Praktische Richtlinien zur Verbesserung der Zuverlässigkeit von Leiterplatten

Die hohe Zuverlässigkeit von Leiterplatten wird nicht erst durch Tests nach der Produktion ermittelt.

Nach unserer Erfahrung wird die Langzeitzuverlässigkeit maßgeblich von der Materialauswahl, dem Schichtaufbau, der Fertigungskomplexität und der Prozessstabilität beeinflusst.

Aufgrund unserer über 25-jährigen Erfahrung in der Leiterplattenfertigung empfehlen wir folgende Berücksichtigung:

Hochzuverlässige Leiterplatte

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1. Wählen Sie das richtige Leiterplattenmaterial – MTG bietet oft den besten Kompromiss.

Bei Anwendungen mit hohen Zuverlässigkeitsanforderungen ist die Materialauswahl einer der wichtigsten Faktoren.

Standard-Tg-Werkstoffe sind kostengünstig, aber um niedrigere Kosten zu erzielen, können einige Werkstoffe einen höheren Anteil an anorganischen Füllstoffen enthalten.

Ein übermäßiger Füllstoffgehalt kann Folgendes bewirken:

• Erhöhung der Sprödigkeit der Leiterplatte
• Harzfluss während der Laminierung reduzieren
• Beeinflusst die Harzfüllung zwischen Glasfasergeweben
• Erhöhung des Risikos von Verbindungsfehlern (ICD)

Materialien mit hoher Glasübergangstemperatur (Tg) bieten zwar eine ausgezeichnete Wärmeleistung, sind aber in der Regel mit höheren Kosten verbunden.

In vielen Anwendungen von Leiterplatten im Automobilbereich werden Mid-Tg-Materialien (MTG) häufig eingesetzt, da sie ein gutes Gleichgewicht zwischen Zuverlässigkeit und Kosten-Nutzen-Verhältnis bieten.

Die beste Materialwahl hängt von Folgendem ab:

• Betriebstemperatur
• Anforderungen an die thermische Zyklisierung
• Produktlebensdauer
• Kostenziel

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2. Vermeiden Sie nach Möglichkeit übermäßige Plattenstärken.

Eine dickere Leiterplatte ist nicht immer zuverlässiger.

Wenn es die Impedanz- und mechanischen Anforderungen zulassen, werden oft dünnere Leiterplatten bevorzugt.

Für viele Anwendungsbereiche:

1.6 mm oder weniger ist eine praktische und stabile Wahl.

Übermäßige Dicke kann Folgendes erhöhen:

• Thermische Belastung
• Laminierungsschwierigkeiten
• Komplexität der Fertigung

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3. Die Anzahl der Lagen sollte so einfach wie möglich gehalten werden.

Mehr Schichten bedeuten nicht immer eine höhere Zuverlässigkeit.

Sofern die Konstruktion es zulässt:

• Einseitige Leiterplatte
• Doppelseitige Leiterplatte
• 4-lagige Leiterplatte

sind in der Regel einfacher herzustellen und zu kontrollieren.

Mit zunehmender Schichtanzahl:

• Es sind weitere Laminierungszyklen erforderlich
• Fertigungsvariablen erhöhen
• Die Prozesssteuerung wird anspruchsvoller.

Bei der Massenproduktion können bereits geringfügige Prozessabweichungen Zuverlässigkeitsrisiken bergen.

Eine einfachere Leiterplattenstruktur ist oft eine stabilere Leiterplattenstruktur.

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4. Wählen Sie die Oberflächenbeschaffenheit entsprechend den Anwendungsanforderungen.

Die Auswahl der Oberflächenbeschaffenheit sollte den Anforderungen des Bauteils entsprechen.

HASL

Empfohlen in folgenden Fällen:

• Keine Feinteilungskomponenten
• Keine kleinen Polster
• Standard-SMT-Anforderungen

HASL ist eine ausgereifte und stabile Oberflächenveredelung.

ENIG

Empfohlen in folgenden Fällen:

• Es werden Bauteile mit feiner Rasterteilung verwendet.
• BGA/QFN-Gehäuse werden benötigt
• Es bestehen Anforderungen an ebene Oberflächen.

Für ENIG-Anwendungen empfehlen wir folgende Angaben:

Mindestgolddicke 2µ"

Sowohl HASL als auch ENIG sind bei sachgemäßer Anwendung bewährte und zuverlässige Oberflächenveredelungen.

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5. Ausreichenden Elektrodenabstand einhalten, um das ICD-Risiko zu reduzieren

Das Leiterplattendesign hat einen direkten Einfluss auf die Fertigungszuverlässigkeit.

Wenn möglich:

Der Abstand zwischen den Pads sollte über 0.4 mm liegen.

Unzureichende Abstände können folgende Auswirkungen haben:

• Harzmangelrisiko
• Herausforderungen bei der Laminierung
• Möglichkeit eines Verbindungsfehlers (ICD)

Eine gute Leiterplattenzuverlässigkeit beginnt mit einem guten Leiterplattendesign.

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6. Vermeiden Sie HDI, es sei denn, es ist wirklich notwendig

Die HDI-Technologie bietet hervorragende Routing-Fähigkeiten.

Laser-Mikrovias stellen jedoch im Vergleich zu herkömmlichen Durchgangslöchern zusätzliche Herausforderungen an die Fertigung.

Wenn eine herkömmliche Durchgangslochstruktur die elektrischen Anforderungen erfüllen kann:

Für eine langfristige Zuverlässigkeit wird oft eine einfachere Durchgangslochkonstruktion bevorzugt.

HDI sollte ausgewählt werden, wenn dies erforderlich ist durch:

• Komponentendichte
• Miniaturisierung
• Anforderungen an die Signalintegrität

Nicht einfach nur, weil es sich um eine fortschrittlichere Technologie handelt.

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7. Sicherstellen, dass die Kupferplattierung bei den Durchkontaktierungen ausreichend dick ist.

Die Zuverlässigkeit von Durchkontaktierungen hängt stark von der Kupferdicke innerhalb der Lochwand ab.

Während die Anforderungen der IPC-Klasse 2 Mindestakzeptanzkriterien definieren, kann eine Erhöhung der Kupferdicke in den Bohrungen die Zuverlässigkeitsmarge deutlich verbessern.

Für Anwendungen mit hohen Zuverlässigkeitsanforderungen empfehlen wir:

Kupferdicke der Bohrung ≥25µm

Eine dickere Kupferbeschichtung verringert das Risiko von:

• Risse durch thermische Belastung
• Fassrisse
• Durch Ermüdungsbrüche

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Fazit

Die Herstellung hochzuverlässiger Leiterplatten wird nicht durch einen einzigen Prozess erreicht.

Es entsteht aus der Kombination von:

• Richtige Materialauswahl
• Zuverlässiges Stapelaufbau-Design
• Kontrollierte Fertigungsprozesse
• Geeignete Oberflächenbeschaffenheit
• Angemessene Komplexität

In vielen Fällen bietet eine einfachere und gut kontrollierte Leiterplattenstruktur eine bessere Langzeitstabilität als ein unnötig komplexes Design.