Driven by Innovation ASYS Group Grenzbereiche im Schablonendruck Uwe Schäfer Dipl. - Ing. (FH) Drucktechnik Leiter Applikation S. 01 S. 35
Firmensitz: Bönnigheim/ Stuttgart Gründung: 1946 Geschäftsführer: Werner Kreibl Klaus Mang Jakob Szekeresch Mitarbeiter 2009: 135 S. 02 S. 35
Historie und Meilensteine 1946 Firmengründung der Eduard Kraft GmbH 1976 Bau des ersten Siebdruckers 1989 Bau des ersten automatischen Schablonendruckers für die Elektronikindustrie 1995 Bezug des neuen Firmengebäudes in Bönnigheim mit 6.000 m 2 Produktionsfläche 1998 Gründung der EKRA Asia in Singapur 1999 Gründung der EKRA USA in Marlborough, MA 2005 Die wird ein Unternehmen der ASYS Group S. 03 S. 35
EKRA weltweit / Sales und Service Netz ASYS Establishments (Sales and Service) ASYS Sales EKRA Establishments (Sales and Service) EKRA Sales S. 04 S. 35
EKRA Geschäftbereiche SMT Halbautomatische und Inlinedrucker für SMT Applikationen S. 05 S. 35
EKRA Geschäftbereiche Hybrid Drucker und Linien für Dick- / Dünnschichttechnik, Hybrid, LCD und LTCC - Applikationen Rechts: siebgedrucktes LTCC-Substrat Line / Space = 20 µm / 20 µm Nass - Schichtstärke: 2 µm (Labor-Maßstab) S. 06 S. 35
ASYS Group EKRA Geschäftbereiche Advanced Packaging Zellen- und Inlinelösungen für das Waferbumping S. 07 S. 35
EKRA / ASYS Geschäftbereiche Solar Linienlösungen für das Drucken, Trocken und Inspizieren von Solarzellen S. 08 S. 35
Bauteiletrends in der näheren Zukunft Pitches (Abstände) in mm Bauteil 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 QFP 0,4 0,4 0,4 0,3 0,3 0,3 0,3 QFN 0,4 0,4 0,4 0,3 0,3 0,3 0,3 BGA 0,8 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65 0,5 FBGA 0,4 0,3 0,3 0,2 0,2 0,15 0,15 CSP 0,3 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,15 ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors) Gremium der weltweiten Halbleiterindustrie 2006 Update S. 09 S. 35
Bauteiletrends in der näheren und ferneren Zukunft Table AP4 Substrate to Board Pitch Near and Long-term Years ITRS 2009 BGA Year Solder of Production Ball Pitch 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 (mm) Conventional system Low -cost and hand-held* 0,65 0,65 0,65 0,65 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Cost-performance 0,65 0,65 0,65 0,65 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 High-performance 0,8 0,8 0,8 0,8 0,65 0,65 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Harsh 0,8 0,65 0,65 0,65 0,65 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Small portable products Low -cost and hand-held 0,65 0,65 0,65 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Harsh 0,65 0,65 0,65 0,65 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 CSP area array pitch (mm) 0,2 0,2 0,2 0,2 0,15 0,15 0,15 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 QFP lead pitch (mm) 0,4 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 SON land pitch (mm) 0,4 0,4 0,4 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 QFN land pitch (mm) 0,4 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 P-BGA ball pitch (mm) 0,8 0,8 0,8 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65 T-BGA ball pitch (mm) 0,65 0,65 0,65 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 FBGA ball pitch (mm) 0,4 0,3 0,3 0,3 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15 FLGA land pitch (mm) 0,4 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 Notes for table AP4 * Minimum number driven by hand held applications Pitch limitations are due to the cost and potential yield problems with printed circuit boards. The substrates and bonding technology is capable of finer pitch in several of the entries. In many cases the limitation is due to warpage rather than alignment or feature size limitations. See new table AP4b. S. 010 S. 35
ASYS Group Miniaturisierung SMT Maße Bauelemente 0402: 1,0 mm x 0,5 mm 0201: 0,6 mm x 0,3 mm 01005: 0,4 mm x 0,2 mm S. 011 S. 35
Herausforderung 01005 Padgröße 280 x 180 µm, Gap 255 µm Padgröße 190 x 180 µm, Gap 165 µm Schablonendicke 75 µm; Paste Typ 3 (25 45 µm) Testboard: Design Siemens München S. 012 S. 35
Herausforderung 01005 Padgröße 200 x 180 µm, Gap 75 µm Padgröße 190 x 180 µm, Gap 150 µm Schablonendicke 75 µm; Paste Typ 3 (25 45 µm) Testboard: Design Siemens München S. 013 S. 35
Miniaturisierung Wafer Bump - Höhe: 100 µm Durchmesser: 127 µm Pitch: 250 µm S. 014 S. 35
