Basismaterial für die Leiterplattenproduktion jenseits von FR4
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Basismaterial für die Leiterplattenproduktion jenseits von FR4
Willkommen zum FED Insert your title here Regionalgruppentreffen 2013 The base for innovation Standorte Isola Laminate Systems Isola Werke UK Ltd. Glasgow GREAT BRITAIN (Suzhou) Co. Ltd. CHINA F&E Isola GmbH Düren GERMANY Isola Asia Pacific (Korea) Inc. KOREA Isola USA Corp. Elk Grove, CA Isola Asia Pacific (Taoyuan/Yangmei) TAIWAN Isola Global HQ Chandler, AZ Isola Fabrics Srl. Brugherio ITALY Isola USA Corp. Ridgeway, SC Isola Asia Pacific (Hong Kong) Ltd HONG KONG Isola Asia Pacific Bangalore INDIA F&E Isola Asia Pacific (Singapore) Pte. Ltd. SINGAPORE F&E Produktion & Vertrieb Nur Vertrieb Isola Asia Pacific (Huizhou) Ltd. CHINA Performance isola Materialübersicht I-Tera®MT I-Speed®IS IS680-280 Low Loss I-Speed® IS680-300 Low Loss FR408HRIS IS680-320 Low Loss FR408HR IS680-325 Low Loss FR408 IS680-338 Low Loss IS415 IS680-345 Low Loss Green Speed 370 HR DE156 185HR AutoHR FR406 IS400 High Tg Lead free Low CTE High Reliability Tg 155 Halogen Free Laminate 170 Tg Std Loss Lead Free Compatible I-Speed® on low loss Dk glass Tg 200 Low Loss < 0.0065 @10 GHz Laminate Tg 200 , FR408HR on Low Dk Glass Tg 200 Low Df, Low CTE Tg 180 Low Dk & Df High Tg 200 C Lead free Signal Integrity Tg 175 HalogenFree Next Gen Low Loss < 0.0036 @10GHz IS 620i Tg 225 Low Loss 0,007 @ 10 GHz Laminate P96 / P26 Tg 260 Polyimide Laminate V0/V1 P95 / P25 Tg 260 Polyimide Laminate HB GETEK® Getek 180 Tg Low Dk & Df G200 Ultra Ec 25 FR406N, A11 Polyiminde – P26N BT / Epoxy Laminate Ultrathin 25 micron Laminate Tg 170 Low Flow / No Flow Prepregs Auto-HR 170 Tg Cores 0.014, 0.028, 0.035 & 0.042 High Tg 170 Epoxy Tg 150 Low CTE Lead free Products under launch or to be launched Application Produktpalette IS415 200 Tg Mid Dk/Df 185HR Tg >170 Df = 0.017 FR406/DE117 170 Tg 370HR 180 Tg DE104KF 135 Tg DE104 135 Tg IS400 150 Tg Green Speed*) 170 Tg IS420 170 Tg FR402 140 Tg 250HR 150 Tg DE156 155 Tg IS410 180 Tg Standard FR-4 Epoxy High Reliability FR-4 Halogen Free High Reliability FR-4 Low-Tg/High-Tg Mid-Tg Mid-Tg/High-Tg High-Tg I-Tera 200 Tg Mid Dk/Df I-Speed 200 Tg Df<0.0065 IS620i 225 Tg 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 High Reliability Signal Integrity RF Microwave Df=0.0055 – 0.007 High-Tg/Low Dk/Df Controlled Dielectric Thickness Dk available in 0.020“, 0.030“ & 0.060“ Produktion in Duren P26N Polyimide No Flow FR406N P96/P26 V-0/V-1 Polyimide P95/P25 HB Polyimide A11 GETEKTM PPO/Epoxy DE104 No Flow G200 BT/Epoxy No /Low Flow Prepregs Specialty Products Mid-Tg/High-Tg High-Tg „Jenseits“ von FR4 Basismaterial für die Leiterplattenproduktion jenseits von FR4 Hochfrequenzmaterialien IS415 200 Tg Mid Dk/Df 185HR Tg >170 Df = 0.017 FR406/DE117 170 Tg 370HR 180 Tg DE104KF 135 Tg DE104 135 Tg IS400 150 Tg Green Speed*) 170 Tg IS420 170 Tg FR402 140 Tg 250HR 150 Tg DE156 155 Tg IS410 180 Tg Standard FR-4 Epoxy High Reliability FR-4 Halogen Free High Reliability FR-4 Low-Tg/High-Tg Mid-Tg Mid-Tg/High-Tg High-Tg I-Tera 200 Tg Mid Dk/Df I-Speed 200 Tg Df<0.0065 IS620i 225 Tg 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 High Reliability Signal Integrity RF Microwave Df=0.0055 – 0.007 