NYÁK technológia 2. Fémbevonatok. Elektródfolyamatok emlékeztető. Galvanizálás. Faraday törvény. Bevonat tulajdonságok. Redukció: Me + + e - Me

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "NYÁK technológia 2. Fémbevonatok. Elektródfolyamatok emlékeztető. Galvanizálás. Faraday törvény. Bevonat tulajdonságok. Redukció: Me + + e - Me"

Ilona Szilágyi
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 NYÁK technológia 2 Fémbevonatok 1 Redukció: Me + + e - Me Kémiai redukció Szigetelő felületre is Alkalmazás: furatfémezés, ellenállás Leggyakoribb: Cu, Ni, Ag Immerziós Vezető felületre, árammentes, ioncsere reakció Leggyakoribb: Ni, Ag, Au Galvanikus Vezető felületre Alkalmazás: Panel, rajzolat érintkezők Galvanizálás Elektródfolyamatok emlékeztető Elektrokémiai alapfogalmak: Elektrolit egyensúlyok (ph, puffer, hidrolízis, oldhatóság, komplex ) Áramvezetés elektrolitokban Elektródfolyamatok, elektródpotenciál, galváncella Elektródfolyamatok kinetikája, polarizáció, túlfeszültség Redox folyamatok (forrás: anyagismeret, laborútmutató) Zn e - Zn Mindkét irányú folyamat E elektródpotenciál oldat és határréteg között többlettöltés fémkiválás Leválási potenciál E o E levál ási levál ási E o = η (túlfeszültség) Faraday törvény m = k I t k = M/z F, j = I/A [A/dm 2 ] Rétegvastagság a sűrűség ismeretében számítható Áramkihasználás: η 1 Veszteség oka: H 2 együttleválás más szennyező ionok hőfejlődés Bevonat tulajdonságok Tapadás Felület előkészítés Szemcseméret Szerkezet illeszkedés (hőtágulás, rácsállandó) Egyenletesség Makroszórás Keménység, kopásállóság Szemcseméret Bevonat tisztasága (H 2 kiválás) 1

2 Fürdők összetétele Fényesség, felületi simaság Felület előkészítése, polírozása Fürdő mikroszórása Korrózióállóság Változó villamos ellenállás Bevonandó fém sója Vezető só [MgSO 4, (NH 4 ) 2 SO 4 ] Puffer (leválási potenciál, fürdő stabilitás) Komplexképző (szabad fémion konc. csökk.) Depasszivátor (általában Cl -, az anód oldódását segíti) Nedvesítő, szemcsefinomító, fényesítő Követelmény: összetétel, ph, vezetőképesség hosszú távú stabilitása Rezezés Furatgalván (panel, rajzolat) Köztes réteg (tapadás növelés, diffúzió gátlás) Savas fürdő: CuSO 4, H 2 SO 4, NaCl + adalékok j = 0,5 5A/dm 2, katódmozgatás, anód: foszfortartalmú réz Kémiai redukciós fémbevonat (Electroless plating) Fürdő összetétel: Fémsó Redukálószer Puffer Nedvesítőszer Stabilizátor Víz Funkció: Pontos ph beállítása, tartása Tapadás javítása, felületi feszültség csökkentése Fürdő spontán bomlásának gátolása Technológia: Felület előkészítés: Tisztítás, zsírtalanítás Érdesítés, mikromarás Aktiválás SnCl 2 majd Pd Kémiai reakció: CuSO 4 + 2HCHO + 4NaOH Cu + 2(HCO) 2 Na + H 2 + 2H 2 O + Na 2 SO 4 Szobahőmérsékleten Rétegvastagság 1-2µm, galvanikusan tovább vastagítható. 2

