07/03/2016
A komplex tervezési folyamat felosztása részcélok szerint
NYÁK tervezési szempontok Design for Manufacturing
NYÁK DfM
NYÁK DfM
Költséget meghatározó tényezők
Tervezés gyártásra DfM
• Anyagköltség: hordozó, a technológia során használt anyagok • Összetettség (komplexitási faktor) • Furatok száma • Nemesfém (arany) használat • Kihozatal (selejt arány) • Felület kikészítés típusa • Környezetvédelmi költségek
A megrendelő, tervező és a gyártó közötti együttműködés, tervezés, megrendelés a gyártási lehetőségek ismeretében Legfontosabb szempontok • Terv formátuma: gerber • Azonos mértékegység (mil vagy mm) Fő célok: • Jobb minőség, rövidebb átfutási idő, alacsonyabb költség, kisebb környezetterhelés NYÁK DfM
http://nyakaruhaz.hu/tudasbazis/
A hordozó anyagai
Anyagválasztás Hordozó • Általános: FR4, FR5
• Prepreg: hordozóval azonos anyagból, 0,05 mm – 0,2 mm
vastagság 1,55 mm
• Speciális igényekre: – Nagyobb hőállóság – Jobb nagyfrekvenciás tulajdonságok, számított impedancia – Jobb hővezetés – Hajlékony – Különböző vastagság: 0,12 mm – 10 mm
• Rézfólia: 17,5µm -35µm függ: – – – –
NYÁK DfM
Terhelés Rajzolatfinomság, alámarás Környezetvédelem Vezetőcsík ellenállása
NYÁK DfM
Követelmények: • Villamos: – Térfogati ellenállás – Felületi ellenállás – Dielektromos jellemzők (ε, tgδ) Mindezek hő és frekvencia-függése
•
• Termikus, hőállóság: – Forrasztás, joule-hő – Hőtágulási együttható (x,y,z) – Hővezető képesség A hordozó nagy hőtágulása miatt a furatok fémezése sérülhet: Függ a rétegek számától, a rézréteg vastagságától és a hordozó vastagságától
Mechanikai: – Szilárdság – Megmunkálhatóság (darabolható, fúrható) – Nem vetemedik
• Vízfelvétel – a technológia és a használat során
6
1
07/03/2016
A hordozó anyagai Műanyag
Kerámia
– Társító nélkül, flexibilis NYHL – Társított, kompozit: merev NYHL
különleges célokra
BGA tokozású IC
Forraszgolyók
• A réz és a polimer hőtágulása közti különbség következménye a forrasztás során. 7
Erősítő: • Felelős a szilárdságért, rugalmasságért • Javítja a hőállóságot, villamos jellemzőket. – Papír, – Üvegszál, – Üvegszövet, – Kerámiaszál -szövet
Üvegszál
• Felelős a felületi, villamos, hőtani tulajdonságokért.
• FR-2: papírvázas fenolgyanta
– Fenolgyanta (bakelit) hőállóság↓, nedvességfelvétel↑
• FR-3: papírvázas epoxigyanta
– Fejlesztés: poliimid, (polikarbonát), teflon, folyadékkristályos polimer 9
Vizsgálati módszerek
Forraszlakk
Hordozó típusok
Alapváz (mátrix): műgyanta
– Epoxigyanták: tapadás↑, szigetelés ↑
8
Epoxi
– Lágálló, jó mérettartás, sötétsárga – Jó el. tulajdonságok, ~furatfémezhető, krémszinű
• FR-4: üvegszövetvázas epoxi – Jól megmunkálható, furatfémezhető, jó el. tulajdonságok, kis vízfelvétel, áttetsző zöld
•
FR-5: mint FR-4, javított hőállóság, nagyobb Tg
