Konstruktion und Technologie elektronischer Baugruppen: Unterschied zwischen den Versionen
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− | * Bonden | + | * unmittelbar (ohne Zustatzstoffe) |
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− | * Löten (Laser, Inrarot, Lötkolben, Heißgas, Bad, Mikroflamme, Dampf) | + | ** Schweißen |
− | * Kleben | + | * mittelbar (mit Zusatzstoffen) |
+ | ** Löten (Laser, Inrarot, Lötkolben, Heißgas, Bad, Mikroflamme, Dampf) | ||
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===46.Was ist unter Löten zu verstehen? Welche Phasen laufen dabei ab?=== | ===46.Was ist unter Löten zu verstehen? Welche Phasen laufen dabei ab?=== |
Version vom 21. Juli 2008, 21:03 Uhr
Fragenkatalog
1.Beschreiben Sie kurz die Geräte-/Gehäusehierarchie in der Mikroelektronik
- Ebene 1: Single-Chip-Module und Multi-Chip-Module
- Ebene 2: Leiterplatten (einseitig, doppelseitig, mehrlagig)
- Ebene 3: Rückverdrahtungsebene (Motherboard oder Backplane -> verbindet die einzelnen Leiterplatten miteinander)
- Ebene 4: Baugruppen / Geräte-Gehäuse
2.Welche Schaltungsträgertechnologien gibt es?
- Organisch ( Standart und HDI Leiterplatten meist aus Epoxid Harz und Glasfasergewebe)
- Anorganisch (Keramisch)
- (Träger aus keramischen Substrat)
- Direct Bonded Copper
- Dünnschicht
- Dickschicht
- LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics)
- anfangs weiche keramische Folien, die bei 850°-900°C gesintert werden
- mulilayer, kompatibel mit Dickschickttechnik
- HTCC (High Temperature Cofired Ceramics)
- anfangs weiche keramische Folien, die bei 1600°-1800°C gesintert werden
- mulilayer, wegen hoher Sintertemperatur nicht-kompatibel mit Dickschickttechnik
- (Träger aus keramischen Substrat)
3.Welche Funktionen übernimmt ein Schaltungsträger (z.B. PCB)?
- stellt elektrische Verbindungen zwischen den Bauelementen her
- Isolation nicht verbundener Bauelemente
- mechanische Fixierung
- Abführung der Verlustwärme
- Schutz vor Vibration, mechanische Einflüsse
4.In welche Klassen (Aufbauten, Technologien) lassen sich Leiterplatten unterteilen?
<graphviz> digraph R {
node [shape=box];
Leiterplatte -> starre Leiterplatte -> flexible Leiterplatte -> "starr-flexibel" Leiterplatte -> "3D"
starre -> "Bauteilträger \n in üblichen \n Flachbaugruppen" flexible -> "felxible gedruckte \n Verdrahtung oder \n gedruckter Kabelbaum" "starr-flexibel" -> "Ein- oder \n Mehrebenen-, \n Buchbindertechnik" "3D" -> "Form- Leiterplatte" } </graphviz>
- nichtdurchkontaktierte Leiterplatten (eine Ebene)
- durchkontaktierte Leiterplatte (doppelseitig)
- Mehrlangenleiterplatte (Multilayer)
- Mehrdrahtleiterplatte
- Mehrschichtleiterplatte
- HDI-Leiterplatte mit Mikrovias
5.Skizzieren Sie die Herstellschritte einer doppelseitigen Leiterplatte
Tenting (subtraktiv Verfahren)
- Ausgangsbasis: Cu-kaschiertes LP-Material
- Bohren der Vias, Reinigen etc.
- stromloses Verkupfern der gesamten Leiterplatte, daher auch der Vias und der Innenseiten der Vias.
- Cu galvanisch verstärken
- Ätzresist aufgebracht (Fotozeug)
- Ätzen
- Ätzresist entfernen
Metallresisttechnologie (semiadditives Verfahren)
- Leiterplatte mit Cu-Beschichtung
- Bohren der Durchkontakierungen
- Bürsten, Entfetten, Entoxidieren
- Galvanisieren mit Cu (5 µm) für die Durchkontaktierung
- Aufbringen eines Fotoresists
- Belichten mit einen Film und Entwickeln des Fotoresists
- Galvanisieren mit Cu auf die Leiterbahnstrukturen und Vias
- Galvanisieren von PbSn auf die Leiterbahnstrukturen als Ätzresist
- Entfernen des Fotoresists (Strippen)
- Cu-Ätzen
- Entfernen der PbSn Schicht
- Oberflächenbeschichtung mit Sn, Ag oder NiAu
6.Wie sind Basismaterialien für PCB aufgebaut?
sie bestehen aus:
- Harz (Phenolharze, Epoxidharze ...)
