Design og produksjon med aluminium i laminat

Transkript

1 Design og produksjon med aluminium i laminat EKN, Drammen 28. November,

2 Hvad har størst indflydelse på pris, kvalitet og gennemløbstid i produktionen? 2

3 Designfasen Slutbrugeren (Eksempler) Levetid Pålidelighed Anvendelsesmiljø Levering Pris Sælger Designer af elektrisk kredsløb Designer af PCB Indkøber af materialer Produktion af printkort Test af printkort 3

4 Failure Lifetime and reliability Life begins End of Life MTBF??? Life time 4

5 IPC Standarder 5

6 IPC-2220 Series Design Guide Line 6

7 ECSS Design Rules/Requirements for High Reliability 7

8 IPC-7351 Surface Mount Design and Land Pattern Standard 8

9 PCB med høj termisk ledeevne Boreparametre Presseparametre Loddemaske Fræseparametre Opbevaring Bagning 9

10 IPC-4101 Laminate specifikation (Eksempel: Type 126) 10

11 Eksempel på presseparametre (Isola) 11

12 Z-axis expansion CTE og Tg CTE Z Post Tg CTE Z Pre Tg Tg CTE xy Pre/Post Tg Copper expansion rate Temperature 12

13 Udvidelseskoefficient (Eksempler) 13

14 Tg : 120 C CTE Z Pre Tg : 59 ppm/ C CTE Z Post Tg : 301 ppm/ C IPC-4101/21 (Standard laminate) 14

15 Tg : 258 C CTE Z Pre Tg : 62 ppm/ C CTE Z Post Tg : 184 ppm/ C IPC-4101/40 (Polyimide) 15

16 PCB Build-up 16

17 IPC-2226 (Eksempel) 17

18 Example PCB build-up with blind via 18

19 IPC-2226 (Eksempel) 19

20 Example of PCB build-up 20

21 Example of PCB build-up with Al base 21

22 Internal Conductor Thickness and Plating IPC-6012D / Tabel 3-13 IPC-A-600J / Tabel

23 Copper Plating Thickness IPC-6012D / Tabel 3-4/5 IPC-A-600J /

24 External Conductor Thickness and Plating IPC-6012D / Tabel 3-14 IPC-A-600J / Tabel

25 IPC-2152 (Eksempel 200µm (bredde) X 30µm (tykkelse)) 25

26 Termisk ledeevne (W/m.K( C)) 26

27 IPC-2226 Termisk ledeevne (Eksempel) 27

28 Termisk ledeevne (Wikipedia) 28

29 Termisk ledeevne loddetin 29

30 Eksempel på beregning Flere via = mindre spændingsfald = mindre varmegenerering 30

31 Panasonic laminat (Eksempel) 31

32 ARLON laminat (Eksempel) ARLON StaCool 92MCL 32

33 Termisk Design af PCB 33

34 Varmeoverførsel Konduktion Konvektion Radiation 34

35 Hvorfor køling? Visse komponenter afgiver varme Nogle komponenter afgiver MEGET varme Varme kan ikke fjernes kun flyttes Fejlraten stiger med temperaturen 35

36 Eksempel på kølemetoder Passive Aktive 36

37 Heatsink Die Lim Die bonde land Lodning PCB Termisk via 37

38 Voids i lodning Uden vacuum Med vacuum 38

39 Hvad er Thermal Management? Detektere anvendelsesmiljø At udbalancere varmekilden med køle kapabiliteten Beregning af kølekapacitet Metoder til køling af enheder (Transistorer, IC kredse, LED m.m.) på printkortet. Konduktion: Gennem fysiske forbindelser I printkortet (Via) til fx heatsink/køleplade. Konvektion: Både den naturlige og fx med blæser Radiation: Internt og externt til andre komponenter 39

40 Hvad er Watt pr meter Kelvin (W /mk)? Varme bevæger sig hen over en overflade pr arealenhed pr tidsenhed divideret med den negative værdi af hastigheden af temperaturændring med afstanden i retningen vinkelret på overfladen. Også kendt som varmeledningskoefficienten (Coefficient of Thermal Conductivity) 40

41 Termisk ledeevne (W/m.K( C)) 41

42 IPC-2152 (Eksempel 200µm (bredde) X 30µm (tykkelse)) 42

43 Køling af LED 43

44 Eksempel design guide LED 44

45 Eksempel på design guideline (Analog Devices) 45

46 Eksempel på design guideline (Würth Elektronik) 46

47 Termisk ledende materialer Termisk ledende pasta Termisk ledende lim Laminat Med og uden væv Med og uden metal core Prepreg Keramik (fx DCB) 47

48 Ruhed og varmeoverførsel 48

49 Termisk (om)vej Die R Th1 Hus R Th2 Varmekilde (kredsløb på die) Lodning R Th3 Osv. 49

50 Eksempler (Fraunhofer) 50

51 Direct Copper Bonding (DCB) Kobber Dielektrikum Kobber Køleplade/heatsink 51

52 Loddeforbindelse DCB til heatsink Cu Al Ni

53 IPC-A-610G-2017 (Eksempel) 53

54 IPC-A-610G-2017 (Eksempel) 54

55 Problematikker Hvor er den største termiske modstand? Kan den formindskes? Er der plads? Hvad koster det? Kobber, Kobber, Kobber.. Pas på med montage af heatsinks 55

56 Summary General Design for Reliability Definer end-user anvendelsesmiljø! Definer end-user krav (Hvilke standard og klassifikationer?) Definer kompatible materialer (PCB, components etc.) PCB design PCB layer build-up Lederbane definition og tolerances Design af loddeland (For surface mount IPC-7351) Hulstørrelse ogtolerancer for komponenter Via huller (Hvor og hvilken type) Afstand mellem komponenter Annular ring definition Courtyard (Frit område omkring komponenter) Termiske krav Komponenter Definition af komponenter e.g. PSL/MSL Levetid og pålidelighed (consumer vs industrial vs MIL vs Space) Termiske krav (e.g. krav til heatsink) Definer assembly og loddeprocesser J-STD-001 Requirements e.g. Class 3 (krav til e.g. voids) Test og inspektions krav 56

57 Questions? 57