Miniaturisierung – Votragstitel Herausforderung für das Löten · 2019-07-17 · 03015 01005...

Votragstitel

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Rehm Thermal Systems – Thermische Systemlösungen

Miniaturisierung –Herausforderung für das Löten

Eltroplan Technologietag in Endingen anlässlich des 40-jährigen Firmenjubiläum

4. Juli 2019

Dr. Hans Bell

Dr. Hans Bell 4. Juli 2019 Seite 2Vertrauliche Information der Rehm Thermal Systems GmbH für Eltroplan Technologietag,

in Endingen. Weitergabe an Dritte ist untersagt. © Copyright 2019 by Rehm Thermal Systems GmbH

Miniaturisierung und Komplexität

> Während in der Natur das Prinzip Wachstum dominiert, nehmen die Baugrößen in der Elektronik stetig ab

Trends



Miniaturisierung

Trend der meistbenutzten passiven Bauelemente weltweit

Quellen: Prismark & KOKI (Electronic Components Technology Roadmap to 2024, JEITA)

0

10

20

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1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 2024

Bau

elem

ente

-Ant

eil (

%)



Chip Components: insgesamt gute Lötstellen

03015 01005 0201

Bauelement Länge in mm Breite in mm Höhe in mm03015 0,3 0,15 0,101005 0,4 0,2 0,130201 0,6 0,3 0,23

Miniaturisierung



Aktive Bauelemente werden kleiner

> Im Galaxy S10e sind einige WLCSP eingebaut

Bilder Baugruppen:2019, httpsi//de.ifixit.com, Galaxy S10e Mainboard vorn

200 µm

Miniaturisierung



03015 metrisch (0,3 x 0,15 mm)

> Anpassung des LP-Layouts und des LP-Herstellprozesses> LP-Toleranzen müssen berücksichtigt werden> Pastendruck und Schablonentechnologie optimieren

81 µm136 µm

20 µm

Layout: Wunsch und Wirklichkeit




LP-HerstellprozessSMD-Pads nach dem Ätzen

> Design-Vorgabe > Panel-Plating > Pattern-Plating

Bilder: Bernd Reißlöhner, Schweizer Electronic, Mit den Kleinsten Großes bewirken, Seminartag 16.07.2014, Blaubeuren



Solder Mask Defined (SMD) vs. Non Solder Mask Defined (NSMD) Die Größe des Pads ist Ergebnis der gewählten Definition und des Layouts> QFN Pads

> Links: Leiterbahnanbindung beeinflusst die Padgröße> Mitte: SMD Pads sind oft größer als NSMD Pads> Rechts: Händisch angepasstes Layout lohnt sich

Bilder: R. Taube, „Design für µ-Components,“ 6. Berliner Technologie-Forum, 22. Mai 2014.




Topographie von Leiterplatte und BauelementBeispiel: LGA 32> Pinocchio-Effekt> Im schlechtesten Fall liegen beide Seiten Lötstopplack

LGA und LP direkt aufeinander; das Einschwimmen wird behindert




03015: UnterbelotungSchablonendruck wird schwieriger Schablone 95x135x40 µm BxHxD

Pastentyp 5 (10-25 µm)Kugeln Ø 10 µm und Ø 25 µm

Pastendruck: Wunsch und Wirklichkeit



03015 PastendruckPastendeposits nach dem 10. Druck > Lotpaste Typ 5 wird empfohlen


Quelle: U. Schäfer, Herausforderungen 03015,Technology Day REHM, 16.07.2014

Type 4 Type 5



Lotpasten-Pulver

> Typ 4: 20 bis 38 µm (80 % der Körner) Typ 5: 10 bis 25 µm (90 % der Körner)

Bilder: links, High-Reliability Lead-Free Solder Paste M31-GRN360-K-V, Senju Metal Industry Co.,Ltd., 2004rechts, Solder Paste Powder, Typ 5_15 - 25 µm_Koki, 2015

50 µm




MismatchDer reale Leiterplattenversatz muss berücksichtigt werden> 03015 Pad


Versatz 20 µm

Schablone 26 µm



Schablonenapertur> 03015 Apertur: 95 x 135 x 40 µm (Stufenschablone)> Anzahl der Kugeln in der Apertur, Paste Typ 5: 10 µm = 725 Kugeln, 25 µm = 46 Kugeln

Bild rechts: U. Schäfer, Herausforderungen 03015,Technology Day REHM, 16.07.2014

Typ 5 SAC, 45 µm03015 Lotdepot


Lötstopp 32 µm

Schablone 40 µm

Pad



03015 Mikrogefüge

> Aufgrund des kleinen Lotgefügessteigt der Anteil der AuSn4-Phasen

Zuverlässigkeit

Quelle: Matthias Hutter und Jens-Uwe Schulz, FhG IZM, REM/EDX-Untersuchungen im Rahmen vom Complex Boards Project, 2014



Lotspalt

> SAC Lotpaste, QCC7V

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 500 1000 1500 2000 2500

Rel

ativ

e Sc

herf

estig

keit

Zyklen

Lotspalt 47 µmLotspalt 17 µm

Quelle: Helge Schimanski , Abschlussbericht AiF-Vorhaben Nr. 17.405N, Einfluss des Lotpastendrucksauf die Zuverlässigkeit der Lötstellen kritischer keramischer SMD-Komponenten auf FR4-Leiterplatten , FhG IZM, 25.03.2015

Zuverlässigkeit



… Ihnen eine gute Zusammenarbeit zwischen klein und groß

> Putzerfisch

Bild: Putzerfisch_http://aquapedia.marcolips.ch, 2019

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