- Glasfasern/Gewebe (Hartpapier oder Glasfasergewebe)
- Kupferfolie
7.Beschreiben Sie die Strukturierungsverfahren für Leiterplatten (Add. /Semiadd./Subtr.)
Additiv-Technik
- eine blanke Leiterplatte wird zuerst chemisch aufgeschlossen
- die nicht zum Leiterbild gehörenden Flächen werden mit einen Fotoresist abgedeckt
- durch eine chemische Abscheidung wird auf die nicht abgedeckten Flächen Kupfer aufgebracht
- entfernen des Fotoresists
Semi-Additiv-Technik
- auf blanke Leiterplatte wird eine dünne Kupfer-Grundschicht aufgebracht
- die nicht zum Leiterbild gehörenden Flächen werden mit einen Fotoresist abgedeckt
- durch eine chemische Abscheidung wird auf die nicht abgedeckten Flächen Kupfer aufgebracht
- (Optional Aufbringen eines metallischen Ätzschutzes)
- nach Einfernen des Fotoresists ätzen der Leiterplatte -> die Strukturen, die nicht zu dem Leiterbild gehören werden dabei entfernt
Subtraktiv-Technik
- Ausgangsmatrial ist eine Leiterplatte mit Kupferschicht
- Aufbringen eines Fotolacks (Fotoresist)
- Abdecken mit Leiterbild
- positiv Verfahren:
- Leiterbild wird abgedeckt und belichtet
- ätzen und zum Schluss entfernen des Fotolacks
- negativ Verfahren:
- nicht zum Leiterbild gehörende Flächen werden abgedeckt und belichtet
- galvanische Verstärkung des Leiterbildes und Aufbringen eines Metallresists
- entfernen des Fotolacks und ätzen der Leiterplatte
8.Wie werden Multilayer hergestellt ?
1. Möglichkeit
- zuerst herstellen von mind. 2 doppelseitigen Leiterplatten
- im Kern ist ein Prepreg (ungehärtestes Epoxidharz mit Glasfasergewebe)
- Sandwich aus den beiden doppelseitigen Leiterplatten mit den Prepreg im Kern
- Bohren und Metallisieren der Vias
2. Möglichkeit
- Herstellen von einer doppelseitigen Leiterplatte
- Oben und Unten kommt je ein Prepreg mit Cu Beschichtung drauf
- Bohren der Vias
- Metallisierung der Durchkontaktierungen + Leiterbahnstrukturierung (genauso wie bei Doppelseitiger Leiterplatte)
9.Welche Oberflächenfinishes für Cu-Leitbahnen gibt es?
- Zinn
- Nickel/Gold
- Silber
10.Was ist eine HDI-Leiterplatte (Kenngrößen)
- HDI = High-Density-Interconnect
- feinere Leitungsstrukturen und kleinere Durchkontaktierungen (Mikro-Vias)
- viele Lagen (>20) möglich
- bessere elektrische Eigenschaften (hochfrequenzfähig)
- Nachteil:
- nicht mit üblichen Designwerkzeugen designbar
- komplexer Herstellungsprozess
11.Welche Verfahren zur Viaerzeugung kennen Sie
- Bohren mit Microbohrer
- Stanzen (bei LTCC)
- Laservias (Einbrennen eines Sackloches durch einen Laser)
- Belichten eines Fotoempfindlichen Prepregs und anschließende Entwicklung
- Plasmaätzen ("chemical dry etching"-Verfahren (CDE))
12.Skizzieren Sie die unterschiedlichen Viatypen (Blind, Sackloch, Duchgang)
1. Duchgangs-Via
- gehen duch die ganze Leiterplatte durch
2. Blindvias ~ Sacklochvias
- beginnen in der Oberfläche und gehen nicht ganz durch die Leiterplatte durch
- verbinden die äüßere Schicht mit einer der inneren Schichten
3. vergrabene Vias (burried via)
- verbinden innere Schichten miteinander
- sind von außen hin nicht sichtbar
13.Wie können Widerstände und Kondensatoren in Leiterplatten integriert werden?
- gedruckte Wiederstände in den inneren Lagen
- Vergrabene SMD Bauteile (R, C oder L)
- Integrierte Kondensatoren durch Polymerfilm in der Leiterplatte ()
14.Welche Faktoren beeinflussen die Stromtragfähigkeit von Leiterbahnen
- Querschnitt des Leiters (Dicke und Breite der Leiterbahn)
- Kühlkörpereinsatz
- Lagenanzahl
- Metallisierungsgrad
- Querschnittseinengung
15.Welche Arten der Wärmeableitung sind bekannt?
