Bauteile für Wearables
Chip-Widerstände schrumpfen weiter
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Weniger Befestigungsfehler dank Bodenelektrode
Wenn längere Miniatur-Chip-Bauelemente auf einer Leiterplatte einen Reflow-Ofen durchlaufen, kommt es leicht dazu, dass sich die Bauelemente aufrichten. Dies wird häufig als Manhattan-Phänomen (wegen der Ähnlichkeit mit einem Hochhaus) oder Grabsteineffekt (tombstoning) bezeichnet. Zu den Ursachen für dieses Aufrichten der Bauelemente gehören neben der Oberflächenspannung des Lots auch der zeitliche Verlauf des Temperaturanstiegs. Eine wichtige Rolle spielt zudem die laterale Ausgeglichenheit der Elektroden.
Bei mehrflächigen Elektroden (Bild 3) übt das Lot Zugkräfte auf die Seite und den Boden des Bauelements aus, woraus die durch einen roten Pfeil markierte Kraft resultiert.
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Der Kontaktflächenunterschied zwischen Elektrode und Lot erhöht sich. Wenn es Abweichungen zwischen der Elektrodengröße und der aufgedruckten Position des Lots gibt – also Unregelmäßigkeiten bezüglich der Position des Lots und der Elektrodengröße – kommt es zu einer Zugkraft in Richtung der größeren Kontaktfläche, was die Wahrscheinlichkeit für den Grabsteineffekt speziell bei kompakten Chips erhöht. Bei Bauelementen mit Bodenelektrode (Bild 4), die keinerlei seitliche Kontaktflächen aufweisen, wirken stattdessen nur abwärts gerichtete Zugkräfte, so dass der Grabsteineffekt praktisch nicht mehr auftritt.
Im Hinblick auf das neue 03015-Format hat der Chip-Hersteller zahlreiche Gespräche mit den wichtigsten Herstellern von Bestückungsmaschinen geführt. Gemeinsame Anstrengungen zielten darauf, die Pick-up-Rate der Bestückungsmaschinen zu verbessern. Als Resultat wurden die Chip-Konfiguration, das Taping-Material, die Taping-Abmessungen usw. so optimiert, dass sich bei Überprüfungen des Bestückungsvorgangs – auch bei großen Probenmengen – eine Defektrate von Null einstellte.
Dazu muss man wissen, dass im Fall einer mehrflächigen Elektrode viel Leiterplattenfläche (Land Pattern) benötigt wird, um dem Lot Gelegenheit zu geben, die Oberflächen an der Seite und oben zu umschließen (Kehlnaht). Durch Verbesserung der Genauigkeit und die Verwendung von Bodenelektroden gelang dem Komponentenhersteller jedoch die Reduzierung der erforderlichen Lotfläche auf ein Minimum, wodurch sich der Footprint um 40 % verringerte. Nicht zuletzt wird hierdurch weniger Lot benötigt.
Hohe Stoßfestigkeit und Bonding-Zuverlässigkeit
Es wurden Bedenken geäußert, die Größenreduzierung des Produkts und die Verwendung von Elektroden an der Unterseite könnten die Größe der Kontaktfläche mit dem Lot so schmälern, dass Stoßfestigkeit und Robustheit leiden. Durch sorgfältige Materialwahl und Verringerung der Masse gegenüber dem konventionellen 0402-Format gelang es jedoch, die auf das Substrat wirkenden Kräfte – beim Fallenlassen einer bestückten Platine zu Testzwecken – zu verringern. Mehrere Tests bezüglich Adsorption und Genauigkeit bestätigten das Ergebnis, wonach sich die Eigenschaften nicht zum Nachteil veränderten. Mechanische Belastungsprüfungen ergaben darüber hinaus, dass RASMID-Bauelemente in Bezug auf die Befestigungskraft, die Biegebelastung für die Leiterplatte und die Lothaftung identisch mit Bauelementen im Kunststoffgehäuse abschneiden.
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