 Tg FR402 140 Tg IS400 150 Tg 250HR 150 Tg Green Speed*) 170 Tg DE156 155 Tg IS415 200 Tg Mid Dk/Df 185HR Tg >170 Df = 0.017 370HR 180 Tg IS420 170 Tg IS410 180 Tg I-Tera 200 Tg Mid Dk/Df I-Speed 200 Tg Df<0.0065 IS620i 225 Tg Df=0.0055 0.007 FR408HR 200 Tg Df 0.009 FR408 180 Tg Df 0.012 IS415 200 Tg Df 0.013 IS680-345 Dk 3.45 Df 0.0036 IS680-338 Dk 3.45 Df 0.0036 IS680-333 Dk 3.33 Df 0.0034 IS680-320 Dk 3.20 Df 0.0032 IS680-300 Dk 3.00 Df 0.003 IS680-280 Dk 2.80 Df 0.0028 P26N Polyimide No Flow FR406N A11 DE104 No Flow P96/P26 V-0/V-1 Polyimide P95/P25 HB Polyimide GETEK TM PPO/Epoxy G200 BT/Epoxy Standard FR-4 Epoxy High Reliability FR-4 Halogen Free High Reliability FR-4 High Reliability Signal Integrity RF Microwave No /Low Flow Prepregs Specialty Products Low-Tg/High-Tg Mid-Tg Mid-Tg/High-Tg High-Tg High-Tg/Low Dk/Df Controlled Dielectric Thickness Dk available in 0.020, 0.030 & 0.060 Mid-Tg/High-Tg High-Tg Produktion in Duren
Jenseits von FR4 Basismaterial für die Leiterplattenproduktion jenseits von FR4
Hochfrequenzmaterialien FR406/DE117 170 Tg DE104KF 135 Tg DE104 135 Tg FR402 140 Tg IS400 150 Tg 250HR 150 Tg Green Speed*) 170 Tg DE156 155 Tg IS415 200 Tg Mid Dk/Df 185HR Tg >170 Df = 0.017 370HR 180 Tg IS420 170 Tg IS410 180 Tg I-Tera 200 Tg Mid Dk/Df I-Speed 200 Tg Df<0.0065 IS620i 225 Tg Df=0.0055 0.007 FR408HR 200 Tg Df 0.009 FR408 180 Tg Df 0.012 IS415 200 Tg Df 0.013 IS680-345 Dk 3.45 Df 0.0036 IS680-338 Dk 3.45 Df 0.0036 IS680-333 Dk 3.33 Df 0.0034 IS680-320 Dk 3.20 Df 0.0032 IS680-300 Dk 3.00 Df 0.003 IS680-280 Dk 2.80 Df 0.0028 P26N Polyimide No Flow FR406N A11 DE104 No Flow P96/P26 V-0/V-1 Polyimide P95/P25 HB Polyimide GETEK TM PPO/Epoxy G200 BT/Epoxy Standard FR-4 Epoxy High Reliability FR-4 Halogen Free High Reliability FR-4 High Reliability Signal Integrity RF Microwave No /Low Flow Prepregs Specialty Products Low-Tg/High-Tg Mid-Tg Mid-Tg/High-Tg High-Tg High-Tg/Low Dk/Df Controlled Dielectric Thickness Dk available in 0.020, 0.030 & 0.060 Mid-Tg/High-Tg High-Tg Produktion in Duren
Basismaterial versus Impedanz Einfluss der Cu Folie auf Signalleitung Einfluss des Glasgewebes auf die Impedanz Einfluss des Harzsystems auf die Frequenz
Wo finden man Hochfrequenz? Automotive Immobilisation 30 500 khz Automotive Parking Aid 40 khz City Band 27 MHz RFID Logistic CMP 850 950 MHz Electronic Car Key 433 868 MHz Terrestrial TV VHF 87 230 MHz UHF 470 x 862 MHz Cable TV 4 MHz 1 GHz BlueTooth 2.45 GHz Navigation Systems 1.2 1.575 GHz Digital Telephone 1.880 1.900 GHz Notebooks 2.14 5.0 GHz Mobile Phone (i-phone) 850 MHz 2.2 GHz (UMTS) Follow-up systems 5 GHz Road Toll Systems 2.4 5.8 GHz W-LAN 2.4 5.725 GHz RF Amplifier 2.5 4.0 GHz Networking Systems 3.6 6.25 GHz Router 5-12 GHz Server 4.0 10.0 GHz Optical Systems > 10 GHz TV Astra 13.75 14.0 GHz Satellite TV 10.7 12.75 GHz Defence > 10 GHz DSL Satellite 13.0 15.0 GHz Avionics 10.0 15.0 GHz Automotive Distance Control 24.0 GHz Automotive Adaptive Cruise Control 66-77 GHz 100 MHz 1 GHz 10 GHz 100 GHz