• CEM 1: papír, üvegszövet, epoxi FR: flame retardant, (még használható: TBBPA, tetrabróm-bisfenol A), környezeti követelmény: halogénmentes (foszfát-észter, kvarc) 10
Vizsgálati módszerek • Tapadásvizsgálat – Késsel bevágás, lefejtés – Forrszemre forrasztott rézhuzal –szakítógép
• Villamos paraméterek: – Térfogati ellenállás; R – Felületi ellenállás; R – Permittivitás;εrel – Veszteségi tényező;tgδ – Átütési szilárdság
Elektródaelrendezés az R és a felületi R mérésére
• Hőállóság – 120oC - 30perc felhólyagosodás nélkül – Lángállóság: bunsenlángba 10sec – Forraszállóság: 250oC 5sec
• Vízfelvétel: 24 óra tömegnövekedés 11
A transzformációs hőmérséklet különböző hordozóanyagoknál (A hőtágulás is a Tg-nél változik) 12
2
07/03/2016
Tulajdonság
FR-3
FR-4
FR-5
Rtérf, Ωcm (40oC)
4 1012
8.1014
8.1014
R , Ω (40oC)
4 1012
3 1012
3 1015
εrel, (1 MHz)
4,9
4,7
4,6
tgδ (1 MHz) (GHz)
0,04
0,02
0,015
Forrasztófürdő tűrés (sec)
25
>120
>120
Vízadszorpció (mg)
na
15
na
Tg, üvegesedési hőmérséklet
150
>165
Hőtágulás (z irány %) 25-275°C (Tg fölött)
5.5 13
14
BT: Bismaleimide-Triazine
Rézfólia • Vastagság: 17,5µ µm, 35µ µm, (70µ µm, 105µ µm,) – féladditív: 5µm védőréteggel – Speciális, (pl. autóipari 400 µm)
• Gyártás: galvanoplasztika – elektrolizálás forgó acélhengerre, fél fordulat után lefejtés
• Ragasztás: Rogers cég hordozó választéka
– ragasztófólia vagy oldószeres, melegre térhálósodó műgyanta 16
NYÁK DfM
Rézfólia vastagsága: 17,5µm -35µm függ: • Terhelés • Rajzolatfinomság, Alámarás • Környezetvédelem • Vezetőcsík ellenállása
35 µm terhelhetősége
18 µm terhelhetősége
A vezetőréteg terhelhetősége: • a jelölt hőmérséklet az emelkedést jelenti • a külső rétegek terhelhetősége kb. kétszerese a belsőknek
105 µm terhelhetősége
NYÁK DfM
3
07/03/2016
A szigetelőcsík szélessége az alkalmazott feszültség függvényében
A rézfelületek szimmetrikus elosztása • A réz és a hordozó különböző hőtágulása miatt deformáció, behajlás fordulhat elő • Lehetőleg legyen szimmetrikus a felületeken és a rétegek között is
19
NYÁK DfM
Gyártáselőkészítés lépései
Gyártáselőkészítés
Kapott adatok áttanulmányozása (gyárthatóság?) Kapott tervek konvertálása a gyári tervező rendszerbe. Ennek részei:
Terv teljes grafikus elemzése: Rajzolati rétegek esetén: szigetelési távolság, minimális vezetékszélesség, maradékgyűrű, hőcsapdák, biztonsági távolságok a kontúrhoz képest (ritzelés és marás esetén eltérő értékek)
gyártófilmek fúróprogramok (átmenő, temetett, zsák) kontúrprogramok (átmenő, fenék, fémezett) mechanikai rajz (gyártás és vég MEO részére) rétegfelépítési utasítás optikai ellenőrző program (AOI) elektromos ellenőrző program (ATG) információk a termeléskövető rendszer számára technológia sor (összes művelete).
