die m538135538135t leitfähiger Kupferpaste von Copprint gedruckt wurden
Dr. Isaac Rosen, Leitender wissenschaftlicher Forscher bei Copprint
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Mein Name ist Isaac Rosen, und ich leite ein Forschungs- und Entwicklungsteam bei Copprint, in dem wir an der Entwicklung zukünftiger Produkte und an der Lösung von Kundenproblemen arbeiten. Ich bin verantwortlich für unsere Aktivitäten zur Entwicklung eines Prozesses für das Löten auf leitfähigen Leiterbahnen.
Die Montage von elektrischen Bauteilen auf gedruckter Elektronik erfolgt heute hauptsächlich mit ECAs, was sich deutlich von der Praxis in der traditionellen Elektronikfertigung unterscheidet, wo Löten Standard ist. Dieser Unterschied ergibt sich hauptsächlich aus den Schwierigkeiten beim Löten auf gedruckten Silberbahnen. Copprint-Pasten sind auf Kupferbasis hergestellt und ermöglichen hervorragende elektrische Eigenschaften, die die von Silberpasten übertreffen - höhere Leitfähigkeit und geringere Kosten. Mit Copprint-Pasten hergestellte Leiterbahnen können mit handelsüblichen Lotpasten verlötet werden. Bei kleinen Widerständen, die auf FR4 gelötet werden, entstehen starke Lötverbindungen, wobei zum Trennen der Verbindung bis zu 4 kgf erforderlich sind (durch Scherkraftmessungen).
Abbildung 1: Copprint-Kupferpaste, Leiterplatte mit gelöteten Komponenten. Besuchen Sie unseren virtuellen Stand.
Copprint entwickelt und produziert leitfähige Kupferpasten für verschiedene Anwendungen, darunter das Bedrucken von Leiterplatten, Membranschalter, RFID-Tags und PV-Zellen. Wir haben Kupferpasten, die für verschiedene Substrate wie FR4, Papier, Glas, PI, PET und mehr geeignet sind. Das Produktportfolio von Copprint finden Sie hier, einschließlich Links zu TDS, MSDS, Anwendungshinweisen und Anleitungsvideos. Copprint-Pasten können als Ersatz für Silberpasten (teuer und giftig) sowie als Ersatz für umweltbelastende Ätzverfahren verwendet werden.
Eine wichtige Voraussetzung für die Elektronikfertigung ist die Befestigung von Komponenten auf einer Leiterplatte. Bisher war es bei der Verwendung von Silberpasten für gedruckte Elektronik schwierig, eine gute Lötbarkeit mit herkömmlichen Lötpasten zu erreichen. Der Hauptgrund für dieses Problem ist, dass sich zwischen Zinn, dem Hauptbestandteil von Lötpasten, und Silbermetall keine IMC-Schicht (Intermetallic Compound) bilden kann. Daher verzichten die Hersteller, die Bauteile anbringen müssen, auf das Löten und verwenden hauptsächlich ECAs auf Silberbasis. Solche ECAs sind wesentlich teurer als Lötpasten (Silber- gegenüber Zinnpreisen) und in der Leiterplattenindustrie weit weniger verbreitet.
Mit den auf FR4 gedruckten Copprint-Pasten haben wir mehrere kompatible Lötpasten identifiziert, die die Bildung einer starken Lötverbindung mit einer richtigen IMC-Verbindung zwischen dem Lot und dem Kupfer ermöglichen. Die (von den Lötpastenherstellern) empfohlene Methode zum Screening von Lötpasten bestand darin, die Benetzung der Lötpaste auf der bedruckten Cu-Oberfläche nach dem Reflow visuell zu überprüfen. Die Theorie war, dass keine Benetzung oder Entnetzung ein Zeichen dafür ist, dass die Lotpaste nicht kompatibel ist. Aus sorgfältigen Experimenten haben wir gelernt, dass die Benetzung nicht immer der richtige Indikator für die Kompatibilität und das Potenzial zur Bildung einer guten Lötverbindung ist. Tatsächlich führte dieser Ansatz zu vielen falsch-negativen Ergebnissen.
Ein viel besserer Ansatz ist es, die tatsächliche Leistung (Bildung einer starken Lötverbindung) verschiedener Lötpasten zu testen, indem man kleine (1206) Chips auf siebgedruckte Kupferspuren lötet und die Scherkraft misst, die erforderlich ist, um den Chip abzulösen.
Abbildung 2: Video über das Auftragen von Lötpaste, das Platzieren von Bauteilen und das Löten auf gedruckten Kupferbahnen in einem Reflow-Ofen. Besuchen Sie unseren virtuellen Messestand.
