NCAB GROUP

Frågor och svar om mönsterkort

På NCAB Group får vi många frågor om mönsterkort både från våra kunder och våra egna team. Här hittar du de några av de vanligaste frågorna som vi får och de synpunkter som är vanliga diskussionsämnen. Förhoppningsvis kan svaren hjälpa till, vara en referenskälla eller kanske den utlösande faktorn för en mer djupgående diskussion.

Om du inte hittar det du söker, eller vill veta mer på detaljnivå, kontakta oss så hjälper vi dig gärna.

TYP AV FRÅGA

HDI | Via hole | Terminology | Design rules | Material | RoHS

 

KATEGORI: HDI

1. Vad är ett mikroviahål?

Enligt den nya definitionen i IPC-T-50M är det en blind struktur med en maximal “aspect ratio” (Förhållandet mellan hålets diameter kontra dess längd) på 1:1, som ansluter ner mot en pad som ligger på ett maximalt djup på 0.25mm mätt från ytan.

Illustration av ett mikroviahål

 

2. Vad menas med ett blint viahål

Ett hål som går från ett ytterlager men inte genom hela mönsterkortet. Dessa hål kan borras både mekaniskt eller med laserteknik.
Bilden ovan visar ett laserborrat blint viahål.

 

3. Vad menas med ett begravt viahål?

Det är ett hål som går mellan ett eller flera innerlager. Borras normalt mekaniskt.

 

4. Vad är ett HDI mönsterkort?

IPC-6012D definierar HDI som en design med ett genomsnitt på 20 elektriska anslutningar/cm2 på båda sidor av mönsterkortet. Dessa konstruktioner har normalt små viahål (≤150µm) med smala ledarbredder och isolationer (≤100µm) där viahålen kan vara placerade i SMT paddar och/eller ha tunn dielektrisk tjocklek där mikrovior används.

Illustration av ett HDI mönsterkort
 

5. Finns det olika typer av HDI kort?

Bilderna nedan visar de viktigaste strukturerna – typ I, typ II och typ III så som de definieras i IPC-2226.

Typ I. Definieras av mikrovia i en nivå antingen på en eller båda sidorna av kortet. Både mikrovia och genomgående hål används för att skapa elektriska förbindelser, begravda viahål används inte.
HDI Typ 1 struktur enligt IPC-2226
 
Typ II. Definieras av mikrovia i en nivå antingen på en eller båda sidorna av kortet. Både mikrovia och genomgående hål används för att skapa elektriska förbindelser, begravda viahål används.
HDI Typ 2 struktur enligt IPC-2226
 
Typ III. Definieras av mikrovior i minst två nivåer antingen på en eller båda sidorna av kortet. Både mikrovia och genomgående hål används för att skapa elektriska förbindelser, begravda viahål används.
HDI Typ 3 struktur enligt IPC-2226

Terminologier för att definiera typen av en HDI-konstruktion:

  • 1+n+1 = en nivå mikrovior (som typ I och typ II i exemplen ovan)
  • 2+n+2 = två nivåer mikrovior (som typ III i exemplet ovan)
  • 3+n+3 = tre nivåer mikrovior (som typ III i exemplet ovan)

 

KATEGORI: DESIGN RULES

6. Vilken är minsta padstorlek kontra hål på ytter-/innerlager?

Detta varierar hos olika tillverkare, men generellt kan man säga att de flesta tillverkare kan producera enligt följande:
A = 0.15 mm
B = 0.20 mm
C = 0.30 mm
Exempel på padstorlek
Vid tajtare konstruktioner, rådgör gärna med någon av NCABs tekniker.

 

7. När jag vill ha tjockare ledarbanor än standard, vilka ledarbredder kan jag då använda?

Generellt gäller att ju tjockare baskoppar, desto bredare ledare bör det vara. En tumregel är att vid 18 µm baskoppar bör inte ledaren vara smalare än 0.1 mm (4 mil) och vid 105 µm baskoppar bör inte ledaren vara smalare än 0.25 mm (10 mil), observera att isolationen inte bör vara mindre än ledarbredden.

Olika tjocklekar på ledarbredder

 

8. Vilken koppartjocklek kan jag förvänta mig på ett färdigt mönsterkort?

Kopparfolie för både inner och ytterlager tillverkas i fördefinierade tjocklekar. Exempelvis 18um (1/2oz) 35um (1oz) 70um (2oz). Eftersom mönsterkortet processas i många steg så har IPC gjort upp regler kring vilken slutlig koppartjocklek som är acceptabel på både innerlager och ytterlager på ett färdigt mönsterkort.
Nedan visas exempel på tjocklek på kopparfolie och den minsta tillåtna färdiga koppartjockleken som framgår i IPC-6012.