Eurocircuit osztályba sorolási táblázata, rajzolat
Osztályba sorolás • A rajzolatfinomság szerint • A rajzolat különböző elemei: • A besorolást a legkisebb méret dönti el •
Osztályok száma változó (IPC: 1-4, Eurocircuit: 1 – 9, furatra A - H)
3
4
5
6
7
8
9
10
min X mm
0,30
0,25
0,20
0,15
0,125
0,10
0,09
< 0,09
min Y mm
0,20
0,15
0,15
0,125
0,125
0,10
0,10
< 0,10
min Z mm
0,20
0,20
0,20
0,175
0,15
0,15
0,125
<0,125
A furatok szerinti osztályba sorolás (Eurocircuit) A
B
C
D
E
F
Min PHD (mm)
0,65
0,45
0,35
0,25
0,20
< 0,20
Fémezve(mm)
0,50
0,35
0,25
0,15
0,10
< 0,10
PHD: fémezett furat átmérője
NYÁK DfM
X: Track to Pad = Vezető és forrszem közötti szigetelő távolság (TP) Pad to Pad = Két szomszédos forrszem közötti szigetelő távolság (PP) Track width = Vezető szélesség (TW)
Y: Z:
OAR = Külső réteg maradékgyűrű
IAR = Belső réteg maradékgyűrű
IPI = Belső réteg furat szigetelő távolság (Egy furat és a hozzá legközelebb eső vezető vagy telefólia távolsága) NYÁK DfM
4
07/03/2016
Osztályba sorolás (komplexitási faktor) IPC szerint • 1. osztály: Általános bonyolultságú tervezés. Az alkatrészek 2,54 mm-es (= 10 mil) raszteren helyezhetők el. A tervezett vezető és szigetelő sáv szélesség 0,18 mm (7 mil), vagy nagyobb. • 2. osztály: Mérsékelten bonyolult tervezés. Az alkatrészek 1,27 mmes (= 5 mil) raszteren helyezhetők el. Legfeljebb két sáv vezethető el az IC lábak között. A tervezett vezető és szigetelő sáv szélesség 0,13 – 0,15 mm (5 – 6mil). • 3. osztály: Nagy bonyolultságú tervezés. A felületszerelt alkatrészek lábtávolsága (pitch) 0,4 - 0,5 mm. Az alkatrészek 1,27 mm-es raszteren helyezhetők el. A tervezett vezető és szigetelő sáv szélesség 0,075 – 0,1 mm (3 – 4 mil). Ez a kategória különleges kezelést és folyamatellenőrzést követel meg. • 4. osztály: Ez az osztály kívül van a gyárthatóság határán. Lehetőség szerint kerülni kell, hogy akár elemei is bekerüljenek a tervbe. Különleges mérnöki felügyelet mellett kísérelhető meg a gyártás, de a megfelelő kihozatal így sem várható el. NYÁK DfM
Forrasztásgátló bevonat
• Felületkikészítés
• Gépi forrasztásnál szükséges a pad-ek elválasztása, pad-ek, forrszemek körül szabad sáv
• OSP, Ag, ENIG, HASL • Választás a forrasztási mód, a várható használat alapján • várakozási idő • újraforrasztás
Panelvastagság, furat fémezhetőség
Alámarás Kalkulálni kell, mennyi lesz a maradék vonalvastagság • Alámarás függ a rétegvastagságtól. Ahol lehet, célszerű 18 µm-es panelt választani.
•
Aspect ratio: furat hossz/átmérő arány Többrétegű NYÁK-nál a vastagság változó, 1,5 – 3,2 mm (néha több). A legkisebb furatátmérőt úgy kell választani, hogy még biztonsággal fémezhető legyen. A.r. Határ: 6 – 8 gyártótól függően.
Méretek az alámarás után
NYÁK DfM
Tervezés hőterhelésre Fokozott hőterhelés: • Nagy alkatrészsűrűség • Nagy teljesítményű processzorok, IC-k • Teljesítmény LED-ek
Megoldási lehetőségek: • Hordozó választás: Jobb hővezető – Metal Core PCB, – grafitszál erősítésű, – kerámiaszál erősítésű
• Vékonyabb hordozó • Termikus viák • Termikus tervezés
NYÁK DfM
NYÁK DfM
Impedancia tervezés • Termikus tervezés, szimuláció
• Forraszthatóság biztosítása: nagy rézfelület jó hővezető, • Föld és táp rétegeken kell a megszakítás
Thermal relief NYÁK DfM
• Nagyfrekvenciás áramköröknél • Számítható – Vezetősávok ellenállása (alámarás figyelembe vételével) – Kapacitás: vezetősávok geometriája, elrendezése, szigetelőrétegek vastagsága, dielektromos állandója alapján – Induktivitás: vezetősávok hossza, sűrűsége – Veszteség:
• Mindegyik számolásához kalkulátorok, szimulációs programok.
NYÁK DfM
5