Einfluss der Cu Folien Quelle: EIPC Winterkonferenz Berlin, Jan 2013, Vortrag Raymond Gales
Entwicklung der Rauigkeit Quelle: EIPC Winterkonferenz Berlin, Jan 2013, Vortrag Raymond Gales
Entwicklung der Rauigkeit 10 microns Standard Foil STD HTE 5-9.9 microns Low Profile LP < 5 microns Very Low Profile DSTF/RTF evlp/h-vlp
Skin Effekt Ds niedrig Dw Skin Effekt Stromfluss Stromdichte hoch δ = 2 ω µ σ δ= skin depth (m) µ= permeability (4π* 10-7 H/m) π= pi ρ= resistivity (Ω*m) ω= radian frequency = 2π*f (Hz) σ= conductivity (mho/m), Frequency Skin Depth (Copper) 50 Hz 9.3 mm 10 MHz 21 µm 100 MHz 6.6 µm 1 GHz 2.1 µm 10 GHz 0.66 µm
Unterschiede in der Cu Folie Resist Seite Standard foil Bonding Seite ~10 µm Frequenz Skin Tiefe 10 MHz 21 µm Frequenz Skin Tiefe 100 MHz 6.6 µm Signal Pfad
Einfluss der Rauigkeit Quelle: EIPC Winterkonferenz Berlin, Jan 2013, Vortrag Raymond Gales
Cisco i-tera MT SI Test 4 Cisco Testboards aus i-tera MT Material wurden auf ihre Eigenschaften bezüglich Signalintegrität (SI) gestest. 1. RFT E (blau) Reverse Treated Foil (RTF) mit Standard E - Glasgewebe 2. RFT L (rot) Reverse Treated Foil (RTF) mit Low Dk - Glasgewebe 3. VLP2 E (gelb) Very Low Profile (VLP) Folie mit Standard E - Glasgewebe 4. VLP2 L (magenta) Very Low Profile (VLP) Folie mit Low Dk - Glasgewebe
Einfluss auf Dk Einfluss der Cu - Treatment Rauhigkeit auf den Verlustfaktor
Einfluss auf Dk Einfluss des Glasgewebes auf den Verlustfaktor
Einfluss auf Tan δ Einfluss des Glasgewebes auf den Verlustfaktor
Einfluss auf Tan δ Einfluss der Cu - Treatment Rauigkeit auf den Verlustfaktor
Cu Folien Einfluss
Glasgewebetypen 106 Kette / Schuss: 22 x 22 (Fäden pro cm²) Dicke 0,033 mm 1080 Kette / Schuss: 23,6 x 18,5 (Fäden pro cm²) Dicke 0,053 mm 2116 Kette / Schuss: 23,6 x 22,8 (Fäden pro cm²) Dicke 0,033 mm 7628 Kette / Schuss: 17,3 x 12,2 (Fäden pro cm²) Dicke 0,033 mm
Gewebetyp 106 Vermessung der Glasfäden und Freistellen im Gewebe
Impedanz über Glasgewebe Figure 1. 1080 Glass Cloth with 3.5 Mil Wire Figure 2. Impedance vs. Length over 1080 Glass By simply changing the style of glass used in the laminate, the problems of varying impedance and velocity have been substantially reduced. Figure 3. 3313 Glass Cloth with 3.5 Mil Wire Figure 4. Impedance vs. Length over 3313 Glass Quelle: April Article for Circuitree prepared by: Lee W. Ritchey, Speeding Edge 2/13/07
Impedanz über Glasgewebe Aufgrund der höheren Glasdichte hat Signalleitung A eine deutlich andere Impedanz - Eigenschaften als Signalleitung B in Bezug auf die Referenzlage C. Eine deutliche Verbesserung kann durch Spread Fibres Gewebe erzielt werden. viel Glass A viel Harz B C Signallage Bezugslage Harz Dk = ~ 3.5 Glassgewebe Dk = ~ 6.6 Quelle: Bild Polar Instruments
Layout zu Glasgewebe Statistische Verteilung des Verlaufs und der Platzierung von Layoutelementen über Glasgewebe REM Aufnahmen der Firma Multek, Böblingen Quelle: Qualification of PCB in The PCB Magazine Nov. 2012
