Download - Onze motivatie om mee te werken aan het EDM programma is om … · Cu plating 20 µm PCB thickn. 1.6 mm Eurocircuits 2010 Hoe dikwijlsmageenEurocircuits printje“heet” worden?

Eurocircuits.com

Onze motivatie om mee te werken aan het EDM programma is om te weten:

Eurocircuits 2010 Hoe dikwijls mag een Eurocircuits printje “heet” worden?

“Hoe dikwijls mag een Eurocircuits printje “heet” worden?

Eurocircuits - kort

• Proto’s en kleine series van 1-16 lagen

• Pooling tem 8 lagen• Pooling tem 8 lagen

• Leveringstermijnen vanaf 2 werkdagen

• On-line minimale administratie en open 24/24 en 7/7D

• Vandaag reeds 37.000 on-line bestellingen in 2010 waarvan 13.800 in de Benelux


in 2010 waarvan 13.800 in de Benelux

• Meer dan 7.000 Europese klanten

• Eurocircuits is lokaal actief in:België – Nederland – Duitsland – Frankrijk –Zwitserland – Hongarijë – UK – Polen - Italië

Probleemstelling: Loodvrij FR-4

• Standard: IPC-4101C /sheets

• 14 classes of lead-free • 14 classes of lead-free compatible FR4 laminates:/99, /101, /102,/103,/121,/122, /124, /125/126,/127,/128,/129,/130,/131

• Key parameters:– Decomposition temperature Td

– Time-to-delamination: T260, T288, T300

– Z-expansion: Alpha 1, Alpha 2, CTEz

Hoe dikwijls mag uw printje “heet” worden?Eurocircuits 2009

We solderen 25-35°C heter

dan in het loodtijdperkdan in het loodtijdperk=> risico voor:

• Delaminatie: Td, T260, T288

• Via cracks: CTEz• Via cracks: CTEz


Cycles to delamination a.f.o. laminate properties

50

Ncycles reflow Tmax=260°C vs T288

20

30

40

50

Td=310°C

Ncy

cles

bef

ore

dela

min

atio

n

50

total1⟨ ⟩

total3⟨ ⟩

total5⟨ ⟩

total7⟨ ⟩


0 5 10 15 20 25 30 350

10

Td=310°CTd=325°CTd=340°CTd=355°C

T288 [min]

Ncy

cles

bef

ore

dela

min

atio

n

0

350 total0⟨ ⟩

total2⟨ ⟩, total

4⟨ ⟩, total6⟨ ⟩, 7

12

• CTEz, α1, α2: expansion in z-direction

>4%

Kenmerken van (loodvrij) FR-4

CTEz %

α2

Lead-freeCompatibleLaminate

<3.5%

Totale Z-expansie is belangrijk.NIET Tg!

T (oC)20 130 150 180 220 245 260

Tg

α1


VIA STRESS FACTOR

plating thickness 15 µmdrill hole [mm]

tMLB 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35


tMLB 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35

Via crack - model

1 0.56 0.39 0.3 0.25 0.211.2 0.67 0.47 0.36 0.3 0.251.6 0.89 0.63 0.48 0.4 0.33

2 1.11 0.78 0.61 0.49 0.422.4 1.33 0.94 0.73 0.59 0.5


tMLB 0.15 0.2 0.25 0.3 0.351 0.45 0.31 0.24 0.19 0.16

1.2 0.55 0.38 0.29 0.23 0.191.6 0.73 0.5 0.38 0.31 0.26

2 0.91 0.63 0.48 0.38 0.322.4 1.09 0.75 0.57 0.46 0.39

1 0.37 0.24 0.18 0.14 0.111.2 0.44 0.29 0.21 0.17 0.141.6 0.59 0.38 0.28 0.22 0.18

2 0.74 0.48 0.35 0.28 0.232.4 0.89 0.57 0.42 0.33 0.28


tMLB 0.15 0.2 0.25 0.3 0.351 0.36 0.22 0.16 0.12 0.1

1.2 0.43 0.26 0.19 0.15 0.121.6 0.57 0.35 0.25 0.2 0.16

2 0.71 0.44 0.32 0.25 0.22.4 0.86 0.53 0.38 0.3 0.24

V.S.F. in 1000 / mm to be read from the following graphs


tMLB 0.15 0.2 0.25 0.3 0.351 0.4 0.27 0.2 0.16 0.13

1.2 0.48 0.32 0.24 0.19 0.161.6 0.64 0.43 0.32 0.26 0.21

2 0.8 0.53 0.4 0.32 0.272.4 0.96 0.64 0.48 0.38 0.32

Via Stress FactorVSF = D/(d x t)

D: thickness of the laminated : drill hole diameter of the viat : thickness of the Cu deposit


# reflow cycli tov 100ppm via-faling tijdens het solderen

reflow soldering (50-260°C)