3 Furatfémezési megoldások Egyéb fémezési eljárások Kémiai réz: (előző) Direct plating: Pd rétegre közvetlen galván Cu Black hole: grafitréteg galván Cu Vezető polimer: polimer réteg oxidációval vezetővé tétel galván Cu Redukciós nikkelezés Pl. diszkrét, kisohmos ellenállások Redukálószer NaH 2 PO 2, (Na-hipofoszfit) részben beépül a rétegbe TK csökken. Hőmérséklet: o C Immerziós fémezés Arany, ezüst Forrasztandó felületek végső bevonata Vezető felületre Cserereakció az oldat ionja és a felületen levő fém között. A pozitívabb elektródpotenciálú (nemesebb) fém válik ki. Pl: ENIG (electroless nikkel, immersion gold) Ni + Au 2+ Ni 2+ + Au ~0,1 µm, önleállító folyamat Electroless Nickel Electroless Plating Electroless and Immersion Plating ENIG Ni ++ Ni ++ Ni + Au ++ Ni Cu Ni Cu Then Ni Cu Electroless Nickel Plating Immersion Gold Plating ENIG (Electroless Nikkel/Immerziós Arany) Tipikus vastagság: µm Ni, ELŐNYÖK + Sík felület + Egyenletes vastagság + Többszörös hőciklust elbír + Hosszú eltarthatóság + Jól forrasztható + Alkalmas fine pitch IC-khez µm Au HÁTRÁNYOK - Arany huzalkötésre nem alkalmas - Drága - Nikkel hulladékkezelés szükséges - Nem javítható a szerelőüzemben - Nem optimális a nagysebességű áramkörökhöz Immerziós Ag Jellemző vastagság: µm ELŐNYÖK + Alkalmas a fine pitch alkatrészekhez + Sík felület + Nem drága + Gyors, könnyű művelet + Nem függ a furatmérettől + Javítható, újra elkészíthető a szerelőüzemben is HÁTRÁNYOK - Törékeny réteg, nem alkalmas press fit alkatrészek beültetésére -Nehézségek mikroviák fémezésénél (aspect ratio > 0.75:1) -Korrózióra érzékeny (Cl - and S 2- ) 3

4 Kontaktus-galvanizálás Ni elválasztó réteg (Cu-Au diffúzió) + kemény Au 1 3 5µm ~0,1% Ni vagy Co vagy Cd Cianidos (!?) fürdőből j = 0,5 1 A/dm 2 Anód: platinázott titán Kétoldalas technológia összefoglalása Fúrás Aktiválás Sn Pd, Árammentes Cu bevonat, Panelgalvanizálás Szilárd fotoreziszt felvitele Fotolitográfia Galván Cu bevonat (~20µm) Sn galvanizálás (~10µm) Negatív maszk eltávolítása Cu maratás, a fényes Sn maszkol Sn védőréteg eltávolítása (vagy megömlesztése: HASL) Forrasztásgátló réteg felvitele Felületkikészítés (Au, Ag, Sn, OSP) Többrétegű NYHL HASL Fémezett falú furat Hot Air Solder Levelling Furat metszete Gombaképződés pre-preg Hatrétegű pakett rézfólia ónozatlan Cu huzalozás (fekete oxid) Pre-preg: preimpregnated material, félig kikeményített, üvegszövettel erősített epoxigyanta (ugyanaz az anyag, mint a hordozó) Együttlaminált technológia Kétoldalas lemezeken rétegenként a rajzolat elkészítése úgy, mint a kétoldalasnál, de furatfémezés nélkül Alul felül nincs rajzolat Rézfelületre vékony oxidréteg Pakett összeállítás, sajtolás (170 o C, 15bar, 40-60perc) Fúrás, furatfémezés rajzolat a két külső rétegre, mint a kétoldalasnál. Így főképp átmenő furat (de megoldható az eltemetett és a zsák furat is). 4

5 A többrétegű, együttlaminált technológia összefoglalása pcb007.cgi Zsákfurat, betemetett furat: még a sajtolás előtt, az egyedi lemezeken kell kialakítani. Fémezett falú furatok RTG képe Ellenőrzés eltemetett fémezett falú furat fémezett falú vakfurat Cu huzalozási pálya Folyamatos gyártásközi ellenőrzés Eszközök: fúrók, galvánfürdők, elektródok Termék hibátlansága Módszerek: Vizuális AOI: Automatical Optical Inspection Mérőautomaták 5