Det är viktigt att förstå vad just din produkt kräver för att fungera optimalt och göra upp en specifikation som tar hänsyn till de fördefinierade kopparfolierna. Det är exempelvis inte att rekommendera att specificera min 70um på ett innerlager då detta i praktiken innebär att man måste använda sig av en folie på 105um vilket fördyrar kortet. För mer information, kontakta våra tekniker.

Koppartjocklek för innerlager på färdigt kort
Kopparfolietjocklek Minsta koppartjocklek på färdigt kort
1/2 oz. 11.4 um
1 oz. 24.9um
2 oz. 55.7um

External conductor thickness after plating and processing
Kopparfolietjocklek Minsta koppartjocklek på färdigt kort klass 2 Minsta koppartjocklek på färdigt kort klass 3
1/2 oz. 33.4um 38.4um
1 oz. 47.9um 52.9um
2 oz. 78.7um 83.7um

KATEGORI: TERMINOLOGY

9. Vad är ”aspect ratio”?

Förhållandet mellan hålets diameter kontra dess längd. När en fabrik anger att de kan tillverka med ett ”aspect ratio” på 8:1 innebär det exempelvis en håldiameter på 0.20 mm i ett 1.60 mm tjockt mönsterkort.

För HDI-strukturer är en lämplig ”aspect ratio” för mikrovior normalt 0:8:1, med 1:1 att föredra för enkel plätering.
Illustration av aspect ratio 8:1 och 4:1

 

10. Vad är kopparomslutning?

Kopparomslutning är en obruten plätering av koppar som går från hålväggen och ut över viapaddens yta (eller upp på ytan på ett innerlager om kortet har begravda vior) med en längd på minst 25 um.
 
Viahålsplugging typ VI-b täckt med lödmask

 

KATEGORI: VIA HOLE

11. Vilken typ av viahålsplugging rekommenderas?

NCAB rekommenderar IPC-4761 type VI-b, “fyllt och täckt, målbilden är att hålet ska vara helt fyllt”. Bilden nedan visar typ VI-b täckt med lödmask.

Viahålsplugging typ VI-b täckt med lödmask

Enkelsidig pluggning/täckning rekommenderas inte p.g.a. att kemikalier från tillverkningen lätt blir instängda i hålet, även lödkulor kan uppträda när ytbehandlingen är HASL (Hot Air Solder Leveling).

 

12. Vad är ett överpläterat viahål?

Det är när viahålet fylls med epoximassa och sedan täcks med ett lock av pläterad koppar och kategoriseras av IPC-4671 som typ VII – fyllt och täckt viahål. Koppartjockleken på locket ska vara minst 5µm för klass 2 och 12µm för klass 3.

Denna pluggning används främst för designer med via i pad eller i BGA applikationer med hög densitet. Även testpunkter som är placerade i viahål kan behöva denna typ.

 
För klass 2 är kravet att koppartjockleken på omslutningen minst 5um, men för klass 3 varierar kravet beroende på var i designen den är placerad. Kontakta våra tekniker för ytterligare information om klass 3 kraven.

 

KATEGORI: MATERIAL

13. Måste jag använda ett FR4-material med högt Tg (Tg = glasomvandlings-
temperaturen) vid blyfri lödning?

Nej, inte nödvändigtvis. Det är många faktorer som inverkar, t ex antal lager, tjocklek och svårighetsgraden på kortet. Vissa undersökningar har visat på att ett material med ”standard” Tg-värde t.o.m. har presterat bättre än vissa material med högre Tg. Notera att även vid ”blyad” lödning överstigs Tg-värdet. Genom att känna till hur materialet beter sig vid temperaturer över Tg-värdet (post Tg) kan man samla in tillräcklig information för att göra det rätta materialvalet för produkten.
 

14. Vilka materialegenskaper är viktiga vid val av material?

De viktigaste parametrarna är:

CTE
Ett mått på hur mycket materialet expanderar när det värms upp. Det som är kritisk är expansionen i Z-led, alla epoxybaserade material har normalt två faser av expansion, en lägre expansionsgrad vid temperaturer under Tg och en högre expansionsgrad vid temperaturer över Tg. Om materialets CTE egenskaper inte är anpassat till dom temperaturcykler som det utsätts för under montage och i drift så finns det stor risk att mönsterkortet fallerar genom att pläteringarna i hålen brister / mattas ut.