15

20

25

30

35

40

45

50

max

num

ber o

f cyc

les

Cu plating 20 µmPCB thickn. 1.6 mm


0

5

10

15

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Via drill hole [µm]

max

num

ber o

f cyc

les

CTEz = 0.045 CTEz = 0.04 CTEz = 0.035 CTEz = 0.030 CTEz = 0.025

Via: operationele betrouwbaarheid-40/125oC cycli tot via-faling

N1% in a (-40/125°C) test

600800

100012001400160018002000

cycl

es to

frac

ture

Cu plating 20 µmPCB thickn. 1.6 mm

0200400

100 200 300 400 500 600 700

via drill hole [µm]

cycl

es to

frac

ture

CTEz = 0.045 CTEz = 0.04 CTEz = 0.035 CTEz = 0.03 CTEz = 0.025


Impact van solderen op de via levensduur: via degradatie

Reduction PTH via life due to reflow soldering (260 °C max)

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

5,5

6

redu

ctio

n in

life

pe

r re

flow

cyc

le [

%] CTEz=0.045

CTEz=0.0425

CTEz=0.04

CTEz=0.0375

CTEz=0.035

CTEz=0.0325

CTEz=0.03


0

0,5

1

1,5

2

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

redu

ctio

n in

life

pe

r re

flow

cyc

le [

%]

Via Stress Factor [1000/mm]

CTEz=0.03

CTEz=0.0275

CTEz=0.025

“Pooling” printen


“Pooling” laminaten

Eurocircuits - laminatenStandaard Pooling High Tech

DE104i R1755C NP-155F IT588 PCL370HR

Isola Panasonic Nan Ya Iteq IsolaIsola Panasonic Nan Ya Iteq Isola

IPC-4101/ 21/121 97 99 97/101 21/24/26/98/99/101/126

Tg min °C 140 135 145 135 170

min Td °C 350 370 350 325 340

Z-Axis CTE

alpha 1 min PPM/°C 50 48 50 50 45

alpha 2 min PPM/°C 250 260 260 260 230

CTEz 50 to 260°C (gegeven) % 3 3,7 3,4 3,8 (2,8)

Time to Delaminate (Copper removed)

A. T260 Minutes 60 >120 >60 >60 >60

B. T288 Minutes >5 35 >20 >20 >30


C. T300 Minutes - - - AABUS -

CTEz average (calculated) (50-260°C) [%] 3,45 3,66 3,47 3,68 2,61

N allowed for 100ppm after soldering cycles 14 12 14 12 41

N1% in -40/125°C TC test cycles 256 219 256 219 670

N before delamination DT (50-260°C) cycles >12 >20 >12 >12 >12

thickness laminate [mm] 1,6 AABUS =As agreed upon between user and supplier

min Cu plating [µm] 20 min berekend # thermische cycli tot faling is 12

drill hole via [µm] 300

Via Stress Factor [1000/mm] 0,3

Hoe dikwijls mag uw printje “heet” worden?

• Pooling - min specs tov max # soldeercycli

– T260 = 60min, T288 > 5min & Td = 325°C -> 12

– CTEz = 3.7%

– 1.6mm PCB -> 12– 1.6mm PCB -> 12

• 20µm plating

• 0.25mm finished hole (0.3mm hole in epoxy)

– Tg 135°C -> max operating temp 110°C

– Eurocicuits veiligheidsmarge -> -2 cycli

– Finish HASL -> -2 cycli

• Een Eurocircuits pooling print met HASL mag dus 8 maal “heet” worden (=<260°C) – op voorwaarde dat de print voldoende worden (=<260°C) – op voorwaarde dat de print voldoende droog is bij het solderen! - en mag functioneren bij 110°C

• Onze huidig ingezette standaard materialen doen beter dan onze minimum specs (T260=60’, T288>5’, Td=350°C, CTEz=3%, Tg=140°C)

• Houdt er rekening mee dat de via betrouwbaarheid in de tijd afneemt met het aantal toegepaste soldeercycli


Aantal thermische cycli

Process Cycles Explanation

HASL finish 2 One HASL dip + extra dip

Reflow 1

Wave solder 1

Selective solder 1 Including manual soldering

Touch-up repair 1 Ex: removing shorts or opens on leaded components


leaded components

Component replacement

3 Removal+clean+re-solder: valid for component replacement processes using local heating

“heet” – “heter” – “heetst”

Eurocircuits 2009 Hoe dikwijls mag uw printje “heet” worden?

Samenvatting

• Met de hulp van EDM

– Juiste materialen gekozen

– Leveranciers van het belang van hun materialen – Leveranciers van het belang van hun materialen overtuigd? In elk geval een poging tot...

– Een wetenschappelijke onderbouw gegeven aan onze materiaalkeuzes

• Naar de klanten

– Een probleem omgezet naar een garantie– Een probleem omgezet naar een garantie

• Voor onszelf

– Geen materiaalproblemen met onze printen


Eurocircuits 2006 printproductie en het pooling systeem in de praktijk

Bedankt voor uw aandacht !