- Wärmeleitung
- Wärmekonvektion
- Wärmestrahlung
- Änderung des Aggregatzustands (Phase Change Materials)
16.Skizzieren Sie ein thermisches Ersatzschaltbild (Äquivalenz zu elektr. Schaltkreis)
17.Welche Maßnahmen zur Verbesserung der Wärmeableitung kann man ergreifen?
- Reduktion der Schichtdicken mit schlechter Wärmeleitfähigkeit (z.B. Kleber, PCB)
- Verwendung von Füge- und Substratmaterialien mit hoher thermischen Leitfähigkeit
- Einfügen von Wärmespreitzern (dicke Cu-Leiterbahnen)
- Einsatz thermischer Vias (z.B. komplett gefüllte Cu-Vias)
Verbesserung der Konvektion
- Vergrößerung der Oberfläche (Kühlrippen)
- Verwendung eines Fluids mit hoher Wärmeleitfähigkeit
- Zwangskonvektion durch Lüfter
18.Wie ist die Phasengeschwindigkeit definiert?
Allgemein: Die Phasengeschwindigkeit vp gibt an, mit welcher Geschwindigkeit sich die Phase einer Welle ausbreitet. Die Phasengeschwindigkeit berechnet sich aus der Periodendauer T und der Wellenlänge zu
in der Elektrotechnik
= Anstiegszeit des Signals, l = Länge der Leitung
19.Welche Parameter beeinflussen die Phasengeschwindigkeit?
- die Länge der Leitung:
- die Anstiegszeit (bzw. Frequenz) des Signals
- die Dielektrizitätskonstante:
20.Welche Verluste treten bei der Übertragung von HF-Signalen auf?
Verluste durch
- Leitbahnwiderstand
- Dieletrische Verluste
- Abstrahlung
- Reflektion
21.Was versteht man unter Dispersion?
- Unter Dispersion versteht man in der Physik die Abhängigkeit einer Größe von der Wellenlänge.
22.Welche Leitungstypen lassen sich in Multilayeraufbauten (PCB, LTCC) realisieren?
Copyright --Stefan 16:47, 20. Jul. 2008 (UTC)
23.Skizzieren Sie die Veränderung des ZL in Abhängigkeit des w/h-Verhältnisses für Microstrip, Stripline etc.
- je größer das w/h Verhältnis, desto kleiner wird der Wellenwiderstand
- der Wellenwiderstand berechnet sich aus:
24.Wie verändert sich die Leitungsbreite (Materialdicke konstant), wenn ein Material mit geringerer Permitivität eingesetzt wird?
- kleinere Permitivität bedeutet kleineren Wellenwiederstand
- kleinere Leitungsbreite bedeutet auch kleineren Wellenwiederstand
- wenn sich die Permitivität kleiner wird, dann muss die Leitung entsprechend breiter werden, um das auszugleichen
25.Welche Parameter werden zum Entwurf von Coplanarleitungen benötigt?
Impendanz wird durch:
- Leiterbreite
- Spalt
- Permitivität
- (Abstand zur Masse)
bestimmt
26.Skizzieren Sie ein allgemeines Leitungs-ESB
- Widerstandsbelag R'
- Ableitungsbelag G'
- Kapazitätsbelag C'
- Induktivitätsbelag L'
27.Wie sind der Wellenwiderstand und die Ausbreitungskonstante definiert?
Der Wellenwiderstand ist definiert durch:
Die Ausbreitungskonstante ist definiert:
28.Wie vereinfacht sich die Definition des ZL bei verlustlosen Leitungen
für eine verlustlose Leitung gilt:
29.Welchen Wert hat der Freiraumwellenwiderstand?
für den Freiraumwellenwiderstand gilt
30.Welche Anteile an der Leitungsdämpfung sind Ihnen bekannt?
- Dämpfung durch Leiterbahnwiderstand
- Dämpfung durch induktive und kapazitive Anteile der Leitungen
31.Wie verschieben sich die Anteile bei höheren Frequenzen?
- die Dämpfung durch induktive und kapazitive Anteile erhöht sich
32.Welchen Einfluss hat die Rauigkeit der Oberfläche für die Signalübertragung?
- durch eine rauhe Oberfläche entstehen Reflektionen, wodurch der Wellenwiderstand vergrößert wird
33.Vor- und Nachteile von Microstrip, Stripline, CPW, embedded Microstrip
Vorteil :
- komplette Abschirmung durch GND- und Power-Plane
- geringes Übersprechen
- höhrere Verdrahtungsdichte bei schmalen Leiterbahnen
- keine Dispersion
Nachteil :
- hohe Lagendicke bzw. schmale Leitungen für 50 Ohm erforderlich
- hohe Kosten
- hohe Leiterbahnverluste
34.Welche Leitungsformen (nach Potenzialbezug) sind Ihnen bekannt?
