Webinar Via Filling die Anwendungen in der Praxis · Via Filling –die Anwendungen in der Praxis Webinar Via Filling Seite 1 07.05.2019 Webinar

Via Filling – die Anwendungen in der Praxis

www.we-online.de Webinar Via Filling Seite 1 07.05.2019

Webinar

Agenda

Via Filling

• Durchgehende Vias - IPC-4761

– Plugging

– Filling

– Filled & Capped

• MicroviaFilling

und Stacked Vias


Stefan Keller

Produktmanager

Designkosten

Technische Anforderung

Weiterverarbeitung – insbes. Lötprozess

Zuverlässigkeit – QualitätsanforderungenEndprodukt - Umweltbedingungen

Lieferperformance

Technologie-Variante + Kosten

Via Filling

Zusammenhänge


Via Filling

Übersicht durchgehende Vias


Produkte

Wording: IPC-4761Design Guide for Protection of

Printed Board Via Structures

Type 1 bis 7

Tenting: nicht mehr relevant

Plugging

+

Filling

Wichtig: klare Definition / Spezifikation

Via Filling – durchgehende Vias

Plugging


Produkte

Plugging (IPC-4761 Type 3)

Verschließen der Vias von einer Seite (Siebdruckprozess)

Einkomponenten - Lacksystem

Sehr kostengünstig

Anwendungen: - Lötwelle: Vermeidung von Lotdurchstieg

- Vakuum – Handling bei der Weiterverarbeitung

- Verguss: Vermeidung von Abfluss

- Nicht geeignet für Vias in Lötflächen

Zudrucken beidseitig problematisch

- Lufteinschluss > Aufplatzen

- Gefahr von Chemieeinschluss > Korrosion


Plugging


Produkte

Plugging (IPC-4761 Type 3)

Designrules (WE):

• Enddurchmesser 0.15 – 0.50 mm

• Vias offen

• Ausreichender Abstand Bohrung zu Lötfläche

min. 0.25 mm bei 0.20 mm Enddurchmesser,

größerer Abstand bei größerem Via-Durchmesser

Druckprozess nach Endoberfläche damit die Via-Hülsen vor Korrosion geschützt sind

Ideal in Verbindung mit ENIG (Ni/Au)

(chem. Sn: Reinzinnschicht durch Aushärteprozess reduziert)

Zu beachten:

Erhöhung (bis 50 µm / max. 70 µm) – deswegen kritisch in der Nähe von

Lötflächen insbes. im BGA Bereich


Filling


Produkte

Filled Via (IPC-4761 Type 6)mit Lötstopplackabdeckung

i.d.R. gefüllt / zugedruckt mit Lötstopplack nach Ätzprozess

> vor Endoberfläche

Kostengünstiger als Füllung mit Epoxidharz

Zu beachten:

- Gefahr von Blasen und Rissen durch Schrumpfung des Lackes

- Langzeitzuverlässigkeit u.U. reduziert (Gefahr von Korrosion in den

Hülsen)

WE: keine Anwendung in den deutschen Werken

Via Filling – Buried Vias

Filling


Produkte

Filled Via (IPC-4761 Type 5)

= Füllen der Vias mit Epoxidharz - ohne Abdeckung

Anwendung:

HDI Aufbauten - Buried Vias auf Innenlagen zur Vermeidung von

Blasen und

Einsenkungen der darüber liegenden Kupferfolie

(WE: ab Kerndicke ca. 1.10 mm)

Alle Buried Vias werden gefüllt

Außenlagen:

Automatisch Deckel mit Kupfer (= Filled&Capped Type 7)

bei der Metallisierung der DK bzw. Bauteilbohrungen


IPC-4761 Type 7

• Komplettes Füllen der Vias mit Epoxidharz + Übermetallisieren

• Mehrere zusätzliche Fertigungsprozesse / Zusatzkosten bis + 20%

• U.U. Einschränkungen bei Design und Fertigbarkeit

Ziel:

Vermeidung von Lotabfluss / Vias in Lötflächen

Hohe Prozesssicherheit beim Löten

Optimaler „Schutz“ der Vias

Hauptanwendung:

Thermovias

Kurze Wärmepfade

Geringer Wärmewiderstand

mit verklebtem Heatsink obligatorisch!

(zur Vermeidung von Durchschlägen an den

Bohrlochkanten)


Filled & Capped


IPC-4761 Type 5 / 7

Kupfer

FR4

Kupfer

Bohren

Bohrung metallisieren

Vakuum – Filling -Prozess

Aushärten

Bürsten/Schleifen

Metallisieren(Type 7)

Bohren + DK der Bauteilbohrungen

Quelle: WE


Filled & Capped

Fertigungsprozess



Filled & Capped

Anlagenbeispiele:

Vertikale Vakuum Filling Anlage


Thermische Simulation - Würth Elektronik CBT Produktmanagement

Via Filling

Thermo-Simulation und Messung

Weitere Optimierungen erforderlich?