Glasgewebetyp 106 Standard Square Weave Spread Fibers Glasgewebe 106 1067 1067 Spread** Gewicht (g/m²) 24 31 31 Fadenzahl pro cm 22.0 x 22.0 27.6 x 27.6 27.6 x 27.6 Garn (Kette / Schuss) EC5 11 / EC5 11 EC5 11 / EC5 11 EC5 11 / EC5 11 Glasdicke (mm) 0.033 0.035 0.035 Verpresste Dicke* (mm) 0.050 0.060 0.054 0.064 0.054 0.064 * Approximate thickness yield range dependant on design, resin content and resin type. ** Courtesy of Isola Fabrics
Glasgewebetyp 1080 Standard Square Weave Spread Fibers Glasgewebe 1080 1086 1086 Spread** Gewicht (g/m²) 47 54 54 Fadenzahl pro cm 23.6 x 18.5 23.6 x 23.6 23.6 x 23.6 Garn (Kette / Schuss) EC5 11 / EC5 11 EC5 11 / EC5 11 EC5 11 / EC5 11 Glasdicke (mm) 0.05 0.054 0.054 Verpresste Dicke* (mm) 0.065 0.080 0.070 0.085 0.070 0.085 * Approximate thickness yield range dependant on design, resin content and resin type. ** Courtesy of Isola Fabrics
Spread Fibers Standardgewebe Spread Fibers ebenere Filament Verteilung bessere Benetzbarkeit erhöhte Beständigkeit gegen CAF neue Glasgewebe Sorten: 1067, 1086,
Gewebetyp 1086 Verlauf von Leiterbahnen über dem Glasgewebe 1086 REM Aufnahmen der Firma Multek, Böblingen Quelle: Qualification of PCB in The PCB Magazine Nov. 2012
Polarisationseffekt Dielektrika sind elektrisch schwach- bzw. nicht leitende Materialien, deren Ladungsträger im allgemeinen nicht frei beweglich sind. Da in einem Dielektrikum die Ladungsträger nicht frei beweglich sind, werden sie durch ein äußeres elektrisches Feld polarisiert. Dieser Polarisationseffekt reduziert das elektrische Feld und verursacht Verlust. unpolarisiert polarisiert durch elekt. Feld - - - - - - - - - - - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + + + + + + + + + + +
Mikrowellen Die Stärke der Polarisation in einem Dielektrikum hängt stark von der Molekülstruktur ab und kann durch das Dipol Moment quantitativ beschrieben werden. In den meisten Molekülstrukturen, ist die Gesamtstromverteilung Null, positive und negative Strom heben sich aber nicht komplett gegenseitig auf, so entsteht ein permanenter Dipol. Ein gutes Beispiel für diesen Effekt ist das Wassermolekül in einer Mikrowelle. Das oszillierende Feld lässt die Wassermoleküle rotieren. Hierdurch wird kinetische Energie übertragen. Durch Kollision mit benachbarten Molekülen wird die Energie weitergegeben und in Wärme überführt. Die optimale Mikrowellenfrequenz beträgt 2.45 GHz um die Wassermoleküle exakt um 180 zu drehen. Die Zeitkomponente ist entscheidend in dem Prozess, um die Verminderung des Verlustes bei höheren Frequenzen, in bestimmten Dielektrikum zu erklären. Es ist schlicht nicht genügend Zeit für die Umpolarisation vorhanden. δ - O H H δ + 105 105 δ + O H H δ -
Epxoid Flüssigharz O CH 3 H 2 C CH CH 2 Cl + HO C OH Epichlorohydrin = CH 3 DiPhenylPropane (BisPhenol A) O CH 3 O H 2 C CH CH 2 O C O CH 2 HC CH 2 CH 3 + HCl
Bromiertes Epoxidharz O CH 3 O Br CH 3 Br H 2 C CH CH 2 O C O CH 2 HC CH 2 HO C OH CH 3 Br CH 3 Br Diglycidyl Ether of BisPhenol A (DGEBA) TetraBromoBisPhenol A O CH 3 Br CH 3 Br CH 3 O H 2 C CH CH 2 O C O CH 2 CH CH 2 O C O CH 2 CH CH 2 O C O CH 2 HC CH 2 CH 3 OH Br CH 3 Br OH CH 3 n Brominated Epoxy Resin