- gekoppelte Leitungen
- Ansteuerung über:
- Even mode
- Odd mode
- Ansteuerung über:
35.Welche Vorteile haben differentielle Leitungen?
- Störunempfindlichkeit gegenüber Störungen auf der Masselage
- hohe Frequenzen übertragbar
- unempfindlich gegenüber äußeren Störungen
- Energetisch günstiger, da höhere Impendanz und kleinerer Spannungshub
- geringe Abstrahlungsverluste
36.Welche Koppelmöglichkeiten für Leitungspaare sind bekannt?
37.Was versteht man unter EMV?
Unter EMV (elektromagnetische Verträglichkeit) versteht man die Fähigkeit eines elektronischen Systems in der elektromagnetischen Umwelt zu arbeiten
- a) ohne dabei von der Umwelt beeinflusst zu werden
- b) ohne dabei die Umwelt zu beieinflussen
38.Welche Kopplungsmechanismen für Störsignale sind Ihnen bekannt?
- Kapazitive Kopplung
- bei parallelen Leitungen mit geringen Abstand
- bei kreuzenden Leitungen
- Leitungsgebundene Störungen
- Störungen der Spannungsversorgung durch die Clock-Leitung
39.Welche Funktionen hat ein Blockkondensator/Entkoppelkondensator?
- bietet ein Pufferspeicher für schnelle Schaltvorgänge
- Dämpfung von überlagerten HF-Signalen
40.Was ist bei der Übertragung steiler digitaler Signale zu beachten?
- eine Übertragung kurzer digitaler Signale führt zu einer kurzen Anstiegszeit
- das erfordert eine hohe Bandbreite im Spektrum damit es keine Verzerrungen gibt -> Kritische Frequenzen
41.Wie wird die kritische Leitungslänge definiert?
Die kritische Leitungslänge ist definiert: mit
Wenn die Leitungslänge größer als ist, müssen Leitungseffekte berücksichtigt werden.
42.Was ist der Reflexionsfaktor?
Der Reflektionsfaktor wird verwendet um die Reflektionen von Wellen zu beschreiben. Bei der Ausbreitung elektromagnetischer Wellen entsteht am Leitungsende eine Reflektion, wenn die Impendanz der Leitung nicht der Eingangsimpendanz der angeschlossenen Leitung entspricht.
Der Reflektionsfaktor berechnet sich auch:
Für ergibt sich ein Reflektionsfaktor von "0".
43.Was passiert beim Schaltvorgang nichtangepasster langer Leitungen?
- eine Reflektion des Signals
44.Nennen Sie die grundsätzlichen Schritte zur Erstellung eines Layouts / Wie ist ein Layoutsystem aufgebaut?
- Idee
- erstellen des Schaltplans im Schaltplaneditor
- ev. neue Symbole im Symboleditor erstellen
- Generierung einer Netzliste + Simulation
- erstellen des Layouts im Layoutsystem (unter Nutzung der Bauteile aus der Bauelementebibliothek)
- optional Modell- und Struktursimulation
- erstellen der Fertigungsdaten + Archivierung
45.Nennen Sie stoff- und kraftschlüssige Verbindungen in der Mikroelektronik
kraftschlüssig
- unmittelbar (ohne Zustatzstoffe)
- Wickeln
- Stecken
- Klemmen
- mittelbar (mit Zusatzstoffen)
- Thermi-Point
- Schrauben
- Quetschen
stoffschlüssig
- unmittelbar (ohne Zustatzstoffe)
- Bonden (Ultraschall-, Thermokompressions-, Thermosonic-Bonden)
- Schweißen
- mittelbar (mit Zusatzstoffen)
- Löten (Laser, Inrarot, Lötkolben, Heißgas, Bad, Mikroflamme, Dampf)
- Kleben (Leitkleben)
46.Was ist unter Löten zu verstehen? Welche Phasen laufen dabei ab?
Löten ist ein Verfahren zum Verbinden metallischer Werkstoffe mit Hilfe eines geschmolzenen Zustatzstoffes (Lot). Dabei können Flussmittel oder Löt-Schutzgase verwendet werden. Die Schmelztemperatur des Lotes muss kleiner als die der Grundwerkstoffe, die verbunden werden sollen.