IPC-4761 Type 7

Anwendungsbeispiel Thermovias:


Filled & Capped

Thermovias

Kompakte Motorsteuereinheit im Alu – Gehäuse

Leistungsdichte hoch (bis 60W)

Wartungsfrei

Keine aktive Kühlung

Entwärmung der Bauteile über Thermovias / Alu-Heatsink / Gehäuse



Filled & Capped

Alternativen:

Partielle Lötflächen statt vollflächig

(vielfältigte Gestaltungsmöglichkeiten)

> Füllen der Vias nicht erforderlich

HDI Aufbau

Buried Via + Microvia statt gefülltes PTH-Via

Verbesserte Wärmeableitung

mit zusätzlichen Microvias in den Lötflächen

und Buried Vias innen

Zusatzkosten u.U. gering


IPC-4761 Type 7

Weitere Anwendungen:

- Via im Lötpad / BGA Pad

Bauteile direkt auf Via gesetzt

(kurze Wege zum BGA auf Vorderseite)

Zusätzliche Bestückungsfläche

- Via zu nahe am Lötpad („Layoutfehler“)


Filled & Capped

Alternativen:

- Dogbone

- HDI

insbesondere BGAs

Kostenbetrachtung / Zusammenhänge beachten

Design LP-Produktion und -Kosten


Produkte

Qualitätsanforderungen (IPC-6012)

• Kupferschichtdicken

• Deckflächen (Bump + Dimple)

• Fehlstellen (Blasen)

z.T. Unterschiede zw. Klasse 2 und 3


Filled & Capped


Produkte

Design-Parameter

Empfehlungen:

• Bohrerdurchmesser 0.25 - 0.50 mm

• Thermovias 0.30 / 0.35 mm End Ø

• Raster Bohrfeld min. 0.80 mm

• LP-Dicke 0.65 – 2.50 mm

• Alle Vias füllen

Kupferschichtdicke

auf der Außenlage Lage tendenziell dicker

Zusammenhang Leiterbildstrukturen –

Kupferenddicke

> Empfehlung:

Leiterabstände 125 µm

(statt 100 µm), insbesondere bei

IPC Klasse 3 Anforderungen


Filled & Capped

Via Filling – Blind Vias / Buried Vias


Produkte

Füllen durch Harz der Prepregs

automatisch während dem Verpressprozess

von sequ. Aufbauten

- Blind Vias / Buried Vias

- Kern / Vorverpressung relativ dünn

- genügend Prepreg vorhanden

- Staggered Microvias auf den Innenlage


IPC-7095C: Void …„max. 22% of the image diameter“

Die Entstehung von Voids ist auch abhängig von :

- Flussmittel / Lotpasten

- Löt – Temperatur – Profil

- der gleichmäßigen bzw. ungleichmäßigen

Durchwärmung der Leiterplatte (Layout, Aufbau)

- …

Via Filling

Microvia Filling

Außenlagen

- Prozesssicherheit Lötprozess

- Zuverlässigkeit Lötstelle


IPC-7095C: „max. 22% of the image diameter“

Die Entstehung von Voids ist auch abhängig von :

- Flussmittel / Lotpasten

- Löt – Temperatur – Profil

- der gleichmäßigen bzw. ungleichmäßigen

Durchwärmung der Leiterplatte (Layout, Aufbau)

- …

1. Kupfer-FillingGanz spezieller Plating-Prozess

Übliche Technologie für Microvias

Füllgrad > 80% i.d.R. ausreichend

Via Filling

Microvia Filling

2. Filled & Capped

Zusätzliche Arbeitsgänge

Kupferschichtdicke auf Oberfläche!

Außenlagen

- Prozesssicherheit Lötprozess

- Zuverlässigkeit Lötstelle


Via Filling

Microvia Filling

Anwendungen:

• 0.40 mm Pitch BGA

• Miniaturisierung

• zu beachten: Kosten

• AnyLayer / ELIC – Aufbauten

(Mobiles)

Innenlagen

Stacked Microvias


IPC-2226ADesign Standard for HDI Printed Boards

Via Filling

Stacked Vias

≥ 0.40 mm

WE - Empfehlung

+

ZVEI - AK

Qualität

Auch bestehende Designs sollten baldmöglichst

geändert werden!

Wir unterstützen Sie dabei!


Source: Paul Reid / PWB Interconnect Solutions

Via Filling

Stacked Vias

Unterschiede bei Langzeitzuverlässigkeit stacked vers. staggeredViasStaggered(versetzte) Vias überstehen tendenziell mehr Temperaturzyklen!

Grundlage: schnelle Temperaturwechseltests / Interconnect Stress Test bei WE(s. auch international veröffentlichte Untersuchungen)

Empfehlung: bestehende Designs sollten baldmöglichst geändert werden- Reduzierung Schadensrisiko - i.d.R. Kostensenkungspotenzial - bessere Lieferperformance

Unterschiedliche Ausdehnungen- FR4- Kupfer- Filling-Materialinsbes. Interface Buried - / Microvia


THF – Through Hole Filling

Kombination aus Bridging und Microia FillingSehr spezielle Prozesstechnik

> Mögliche Option für die Zukunft

- Miniaturisierung- Leitfähigkeit (Wärme / Strom)- Zuverlässigkeit

Aktuelle Anwendungen:- Dünne Leiterplatten- Keramik- Hochfrequenzmaterialien

Auch hier wichtig: Zusammenhänge u.a. Kosten


Kupfer - Filling

Zusammenfassung Via Filling


Bei der Auswahl und Spezifikation der „richtigen“ Filling – oder Plugging

Variante ist zu empfehlen, die Zusammenhänge zu beachten:

• Anforderungen Endprodukt

• Zuverlässigkeitsanforderungen

• Qualitätsanforderungen

• Anforderungen Weiterverarbeitung (insbes. Lötprozess)

• Designkosten (Zeitbedarf)

• Leiterplatten – Kosten


Dienst-leistungen

SystemeProdukte

Die Kenntnis der Zusammenhänge ist ein Erfolgsgeheimnis!

Wir freuen uns auf die

Zusammenarbeit!

Stefan Keller

Produktmanager

[email protected]

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