Tan δ Der Effekt des Dipol Momentes in Dielektrika ist als Tangenz Delta quantifiziert und beschreibt die Material spezifische Verteilung des elektrischen Feldes im Dielektrikum. Loss Factor Dissipation Factor Dielectric Loss Loss angle Tan δ Quelle: Wikipedia.de
Time Domain Eye Diagram Simulation 4.5 mil wide 16 inch trace @ 3.33 Gb/s @ 6.67 Gb/s @ 13.33 Gb/s I-Speed Std_HSD_Prod I-Speed Std_HSD_Prod I-Speed Std_HSD_Prod Eye Height (v) 0.624 0.586 0.594 0.554 0.3 0.216 Jitter (ps) 12 12.1 14.6 19 20 28 % UI 9% 10% 9% 13% 27% 38% I-Speed Std_HSD_Product
Isola HSD Materialien
Basismaterial Simulation Download www.isola-group.com for free Quelle: www.isola-group.com
Zusammenfassung Einfluss der Cu Folie auf Signalleitung Skin Effekt je höher die Frequenz desto störender die Rauhigkeit der leitenden Oberfläche Einfluss des Glasgewebes auf die Impedanz Glasgewebe, je in homogener das Material, desto größer die Störungen im Signalverlauf Low Dk Glas wirkt sich sehr positiv auf den Verlustfaktor aus Einfluss des Harzsystems auf die Frequenz das Harzsystem bestimmt den Dk Wert des Materials der Verlustfaktor Tangenz δ wird stark durch die Rauigkeit der Leiterstruktur beeinflusst
Thermostabile Materialien FR406/DE117 170 Tg DE104KF 135 Tg DE104 135 Tg FR402 140 Tg IS400 150 Tg 250HR 150 Tg Green Speed*) 170 Tg DE156 155 Tg IS415 200 Tg Mid Dk/Df 185HR Tg >170 Df = 0.017 370HR 180 Tg IS420 170 Tg IS410 180 Tg I-Tera 200 Tg Mid Dk/Df I-Speed 200 Tg Df<0.0065 IS620i 225 Tg Df=0.0055 0.007 FR408HR 200 Tg Df 0.009 FR408 180 Tg Df 0.012 IS415 200 Tg Df 0.013 IS680-345 Dk 3.45 Df 0.0036 IS680-338 Dk 3.45 Df 0.0036 IS680-333 Dk 3.33 Df 0.0034 IS680-320 Dk 3.20 Df 0.0032 IS680-300 Dk 3.00 Df 0.003 IS680-280 Dk 2.80 Df 0.0028 P26N Polyimide No Flow FR406N A11 DE104 No Flow P96/P26 V-0/V-1 Polyimide P95/P25 HB Polyimide GETEK TM PPO/Epoxy G200 BT/Epoxy Standard FR-4 Epoxy High Reliability FR-4 Halogen Free High Reliability FR-4 High Reliability Signal Integrity RF Microwave No /Low Flow Prepregs Specialty Products Low-Tg/High-Tg Mid-Tg Mid-Tg/High-Tg High-Tg High-Tg/Low Dk/Df Controlled Dielectric Thickness Dk available in 0.020, 0.030 & 0.060 Mid-Tg/High-Tg High-Tg Produktion in Duren
Thermostabile Materialien Ausdehnungskoeffizient Glasübergangstemperatur Zersetzungstemperatur CTE z T g T D Time to Delamination T 260/288
Weg s (µm) CTE Bestimmung des Wärmeausdehnungskoeffizienten = a z 50-260 C TMA Thermo Mechanische Analyse s 2 z1 = s 1 / T 1 Ausdehnung unter Tg T 1 T 2 z2 = s 2 / T 2 Ausdehnung über Tg z = Ausdehnung im Temperaturbereich von 50 bis 260 C angegeben in % s 1 Tg 10 C/min Temperatur ( C)
Vergleich a 1z und a 2z a 1z (ppm/k) a 2z (ppm/k) a z 50-260 C (%) Duraver-E-Qual. 104 bromiert / dicy 80 280 3,4 PCL 370HR bromiert / phenolisch / gefüllt 40 220 2,7 IS 400 bromiert / phenolisch / gefüllt 45 220 2,9 IS 420 bromiert / phenolisch / gefüllt 40 220 2,7 IS 410 bromiert / phenolisch 60 240 3,5 Duraver-E-Qual. 156 halogenfrei 40 220 2,6 Wärmeausdehnungskoeffizient in z Richtung