Phasen:
- Flussmittel benetzt die oxydierte Oberfläche des Grundmetalls
- durch Erwärmung verflüssigen des Lotes
- Verdrängung des Flussmittels durch das flüssige Lot und Benetzung der Metalloberfläche
- durch Diffusion entsteht eine Legierung zwischen Lot und Grundmetall, die fest zusammenhält
47.Was sind intermetallische Phasen?
- struktuell und stofflich unterschliche Lötverbindungen zwischen Lot und Grundmaterial
- führen zur Versprödung der Verbindung und wachsen mit weiterer Temperatureinwirkung
- ums kleiner der Lotpunkt, umso mehr wirkt sich das aus
48.Was muss beim Löten mit Pb-freien Loten beachtet werden?
Pb-Freies Lot hat eine höhere Schmelztemperatur. Daher erfordert der Einsatz von Pb-freiem Lot:
- höhere Temperaturstabilität der Leiterplatten
- höhere Temperaturstabilität der Bauelemente
- modifizierte Flussmittel
- angepasste Oberflächen
- z.T. neue Geräte (Lotwannen, Reflowöfen)
- höheren Energiebedarf
49.Beschreiben Sie die unterschiedlichen Löttechniken.
- Wellen- bzw. Schwalllöten
- (nur bei SMD) Kleber auftragen, SMD bestücken und Kleber aushärtem
- Flussmittel auftragen (Sprühen oder Schäumen)
- die Leiterplatte wird über wasserfallartigen Schwall aus flüssigen Lot gezogen (Schwalllöten). Das Lot bleibt dabei an den Lotpads hängen
- Tauchen (Badlöten)
- die Leiterplatte wird einseitig vollständig in ein Lötbad getaucht
- Reflowlöten
- Druck einer Lotpaste auf die Pads. Die Lotpaste besteht aus Lotkugeln (Sn, Pb, Ag) und Flussmitteln (Harze und Lösungsmittel)
- SMD Bestückung
- Reflow Löten in einen Ofen (mehrere Phasen)
50.Vorteile und Nachteile des Wellenlötens
Vorteile:
- beidseitige Montage möglich
- volumentauglich
- reine THT bzw. gemischte SMD/THT Bestückung mit einen Durchgang lötbar
- Löttemperatur gut kontrollierbar ( ~ 245°+-10°)
- kurze Lötzeit, dadurch kurze Wärmebeanspruchung der Bauelemente
- Löten unter Schutzgas möglich (N2)
Nachteile
- SMDs müssen vor dem Löten mit Kleber fixiert werden
- bei großen SMDs "Schattenbildung" möglich
- PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier) schlecht/nicht lötbar
- BGA (Ball Grid Array) nicht lötbar
- einige Bauelemente dürfen dem Lötschwall nicht ausgesetzt werden (z.B. Drosseln/Spulen mit Lackdraht)
Folgende Abbildung zeigt die Bauteile die nicht lötbar sind: (links: BGA, Oben: Spule, rechts: PLCC)
51.Welche Funktionen hat ein Flussmittel in einer Lotpaste?
- Benetzen von Oberflächen
- Erhöhung der Lagerfähigkeit von Lotpsten
- Aufbrechen der Oxidverbindungen
- Festkleben/Fixieren der SMD-Bauelemente
52.Nennen Sie drei Arten von Bestücktechniken (THT, SMT, DCA).
THT (Through Hole Technology)
- Durchsteck-Bestückung
- veraltet durch SMD
SMT (Surface Mounted Technology)
- Bestückung ohne Vias auf der Oberfläche
- höhere Bestückungs und Verdrahtungsdickte als bei THT
- kleinere Gehäuse
DCA (Direct Chip Attach)
- "nackter" Chip direkt auf die Leiterplatte plazieren
- sehr feine Strukturen
- sehr geringer Platzbedarf
- verbinden mit der Leiterplatte durch Draht-Bonden oder Flip Chip Technik
53.Welche Klebstoffe werden in der Mikroelektronik verwendet?
- isolierende Klebstoffe
- Vergussmassen zur
- IC-Umhüllung
- Schutzschicht
- Modulverguss
- Kleber für
- Bauelemente
- Baugruppenmontage
- Vergussmassen zur
- leitfähige Klebstoffe (elektrisch und thermisch leitend) als Kleber für
- SMD-Bauelemente
- Die-Attach (Verkleben des "nackten" Si-Chips)
- Montage von Kühlkörpern (gute thermische Leitfähigkeit erforderlich)
- leitfähige Klebstoffe sind z.B. Epoxidharze gefüllt mit Ag, Cu, Ni oder Au
54.Funktionen von Klebstoffen erläutern
- isolieren der Bauelemente
- elektrisch oder thermisch leiten
- fixieren der Bauelemente
55.Welche Schweißverfahren werden zur Assemblierung von Schaltungen eingesetzt?