6 HDI: High Density Interconnection Vonalfinomság < 150µm Mikroviák (eltemetett és vakviák) d < 0,3 mm, több,mint 1000 furat/dm 2 Szekvenciális technológia 190 I/O 100 I/O Szekvenciális technológia, mikrovia Szekvenciális: a rétegeket egyenként, egymásra építve Mikrovia: µm átmérő, fúrás lézerrel vagy plazmamarással Előny: kisebb méret, nagyobb sebesség, kevesebb réteg, kisebb költség Fémezett zsákvia Mechanikai korlátozott pontosság: mélységi: ~ 40 µm, oldal: ~ 50 µm Plazma Lézer CO 2 lézer, 10,6 µm (fémet nem) UV lézer d ~ 30 µm Mikrovia fúrása Többrétegű, kiegészítve szekvenciális réteggel Szekvenciális technológiák Lézeres elpárologtatás (abláció) Egy felépített egység: műgyantával bevont rézfólia ezen mikrovia fúrás lézerrel, rajzolat kialakítása fotoreziszt technikával, maratással Fényérzékeny szigetelő réteg Alkalmazás, mint a fotorezisztek, mikrovia készítés fotózással és előhívással Utána vezetőréteg kialakítása additív technikával 6

7 Szekvenciális felépítésű többrétegű nyomtatott huzalozások Rétegenkénti felépítés: bázislemez (Cu réteggel bevont szigetelőlemez) Elkészül egy réteg vezetőhálózat Előnyei: igen finom rajzolat d=40 µm, kicsi via átmérő: D=40-80 µm, nagy rétegszám: n<40, vékony szigetelőréteg: v= µm. 4 alapelv az alkatrészsűrűség növelésére Csökkenteni a furatátmérőt Csökkenteni a csíkszélességet Növelni a rétegek számát Csökkenteni a használatlan lyukfelületet, zsák (vak) és eltemetett viák alkalmazásával + 2: Via feltöltés Beágyazott passzív alkatrészek Via feltöltés Via feltöltés Cél: helytakarékosság Feltöltés: műgyantával vagy galván rézzel BGA tok forrpadjai BGA tok kivezetéseinek megoldása Lépcsőzetes elrendezésű mikroviák Egymásra épített mikroviák Flip chip IC BGA tokkal Hajlékony NYHL Merev hajlékony Flex Rigid-flex 7

8 Beágyazott passzív komponensek Hagyományos SMT Hosszabb huzalozás a passzív elem és az IC között Beágyazott passzív Rövidebb huzalozás Méretcsökkenés Előnyök Elektromos paraméterek: Jobb impedancia illesztés Rövidebb jel útvonal, kisebb soros induktivitás Megszünteti az SM alkatrészek induktív ellenállását Csökkenti az áthallást, zajt, EMI-t NYÁK tervezés: Növelhető az aktív elemek sűrűsége Csökken a viák száma, könnyebb a huzalozás Javul a megbízhatóság, mert csökken a forrasztott kötések száma Gazdasági: Csökken ( megszűnik) a passzív komponens Javul a szerelés hatékonysága Csökken a panel mérete Korlátok Nem állítható elő a kapacitás-értékek teljes skálája Az anyagok és komponensek ára még magasabb A tervezési idő hosszabb (train design) Beágyazott ellenállások Beágyazott vagy felületi vékonyréteg ellenállások Galvanikusan felvitt ellenállások Vastagréteg technológiával (szitanyomtatással) létrehozott ellenállás Ellenállás tervezés (paraméterek és minták) Beágyazott kondenzátorok 50 nf kondenzátor helyigénye különböző dielektrikumok felhasználásával. A rétegvastagság 0,2 µm. 8

9 3 D tokozás PoP package on package 9

Hasonló dokumentumok

NYÁK technológia 2 Többrétegű HDI

NYÁK technológia 2 Többrétegű HDI 1 Többrétegű NYHL pre-preg Hatrétegű pakett rézfólia ónozatlan Cu huzalozás (fekete oxid) Pre-preg: preimpregnated material, félig kikeményített, üvegszövettel erősített