Vänster bild: Barrel crack/broken hole      Höger bild: Lifted land
 
Tg / Glasomvandlingstemperatur
Tg-värdet är den temperatur då materialet ändras från ett förhållandevis styvt tillstånd till mer elastiskt och böjbart. Viktigt att känna till är att vid temperaturer över Tg så förändras materialegenskaperna.

Td / Nedbrytningstemperatur
Detta är ett mått på nedbrytningen av materialet. Metoden mäter när 5% av materialet förlorat vikt – den punkt vid vilken tillförlitligheten äventyras och delaminering kan inträffa. För mönsterkort med högre tillförlitlighetskrav och multipla lödoperationer rekommenderas Td ≥ 340 ℃.


Degradation of epoxy resin within FR4.
 

T260 / T288 / Tid till delaminering
En tidsangivelse på hur länge materialet klarar att utsättas för en fördefinierad temperatur (260°C eller 288°C) innan det delaminerar. T.ex. 30 minuter.

 

15. Måste jag använda ett FR4-material med högsta Td (Td = nedbrytnings-
temperatur) vid blyfri lödning?

Ett högre Td-värde kräver ett bättre material vilket är att föredra om kortet utsätts för flera / krävande omsmältningslödningar. Att ha koll på sin monteringsprocess underlättar valet av rätt material.

 

16. Vad är skillnaden mellan ”Dicy” resp. ”nonDicy” som härdsystem i FR4-epoxin?

Dicy (Dicyandiamine) är det i särklass vanligaste härdsystemet för epoxin, detta ger normalt ett Td-värde på ca 300–310°C medan ett ”nonDicy” d.v.s. Phenolic Cured Epoxi har ett Td-värde på ca 330–350°C och står därför emot den högre temperaturen bättre.

 

17. Vad menas med ”CAF”?

CAF (Conductive Anodic Filament), betyder att det blir en elektrokemisk reaktion mellan koppar anod och katod, vilket kan ge en kortslutning internt i materialet.

 

18. Vilken yta på mönsterkorten är ”bäst” för blyfri lödning?

Det finns ingen ”bästa yta”, alla ytor har sina för- och nackdelar. Vad man ska välja beror på många faktorer. Rådgör gärna med våra tekniker.

 

19. Vad är det som gäller avseende flamskyddsmedel, blev det ett nationellt förbud mot TBBP-A som är den dominerande i elektronik?

Nej, utredaren kom fram till att det inte är praktiskt möjligt att förbjuda TBBP-A.

 

20. Vad är skillnaden mellan flamskyddsmedel tillsatt i reaktiv, resp. additiv form?

Ett reaktivt tillsatt flamskyddsmedel är kemiskt bundet till epoxin (en ny molekylkedja har bildats) och kan därför inte lakas ur vid exempelvis deponering. Ett additivt flamskyddsmedel är däremot inte kemiskt bundet och därför finns risk för urlakning. I epoxybaserade mönsterkort (FR4, FR5) så är flamskyddsmedlet reaktivt tillsatt.

 

21. Hur många omsmältningar tål FR4 – material?

Det går inte att ge ett rakt svar på det eftersom det är helt beroende på vilken lödprofil man använder sig av. Vår rekommendation är att välja ett mer högpresterande material (Högre Td, Lägre CTE) när det är fler lager än 4 och framförallt tjockare kort än 1.6mm.

FR4 test board following multiple reflows

 

KATEGORI: RoHS

22. Kräver RoHS- eller WEEE-direktiven märkning av mönsterkortet?

Nej, men av praktiska skäl bör mönsterkort som har blyfri varmförtenning märkas med tydlig märkning som anger RoHS-kompabilitet p.g.a. risk för förväxling med blyad varmförtenning.

 

23. Är RoHS-kompatibla mönsterkort även halogenfria?

Nej, inte nödvändigtvis. RoHS-direktivet förbjuder två bromerade flamskyddsmedel, PBB (PolyBromerade Bifenyler) och PBDE (PolyBromerade DifenylEtrar). Det som normalt används i mönsterkort är ett bromerat flamskyddsmedel som heter TBBP-A (Tetra BromoBisPhenol A).

Chris Nuttall
CHIEF OPERATIONS OFFICER