- Tape- Draht- und Bändchenbonden
- Ultaschall-, Thermokompressions-, Thermosonicbonden
- Widerstandsschweißen
- Elektronenstrahlschweißen
- Laserschweißen
56.Skizzieren Sie den Prozess des US-Bondens.
57.Skizzieren Sie den Prozess des TS-Bondens für Ball-Wedge.
58.Wie können Nackchips (bare die) montiert werden?
- Kleben (leitend oder nichtleitend)
- Weichlöten (Reflowlöten)
- Anlegieren
- Anglasen
- Ansintern
- Anodisches Bonden (auf Glas)
Anschließend verbinden der Pins durch Bonden (US, TC oder TS- Bonden)
59.Was versteht man unter FlipChips?
- Bei FlipChips wird der "nackte" Chip "auf den Kopf" gestellt und mit der PAD Seite nach unten auf die Substratseite befestigt
- die Si-Pads werdern Über bumps mit den Pads auf den Substrat verbunden. Die Bumps besthen aus Lot (Au, Au/Ni) oder Leitkleber
- gängige Verbindungsverfahren sind Reflow-Löten, Kleben oder Thermosonic-Bonden (TS)
- Vorteil:
- Chips mit sehr großen Pin-Zahlen lötbar
- sehr geringer Platzbedarf
60.Welche Verfahren werden zur Montage von FlipChips eingesetzt?
- Reflow-Löten
- Kleben
- FlipChip-Thermosonic-Bonden (FC-TS-Bonden)
61.Auf welchen Wegen kann das „Be-Bumpen“ von ICs erfolgen?
- Pastendruck (nach Siebdruckverfahren)
- Aufdampfen
- Galvanisch
- Preform (Lotkugel)
62.Was kennzeichnet Hybridtechnologien?
- Verdrahtung und passive Elemente (R,C,L) werden integriert
63.Welche Hybridtechnologien sind Ihnen bekannt, wodurch unterscheiden sie sich?
- Dünnschichttechnik
- Leitungshöhe < 1 µm
- Aufdampfen einer dünnen Schicht und Strukturierung durch ätzen
- Dickschickttechnik
- Leitungshöhe > 1 µm (typisch 5µm .. 40µm)
- Aufbringen einer Leitpaste durch Siebdruckverfahren
64.Nennen Sie zwei Verfahren zur Erzeugung von Dünnschichten.
- Aufdampfen
- Problem bei Stoffen mit hohen Verdampfungstemperaturen
- Strukturierung schon während des Aufdampfens über Masken möglich
- am Rand dünnere Schichten
- Sputtern
- Stoffe mit hohen Verdampfungstemperaturen (>3000°C) möglich
- Strukturierung nur nachträglich möglich
- gleichmäßig dicke Schichten
65.Wie kann man Dünnschichtmultilayer herstellen?
- indem Polymere als Isolationsschichten verwendet werden
- diese Polymere sollten eine niedrige Dielktrizitätskonstante (damit keine Kondensatoren entstehen), hohe Durchschlagsfestigkeit (Schutz vor Spannungsübersprechen) und eine gute Haftung auf Metall haben
66.Wie erfolgt die Strukturierung in Dickschichttechnologie?
- über Siebdruck-Verfahren
67.Welches Basismaterial wird hauptsächlich eingesetzt?
- Keramik (z.B. )
68.Skizzieren Sie den Ablauf der Herstellung einer Dickschichtschaltung.
Ausgangsmaterial ist
- 1. erste Leitbahnen drucken, trocken, brennen
- 2. Bondanschlüssen drucken, trocken, brennen
- 3. Dielektrika drucken (2x) , trocknen, brennen
- 4. Isolation drucken (2x), trocknen , brennen
- 5. zweite Leitbahn drucken, trocken, brennen
- 6. alle Wiederstände nacheinander drucken, trocken und zum Schluss alle auf einmal brennen
- 7. Widerstände mit Laser abgleichen/trimmen (Widerstände haben ungetrimmt Toleranzen von 25%)
- 8. Lotpaste + SMD Stückung und Reflow löten
- 9. Chips montieren und Drahtbonden
69.Welche Vorteile der Dickschichttechnik bestehen gegenüber der Dünnschichttechnik?
- geringere Reinraumbedingungn (Staubklasse) für die Produktion
- höhere Verlustleistungen bei gedruckten Widerständen
- umweltfreundlicher, weil keine Ätzprozesse
- höherer Wertebereich der Widerstände (von bis )
- kostengünstiger
70.Wie kann eine Kontaktierung von Vorder- zur Rückseite der Dickschichtschaltung erfolgen?