Herausforderung Wafer Bumping Pitch: 250µm Aperturen Pad Lasergeschnittene Aperturen Typ 6 Lotpaste Partikelgröße 5-15µm Legierung: SnPb 63/37 Schablonenabmessungen: Aperturlänge: 335 µm Aperturbreite: 178 µm Steg: 72 µm Dicke 75 µm S. 015 S. 35
Lotpulver - Typen Standard SMT Druck Typ2 (45-75µm) Fine Pitch Druck Typ3 (25-45µm) Ultra Fine Pitch Druck (Ä 200µm) Typ6 (5-15µm) x200 x200 x200 x500 x500 x500 S. 016 S. 35
Schablonendruck: Haupteinflussgrößen Leiterplatte Schablone SMT-Drucker Lotpaste Schablonendruck Druckparameter S. 017 S. 35
Druckparameter Rakeldruck / -kraft Rakel- / Druckgeschwindigkeit Rakelwinkel Trenngeschwindigkeit Absprung (snap off) S. 018 S. 35
Rakeldruck / Rakelkraft Optimale Einstellung: Geringste Kraft, bei der die Schablone noch sauber abgezogen wird. Rakeldruck zu niedrig: Verschmierungen zu hohe Lotdepots unvollständige Füllung Rakeldruck zu hoch: Ausschöpfen Brückenbildung erhöhter Rakel- und Schablonenverschleiß S. 019 S. 35
Rakel- oder Druckgeschwindigkeit Die Druckgeschwindigkeit richtet sich nach: der Lotpaste (z.b. Standard- oder High Speed Paste) dem kleinstem Raster auf der Baugruppe dem Rakelsystem (Standardrakel, geschlossenes Rakelsystem) Grundsätzlich gilt: Je kleiner die Schablonenöffnungen, desto geringer die Druckgeschwindigkeit S. 020 S. 35
Rakelwinkel Anstellwinkel zwischen Rakel und Schablone Der Rakelwinkel beeinflusst den Staudruck bzw. die Krafteinwirkung auf die Paste und somit die Pastenauftragsmenge. steiler Rakelwinkel: geringerer Staudruck Ä geringere Befüllung flacher Rakelwinkel: höherer Staudruck Ä höhere Befüllung geringere Kraft (z.b. Standard SMT-Druck) höhere Kraft (z.b. Pin in Paste) S. 021 S. 35
Trenngeschwindigkeit Kontrolliertes Ablösen bzw. Trennen der LP von der Schablone Beeinflusst das Auslöseverhalten der Paste aus der Schablone Beeinflusst die Depotform Beeinflusst die Zykluszeit empfindlich Trenngeschwindigkeit zu groß: Schlechte Auslösung der Paste ungleichmäßige Form der Depots Trenngeschwindigkeit zu gering: Zipfelbildung (Doggy ears) S. 022 S. 35
Absprung (snap off) Abstand zwischen Leiterplatte und der Schablonenunterseite Beim Standard SMT-Prozess wird ohne Absprung gedruckt (d.h. Vollkontakt oder Nullabsprung). Ein schlecht eingestellter Nullabsprung kann Verschmierungen und ein Auslaufen der Paste begünstigen. Siebdruck wird mit einem Absprung durchgeführt. S. 023 S. 35
Auslösevorgang 1. Füllen der Schablone 2. Trennen mit definierter Trenngeschwindigkeit 3. Ende des Trennvorgangs 4. Depot sackt etwas zusammen S. 024 S. 35
Bewertung der Druckqualität Bedruckte Fläche 90 % 70 % <50 % einwandfrei ausreichend nicht akzeptabel Depothöhe Schablonendicke einwandfrei ausreichend nicht akzeptabel S. 025 S. 35
Kernpunkte des Druckprozesses Kriterien, die direkt vom Druckprozess beeinflusst werden: Konstantes Druckvolumen Verschmierungen / Auslaufen Ausrichtung LP zur Schablone S. 026 S. 35
Optimierung: Konst. Druckvolumen Füllung der Schablonenöffnung: Druckgeschwindigkeit Rakelwinkel Pastenrheologie Auslösen aus der Schablonenöffnung: Trenngeschwindigkeit und Trennweg Schablonenstabilität, Aperturform, Wandungsrauheit / -winkel Leiterplattenfixierung, LP-Unterstützung, LP-Oberfläche Pastenrheologie S. 027 S. 35
Optimierung: Auslaufen Drucker: Befüllungsdruck (Rakelwinkel, Druckgeschwindigkeit) Rakeldruck Leiterplattenfixierung Schablone: Abdichtung Wandungswinkel Paste: Rheologie Pulvergröße / -typ, Metallanteil S. 028 S. 35
Optimierung: Ausrichtung Drucker: Ausrichtungsgenauigkeit, Wiederholgenauigkeit Schablone: Genauigkeit Verzerrung / Stretching Leiterplatte: Genauigkeit Verzerrung / Stretching S. 029 S. 35
Zusammenfassung Grenzbereiche im Schablonendruck werden durch fortschreitende Miniaturisierung immer weiter verschoben Anforderungen an Prozessmaschinen, Equipment und Bedienpersonal werden dadurch immer höher Speziell beim Schablonendrucker muss auf optimale LP- Unterstützung und Parallelität sowie optimierte Druckparametrierung geachtet werden. Ausrichtegenauigkeit ist Grundvoraussetzung Alle am Prozess beteiligten Einzelprozesse müssen aufeinander abgestimmt sein Miniaturisierung ist mit höheren Kosten und aufwendiger Prozesstechnik verbunden Der Einsatz solcher grenzwertigen Bauelemente macht nur Sinn, wenn er technologisch und ökonomisch durch das Produkt gefordert ist S. 030 S. 35
EKRA Automatisierungssysteme Driven GmbHby Innovation Vielen Dank und einen schönen Tag! S. 031 S. 35