Zunächst wird Copprint-Paste im Siebdruckverfahren auf das Substrat gedruckt, dann getrocknet und gesintert, um ein leitfähiges Kupfermuster zu erhalten (Video). Dann wird die Lötpaste im Schablonendruckverfahren aufgetragen, die Bauteile werden platziert und im Reflow-Verfahren gelötet (der Prozess, bei dem die Lötpaste erhitzt wird, schmilzt und wieder erstarrt, um die Verbindung herzustellen) - siehe Abbildung 2. Abschließend wird die Festigkeit der Lötverbindung geprüft, wie in Abbildung 3 zu sehen ist..
Abbildung 3: Foto des Scherkrafttests an 1206 SMD-Widerstandschips, die mit SAC305 KOKI 955LV gelötet wurden.
Mit diesem Ansatz haben wir kompatible Lötpasten gefunden, die gut funktionieren: Sie bilden eine starke Verbindung, die sich nur schwer lösen lässt, und es ist ein Druck von über 3 kg erforderlich, um ein Versagen und ein Ablösen des gelöteten Chips zu verursachen. Nicht-kompatible Lötpasten funktionieren nicht gut: Es bildet sich keine Lötverbindung, und die Chips lassen sich mit einem leichten Druck ablösen. Außerdem haben wir festgestellt, dass bei kompatiblen Lötpasten die Ablösung zwischen dem Cu und dem Substrat erfolgt, während bei nicht kompatiblen Pasten die Ablösung zwischen der Lötpaste und der bedruckten Cu-Oberfläche erfolgt. Darüber hinaus bildete sich nur bei kompatiblen Pasten eine IMC-Schicht zwischen dem Lot und der gedruckten Kupferschicht, die der grundlegende Beweis für die Bildung einer Lötverbindung ist (Abbildung 4).
Abbildung 4: Querschnitt einer Lötverbindung, 1206 SMD-LED, gelötet mit SAC305 auf Cu, gedruckt auf FR4-Substrat, die mikroskopische Aufnahme rechts zeigt das Vorhandensein von IMC. Besuchen Sie unseren virtuellen Stand.
Der Grund dafür, dass nur einige der getesteten Lötpasten kompatibel waren, ist wahrscheinlich auf das Flussmittelsystem in jeder Paste zurückzuführen. Einige Flussmittel funktionieren auf der Oberfläche von Kupfermustern, die mit unserer Kupferpaste hergestellt wurden, und andere nicht. Da die Flussmittelformulierung in den getesteten Lötpasten nicht bekannt ist (Geschäftsgeheimnis), sind empirische Tests erforderlich, um eine Lötpaste als kompatibel anzuerkennen.
Nachdem wir ein gutes Verfahren zur Identifizierung kompatibler Lötpasten entwickelt hatten, testeten wir eine breite Palette von SAC305- und SnPb-Lötpasten auf FR4 sowie SnBi und SnBiAg-Lötpasten auf PET. Das Ergebnis ist eine Liste zugelassener Lötpasten, die auf Anfrage geliefert werden kann (info@copprint.com). Mit spezifischen Pasten von Henkel, Koki, AIM, Shenmao, Balvar Zinn und anderen wurden Scherkräfte von über 2 kgf erreicht. Ein sehr interessantes und wertvolles Ergebnis ist, dass die gedruckten Kupferbahnen ohne jegliche Nachbearbeitung gelötet werden können. Selbst nach einigen Wochen normaler Lagerung wurde eine gute Durchschlagskraft erreicht.
PET ist aufgrund seines niedrigen Preises, seiner Verfügbarkeit und seiner Haltbarkeit ein wichtiges Substrat in der gedruckten Elektronik. Sein niedriger Schmelzpunkt erlaubt jedoch nicht die Verwendung von SAC- oder SnPb-Lotpasten. Es wurden kompatible Lötpasten auf SnBi-Basis identifiziert, die eine Scherkraft von über 2 kgf auf 125 um PET ermöglichen. Details und empfohlene Reflow-Profile können auf Anfrage über info@copprint.com geliefert werden.
Abschließend wurde ein einfaches Lötverfahren zum zuverlässigen Verbinden von Komponenten auf gedruckter Elektronik demonstriert. Wir erwarten eine schnellere Akzeptanz der gedruckten Elektronik, da die Platzierung der Bauelemente standardisierter ist als bei der bestehenden ECA-Methode. Dies wird mit einem Übergang von Silber zu Kupfer für den Druck von Leiterplatten auf Standardsubstraten wie FR4 und neueren Substraten wie PET geschehen. [This is automatically translated from English]