- Durch eine Durchkontraktierung des Substrats
- geht aber relativ schlecht, besser mehrere Schichten übereinanderlegen wie bei der Dünnschicht-Technik
71.Nennen Sie typische Materialien für die Dickschichttechnik (Pasten).
Pasten für
- Leiterbahnen, Kondenstoren,Spulen, Kontakte (Ag, AgPd, AgPt, Au, Cu)
- Widerstände (RuO2, IrO, BiO2RuO)
- Dielektrika -> Isolation, Plattenkondensatoren ()
- Glaspasten -> Passivierung, Schutz vor Umwelteinflüssen
72.Was ist beim Widerstandsentwurf zu beachten?
- der Entwurf muss auf 75-80% des Sollwertes erfolgen, weil die Widerstände eine Toleranz von 25% haben
- durch einen Trimmschnit mit einen Laser kann der Widerstand vergrößert, aber nicht verkleinert werden
73.Wie kann man Leiterbahnquerungen realisieren?
- Abdeckung der unteren Leitung mit einer Isolation (z.B. Glas)
- obere Leitung durch weiteren Pastendruck oder Bonddraht überkreuzen
- Alternativ: Jumper drüber setzen oder Durchkontaktierung
74.Wie werden LTCC-Multilayer hergestellt?
- die ungebrannten Keramikfolien werden einzeln strukturiert (mit Vias, Leiterbahnen, Widerständen usw)
- dann gestapelt und laminiert
- danach bei ca. 850°C gesintert
75.Welche Multilayer-Dickschichttechnologien sind Ihnen bekannt (LTCC, TOS, DS-ML)?
- LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics)
- TOS (Tape On Substrate)
- DS-ML (Dickschicht Multilayer)
76.Was unterscheidet HTCC von LTCC?
HTCC (High Temperature Cofired Ceramics)
- wegen der hohen Sintertemperatur (1600°-1800°C) ist diese Technologie nicht mit der Dickschichttechnik kompatibel
- Leitbahnmaterial sind Wolfram und Molybdän
- Vorteil: hohe Ebenenzahl (bis 70), hohe Integrationsdichte, gute Wärmeleitung
- Nachteil: gute Hochfrequenzeigenschaften
LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics)
- niedrigere Sintertemperatur (850°-900°C), daher mit Dickschichttechnik kombinierbar
- gute Hochfrequenzeigenschaften
77.Nennen Sie Vorteile von LTCC-Substraten (elektrisch, mechanisch, thermisch)
elektrisch
- geringere Dielektrizitätszahl im Vergleich zu HTCC
- geringere Dielektrische Verluste
- höhere Leitfähigkeit
- hohe Verdrahtungsdichte und Anzahl von Ebenen
- Integration passiver Bauelemente möglich
- Widerstandsdruck im Postfiring möglich (7 Dekaden)
thermisch
- hohe Arbeitstemperaturbeständigkeit (bis zu 350°C)
- hohe Wärmeleitfähigkeit im Vgl. zu PCBs
- ähnliche Ausdehnungskoeffizienten wie Halbleiter
mechanisch
- gute Formbarkeit im grünen Zustand ( grüner Zustand = noch nicht gesintert)
- hohe mechanische Stabilität
- Versenkbarkeit von diskreten Elementen
78.Wie werden LTCC/HTCC-Folien hergestellt?
- ein Gemisch aus Keramikpulver, Binder, Dispergiermittel, Lösungsmittel und Plastifikatoren wird mit einen Rakel auf eine Trägerfolie gebracht und in einen Ofen getrocknet
- anschließend zugeschnitten
- in den "grünen" Zustand sind die Folien noch recht weich und elastisch
79.Welche grundsätzlichen Bestandteile sind in den Folien?
- Keramikpulver
- Binder
- Dispergiermittel
- Lösungsmittel
- Plastifikatoren
80.Was unterscheidet Postfiring und Cofiring?
- Cofiring beschreibt das gleichzeitige Sintern von LTCC mit anderen Materialien
- ist z.B. eine Paste zum Leitbahnendrucken cofire - fähig wird sie auf das ungebrannte (grüne) LTCC - Substrat gedruckt und im selben Prozess wie das LTCC gesintert
- Postfiring wird angewendet, wenn die Pasten die hohen Sintertemperaturen nicht überstehen. Hier würde z.B. der Leitbahndruck mit einer nicht cofire - fähigen Paste erst nach dem Sintern des LTCC erfolgen. Geht natürlich nur auf den äußeren Ebenen, weil der Rest ja schon zusammen gefügt ist
- wird häufig auch gemacht, um eine hohe Genauigkeit der äußeren Pads für die maschinelle Bestückung zu haben
81.Welche Laminationsverfahren gibt es?