High-Tg/Low Dk/Df Controlled Dielectric Thickness Dk available in 0.020“, 0.030“ & 0.060“ Produktion in Duren P26N Polyimide No Flow FR406N P96/P26 V-0/V-1 Polyimide P95/P25 HB Polyimide A11 GETEKTM PPO/Epoxy DE104 No Flow G200 BT/Epoxy No /Low Flow Prepregs Specialty Products Mid-Tg/High-Tg High-Tg 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? RFID Logistic CMP 850 – 950 MHz Electronic Car Key 433 – 868 MHz Navigation Systems 1.2 – 1.575 GHz Cable TV 4 MHz – 1 GHz City Band 27 MHz 100 MHz W-LAN 2.4 – 5.725 GHz Mobile Phone (i-phone) 850 MHz – 2.2 GHz (UMTS) Follow-up systems 5 GHz 1 GHz Automotive Distance Control 24.0 GHz Server 4.0 – 10.0 GHz RF Amplifier 2.5 – 4.0 GHz Digital Telephone 1.880 – 1.900 GHz Automotive Adaptive Cruise Control 66 - 77 GHz Satellite TV 10.7 – 12.75 GHz Router 5 - 12 GHz BlueTooth 2.45 GHz Terrestrial TV VHF 87 – 230 MHz UHF 470 x 862 MHz TV Astra 13.75 – 14.0 GHz Road Toll Systems 2.4 – 5.8 GHz Automotive Immobilisation 30 – 500 kHz Automotive Parking Aid 40 kHz Optical Systems > 10 GHz Notebooks 2.14 – 5.0 GHz DSL Satellite 13.0 – 15.0 GHz Networking Systems 3.6 – 6.25 GHz Avionics 10.0 – 15.0 GHz Defence > 10 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 STD HTE Standard Foil 5 - 9.9 microns Low Profile LP < 5 microns Very Low Profile DSTF/RTF eVLP/H-VLP Skin Effekt Dw Skin Effekt Ds δ = Stromfluss Stromdichte niedrig Skin Depth Frequency (Copper) hoch 2 ωµσ 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), 50 Hz 10 MHz 100 MHz 1 GHz 10 GHz 9.3 mm 21 µm 6.6 µm 2.1 µm 0.66 µm Unterschiede in der Cu Folie Resist Seite Bonding Seite Standard foil ~10 µm Frequenz 10 MHz Skin Tiefe 21 µm Signal Pfad Frequenz 100 MHz Skin Tiefe 6.6 µm 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 1080 Kette / Schuss: 22 x 22 (Fäden pro cm²) Dicke 0,033 mm Kette / Schuss: 23,6 x 18,5 (Fäden pro cm²) Dicke 0,053 mm 2116 7628 Kette / Schuss: 23,6 x 22,8 (Fäden pro cm²) Dicke 0,033 mm 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 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 “By simply changing the style of glass used in the laminate, the problems of varying impedance and velocity have been substantially reduced.” 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. Harz Dk = ~ 3.5 Glassgewebe Dk = ~ 6.6 Quelle: Bild Polar Instruments A B Signallage viel Glass viel Harz C Bezugslage 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. δ+ δ- H O 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. 105° O H H 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. H δ+ 105° δ- Epxoid Flüssigharz CH3 O H2C CH CH2 Cl + HO C OH CH3 DiPhenylPropane (BisPhenol A) Epichlorohydrin = CH3 O H2C CH CH2 O C O O CH2 HC CH3 + HCl CH2 Bromiertes Epoxidharz CH3 O H2C CH CH2 O C O CH2 HC CH2 HO Br C CH3 OH CH3 Br Br TetraBromoBisPhenol A Diglycidyl Ether of BisPhenol A (DGEBA) CH3 Br O H2 C CH3 Br O CH3 CH3 Br O CH CH2 O C CH3 O CH2 CH OH CH2 O C Br CH3 O Br CH2 CH CH2 O C OH CH3 n Brominated Epoxy Resin O CH2 HC CH2 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 Eye Height (v) Jitter (ps) % UI I-Speed 0.624 12 9% @ 6.67 Gb/s Std_HSD_Prod 0.586 12.1 10% I-Speed 0.594 14.6 9% Std_HSD_Prod 0.554 19 13% I-Speed Std_HSD_Product @ 13.33 Gb/s I-Speed 0.3 20 27% Std_HSD_Prod 0.216 28 38% 