Wärmeausdehnung (µm) TMA Messung Bestimmung des Tg Wertes mit Temperatur bereich TMA Thermo Mechanische Analyse Aufheizen der Probe mit 10 C/min Messung der Wärmeausdehnung Ermittlung der Tangentialen Schnittpunkt entspricht Tg Tg Die Veränderung der Wärmeaus- dehnung verläuft über einen großen Temperaturbereich 10 C/min Temperatur ( C)
Wärmetönung (mw) DSC Messung Bestimmung der Tg Wertes mit DSC Differential Scanning Calorimetry Aufheizen der Probe mit 20 C/min Messung der Wärmetönung Ermittlung des Wendepunktes über angelegte Tangenten Wendepunkt entspricht Tg Tg1 und Tg2 werden nacheinander an der gleichen Probe ermittelt Tg 3 C Tg1 Tg2 Wendepunkt 20 C/min ab kühlen - 20 C/min Temperatur ( C)
Speichermodul (MPa) DMA Messung Dynamisch-Mechanische Thermo-Analyse Ermittlung der Speichermodul und Verlustmodul Kurve Speichermodulkurve T T g Maximum der Wendepunkt der Speichermodulkurve ist als Tg definiert (Maximum der ersten Ableitung) 1. Ableitung 3 C/min Temperatur ( C)
Methodenvergleich Vergleich der Ergebnisse, TMA-, DSC- und DMA - Methode TMA Tg (10 C/min) DSC Tg (20 C/min) DMA - Tg (3 C/min) Duraver-E-Qual. 104 125 135 140 IS 400 145 150 155 IS 410 170 175 190 IS 420 170 175 190
Gewicht (%) Zersetzungstemperatur Td TGA Messung Aufheizen der Probe mit 10 C/min Messung des Gewichtsverlustes Ende der Messung bei 5% Gewichtsverlust Td 100% 95% 10 C/min Temperatur ( C) RT 700
Temperatur ( C) Zeit bis zur Delamination konstant T260 / T288 / T300 schnelles Aufheizen der Probe Testtemperatur konstant halten Messung der Zeit bis zur Delamination T260 Zeit (s)
Thermostabilität Dicy Bindung erfolgt über tertiäres Amin Novolak Bindung erfolgt über Etherbrücken Resin C-N - Bindung (276 kj/mol) C-O - Bindung (351 kj/mol) C=C - Bindung (607 kj/mol)
Thermostabilität Dicy Novolak Höhere Thermische Stabilität Dicy Novolak T g [ C] 130 170 130 >170 T D [ C] 300 315 340 370 T 260 [min] 10 15 60 T 288 [min] - > 15
Zusammenfassung Novolak gehärtete Systeme sind thermostabiler als Dicy gehärtete Wärmeausdehnung des Material oberhalb von Tg ist erheblich größer als unterhalb von Tg Tg kann nach unterschiedlichen Methoden bestimmt werden, die unterschiedliche Ergebnisse liefern die TMA Methode ist ein häufig angewendeter Test, und liefert die niedrigsten Werte für die Beurteilung der thermischen Stabilität ist Tg nur bedingt geeignet Td Zersetzungstemperatur und T 260 / T 288 / T 300 Tests geben bessere Anhaltspunkte für die Thermische Stabilität
Produktübersicht
isola - the base for innovation Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Roland Schönholz OEM Marketing Manager roland.schoenholz@isola-group.com Tel. +49 173 2520003 DSTF, DSRFoil, DSRFoil, GETEK, I-Fill, I-Speed, I-Tera, IsoDesign, Isola, IsoStack, Norplex, Polyclad, RCC, Lo-Flo and TURBO are registered trademarks of Isola USA Corp. in the U.S.A. and other countries. The Isola logo is a trademark of Isola USA Corp. in the U.S.A. and other countries. All other trademarks mentioned herein are property of their respective companies. Copyright 2013 Isola Group, S.à.r.l. All rights reserved.