- uniaxiales Laminieren
- isostatisches Laminieren
82.Welche Sinterverfahren gibt es?
- freien Sintern
- schrumpfen in x,y und z Richtung
- erzwungendes Sintern (auch 0-Schrumpfungsprozess)
- nur schrumpfen z-Richtung (in x,y mit einer geringen Toleranz)
- SCS (Self Constrained Sintering x,y +- 0.02%)
- PLAS (Pressure Less constrained Sintering x,y +- 0.1%)
- PAS (Pressure Assisted constrained Sinteringx,y +- 0.05% )
- nur schrumpfen z-Richtung (in x,y mit einer geringen Toleranz)
83.Was versteht man unter 0-Schrumpfungsprozessen in der LTCC-Technik?
- Schrumpfung nur in z-Richtung , aber keine Schrumpfung in x- und y-Richtung. (bzw. nur mit einer sehr kleinen Toleranz)
84.Wie erreicht man 0-Schrumpfung?
siehe Frage 82 -> erzwungenes Sintern
85.Welche Faktoren beeinflussen die Schrumpfung von LTCC?
- Metallisierungsgrad
- Laminationsart (Uniaxial oder Isostatisch)
- Lagenanzahl
- Struktur von eventuellen Aussparungen im LTCC
86.Wie kann man die losabhängige Schrumpfung kompensieren?
- indem man das Leiterbild vorher vergrößert
87.Wie wirkt sich der Metallisierungsgrad auf die Schrumpfung aus?
- der Grad der Schrumpfung ist abhängig von den Metallisierungsgrad
88.Was muss man beachten, damit die Schrumpfungstoleranzen gering sind?
- Metallisierungsgrad < 50%
- ausgewogene Metallisierung innerhalb der Lagen
- 90°-Verdrehung der Lagen zum Ausgleich von Folienanisotropien
- nur geradzahlige Lagenzahl verwenden ( bei Lagenzahl < 8)
89.Welchen Einfluss hat der Laminationsdruck?
- Der Laminationsdruck hat einen großen Einfluss auf das Ergebnis
- ein falscher Laminationsdruck kann nach dem Sintern ein schlechtes Resultat liefern
90.Warum schrumpfen LTCC-Folien beim Sintern (ab welcher Temperatur)?
- die Folien durchlaufen ein definiertes Sinterprofil (siehe Frage 92)
- in der Burnoutphase (bei 350°C) verdampen ca. 85% der organischen Anteile der Folie, dadurch nimmt das Volumen ab --> Die Folie schrumpft
- anschließend werden die Folien bei ca. 850°C gebrannt (Sinterphase)
91.Wie können LTCC-Folien/Lagenstapel mechanische strukturiert werden?
92.Wie sieht ein Cofire-Profil aus?
93.Welche Vorteile haben 0-Schrumpfungsprozesse, Nachteile?
Vorteile:
- Druck größerer Formate durch höhere Strukturgenauigkeit
- verbesserte Ausbeute
- Kostensenkung
- höhere Ausbeute bei Flip-Chip, CSP und µBGA-Montage
- bessere Integration von passiven Bauelementen
- besseres EMV-Verhalten
Nachteile
- keine cofire Außenmetallisierung möglich (d.h. die äußeren Leiterbahnen müssen in einen postfire Prozess nachgedruckt und gebrannt werden)
- fast unmöglich Cavities (Löcher) und Substratdurchbrüchen zu realisieren
- Substrate erst nach dem Sintern vereinzelbar
- Zusätzliche Verfahren und Ausrüstungen sind erforderlich
94.Was muss beim Design von LTCC-Schaltungen beachtet werden?
- Die LTCC Schaltung wird auf Originalgröße entworfen und im Postprozessing auf die jeweilige Schrumpfung angepasst
- Das Design wird mit einen Expansionsfaktor multipliziert, der abhängig von der Schrumpfung s ist
- der Expansionfaktor berechnet sich:
95.Welche Viatypen kennen Sie?
- elektrische Vias
- thermische Vias
96.Welche Eigenschaften haben LTCC-Folien?
- im "grünen" Zustand weich und elestisch
- nach dem Sintern fest und stabil
97.Was begrenzt Viadichte und –durchmesser?
- sehr kleine Vias erforden dünne Folien, weil es sonst zu Rissen im Material kommt
98.Was muss man beim Design für schrumpfende Prozessen beachten?
Siehe Frage 94
99.Welche Metallisierungssysteme für LTCC sind bekannt?
- Dickschichttechnik
Nur für den internen Gebrauch an der TU-Ilmenau^^