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 IS415 200 Tg Mid Dk/Df 185HR Tg >170 Df = 0.017 FR406/DE117 170 Tg 370HR 180 Tg DE104KF 135 Tg DE104 135 Tg IS400 150 Tg Green Speed*) 170 Tg IS420 170 Tg FR402 140 Tg 250HR 150 Tg DE156 155 Tg IS410 180 Tg Standard FR-4 Epoxy High Reliability FR-4 Halogen Free High Reliability FR-4 Low-Tg/High-Tg Mid-Tg Mid-Tg/High-Tg High-Tg I-Tera 200 Tg Mid Dk/Df I-Speed 200 Tg Df<0.0065 IS620i 225 Tg 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 High Reliability Signal Integrity RF Microwave Df=0.0055 – 0.007 High-Tg/Low Dk/Df Controlled Dielectric Thickness Dk available in 0.020“, 0.030“ & 0.060“ Produktion in Duren P26N Polyimide No Flow FR406N P96/P26 V-0/V-1 Polyimide P95/P25 HB Polyimide A11 GETEKTM PPO/Epoxy DE104 No Flow G200 BT/Epoxy No /Low Flow Prepregs Specialty Products Mid-Tg/High-Tg High-Tg Thermostabile Materialien Ausdehnungskoeffizient CTEz Glasübergangstemperatur Tg Zersetzungstemperatur TD Time to Delamination T260/288 CTE Bestimmung des Wärmeausdehnungskoeffizienten az 50 - 260°C TMA Thermo Mechanische Analyse z1 = s1 / T1 Weg s (µm) = s2 T2 Ausdehnung unter Tg T1 z2 = s2 / T2 Ausdehnung über Tg z = Ausdehnung im Temperaturbereich von 50 bis 260°C angegeben in % s1 Tg 10 °C/min Temperatur (°C) Vergleich a1z und a2z a1z a2z az 50-260°C (ppm/K) (ppm/K) (%) 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 TMA Messung Temperatur bereich Bestimmung des Tg Wertes mit Aufheizen der Probe mit 10°C/min Messung der Wärmeausdehnung Ermittlung der Tangentialen Schnittpunkt entspricht Tg Wärmeausdehnung (µm) TMA Thermo Mechanische Analyse Tg Die Veränderung der Wärmeausdehnung verläuft über einen großen Temperaturbereich 10 °C/min Temperatur (°C) DSC Messung Bestimmung der Tg Wertes mit Aufheizen der Probe mit 20°C/min Messung der Wärmetönung Ermittlung des Wendepunktes über Wärmetönung (mW) DSC Differential Scanning Calorimetry Wendepunkt Tg1 angelegte Tangenten Wendepunkt entspricht Tg Tg1 und Tg2 werden nacheinander an der gleichen Probe ermittelt Tg ≤ 3°C Tg2 20 °C/min – ab kühlen - 20 °C/min Temperatur (°C) DMA Messung Dynamisch-Mechanische Thermo-Analyse Ermittlung der Speichermodul T der Wendepunkt der Speichermodulkurve ist als Tg definiert (Maximum der Speichermodul (MPa) und Verlustmodul – Kurve Tg Speichermodulkurve Maximum 1. Ableitung ersten 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 Zersetzungstemperatur Td TGA Messung 100% Aufheizen der Probe mit 10°C/min Messung des Gewichtsverlustes 95% Td Gewichtsverlust Gewicht (%) Ende der Messung bei 5% 10 °C/min RT Temperatur (°C) 700 Zeit bis zur Delamination konstant schnelles Aufheizen der Probe Testtemperatur konstant halten Messung der Zeit bis zur Temperatur (°C) T260 / T288 / T300 T260 Delamination 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 Tg [°C] 130 – 170 130 – >170 TD [°C] 300 – 315 340 – 370 T260 [min] 10 – 15 ≥60 T288 [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 T260 / T288 / T300 Tests geben bessere Anhaltspunkte für die Thermische Stabilität Produktübersicht isola - the base for innovation Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Roland Schönholz OEM Marketing Manager [email protected] 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. 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