TECNOMETAL S.r.l. MEETING 8 APRILE

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Aureliana Mele
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1 TECNOMETAL S.r.l. MEETING 8 APRILE Via Ancona, TREZZANO ROSA (MI) Tel. 02/ Fax 02/ C.F. e P.I C.C.I.A.A Trib. MI Reg. Soc n Vai Fasc.8

Tel. 02/90969935- Fax 02/90969854 - C.F. e P.I.

2 Il passaggio al lead free ha determinato alcune variazioni nella progettazione dei PCB e acuito problematiche che in passato erano meno critiche. Prenderemo in esame due di questi aspetti : - Scelta del laminato di base - Copper dissolution Il primo riguarda la fase di progettazione (design for manufacturing) e quindi il committente, il secondo riguarda, più strettamente, il produttore dei circuiti stampati

Prenderemo in esame due di questi aspetti : - Scelta del laminato di base - Copper dissolution Il

3 La scelta del laminato di base deve avvenire tenendo conto di alcuni criteri : - tipo di pcb ( monofaccia, doppiafaccia, multistrato) - tipo di componenti da assemblare (fine pitch, BGA, µ BGA ) e relativi processi di saldatura - tipo di finitura superficiale (HASL, ENIG, OSP )

tipo di componenti da assemblare (fine pitch, BGA, µ BGA ) e relativi

4 Le caratteristiche dei laminati di cui tenere conto sono: Coefficiente di espansione termica sull asse Z (CTE-Z) : 70 ppm valore standard, 55 ppm medio, 40 ppm basso valore. Valore della TG (Glass Transition) : standard C, medio 150 C, alto > 170 C Temperatura di degradazione Td : standard 310 C, medio 330 C, alto 364 C Tempo di delaminazione : standard 1 min a 288 C o 15 min a 260 C Un materiale con alto Tg (HTg 150 C ) e con basso CTE-z ( 50 ppm) riduce il rischio di delaminazioni nelle aree interessate dal rework. L utilizzo di un materiale con alto Tg richiede, soprattutto nel caso di PCB multilayers, un adeguato imballo e stoccaggio in quanto aumenta in modo considerevole l igroscopicità del laminato.

standard 1 min a 288 C o 15 min a 260 C Un materiale con alto Tg (HTg 150 C ) e con basso CTE-z ( 50 ppm) riduce il rischio di delaminazioni nelle aree interessate dal rework.

5 Differente valore di espansione lungo l asse Z Copper Plated Through hole 18 PPM Dielectric Expansion 58 PPM Pre-Tg 287 PPM Post Tg X,Y Expansion Stress aumenta con lo spessore del PCB Stress aumenta in funzione della differenza di espansione termica del processo

Post Tg X,Y Expansion Stress aumenta con lo spessore del PCB

6 Plated Through Hole (PTH) Failure Modes Electroplated copper Plated Through Hole Electroless copper Copper foil X-Y Thermal Expansion Foil Cracks Post Separation Barrel Cracks Z Axis Thermal Expansion Corner Cracks

foil X-Y Thermal Expansion Foil Cracks Post

7 PCB Laminate Failure: De-Lamination Z Axis stress De-lamination

8 Plated Through Hole Failure: Barrel (PTH) Cracking Hole barrel Z axis Cracks Copper foil

9 Thermal Expansion Pre And Post T g 4.0% 3.5% Thermal Expansion (%) 3.0% 2.5% 2.0% 1.5% Pre-T 1.0% g Post-T g STD FR-370 TURBO 370 FR-370HR 0.5% 0.0% Temperature ( C) Rigid Construction, 16 ply 7628

12 Product Guide Production Sites Designation Std. T g C Mid T g 150 C High T g >170 C Thermal resistant, esp. for lead-free technologies Cycle resistant -40 C/ +140 C, 1000 Zyklen α z CTE <70 ppm/k α z CTE <50 ppm/k α z CTE <40 ppm/k ε r D k <3.9@2 GHz <0.01@2 GHz Tan δ D f High speed/high frequency Low damping (α S21/db) CAF-enhanced Bottegone Dueren other regions Remark Standard Epoxy Laminates DE104/PCL240 DE104KF DE114 DE117/FR406/PCL370 Standard FR-4 CTI 400 FR-4 FR-4 Green Laminates Thermal Reliable Epoxy Laminates Signal Integrity DE156 IS500 DE104i IS410 IS400 PCL254 IS420 PCL370HR FR408 IS620 IS640 Halogen free flame retarder High Tg, halogen free flame ret. Standard FR-4 improved High Tg FR-4 Filled resin system Filled resin system Filled resin system Filled resin system Signal integrity/epoxy based APPE-alternative PTFE-alternative High- G200 Performance P96/P26 GI-180 BT-Semiconductor grade Polyimid, V-0, MDA-free = Promote = not promoted, but available Additional Products: FR402 - Tg 140 Tetrafunktion. Epoxy IS415 - TG 170 Epoxy, improved dielectrics P95 - Polyimide, HB as per UL94 GETEK - Tg180 PPO/Epoxy blend

01@2 GHz Tan δ D f High speed/high frequency Low damping (α S21/db) CAF-enhanced Bottegone Dueren other regions Remark Standard Epoxy Laminates DE104/PCL240 DE104KF DE114 DE117/FR406/PCL370 Standard

13 (DSC) (1 GHz) Material Resin System Tg Dk Df Hitachi MCL-BE-67G Halogen-Free FR4 200 C DMA Polyclad PCL FR 370 HR Multifunctional 180 C Isola IS 415 High Performance Epoxy 190 C Isola IS 620 Modified Epoxy 205 C Isola IS640 Epoxy Blend 220 C Isola IS500 Halogen-Free FR4 180 C Isola FR 408 Enhanced Multifunctional 180 C Nelco N Enhanced Multifunctional 210 C Nelco N Multifunctional 175 C Isola FR406 Multifunctional 170 C Nelco N4000-6FC Multifunctional 175 C

74 0.009 Isola IS640 Epoxy Blend 220 C 3.38 0.0034 Isola IS500 Halogen-Free FR4 180 C 4.0 0.015 Isola FR 408 Enhanced Multifunctional 180 C 3.7 0.

14 Le norme IPC (es.ipc-6012a, paragrafo tabella 3-2) indicano, per la classe 2, un riporto minimo di rame all interno dei fori di 18 µ mentre par la classe 3 il deposito deve essere di 20 µ. Fondamentale è che il rilievo di questi spessori sia effettuato al termine del ciclo produttivo; tutte le finiture superficiali possono asportare del rame durante il processo produttivo soprattutto se la finitura è del tipo HASL lead free (copper dissolution).

6 tabella 3-2) indicano, per la classe 2, un riporto minimo di rame all interno dei fori di 18 µ mentre par la

15 Sezione metallografica di un foro metallizzato: spessore Cu conforme Electroplated Copper hole barrel

16 Calderoni Fabio

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