Electronic Design & Manufacturing Programma. EDM Event. imec. 16 september Met steun van

Transcriptie

1 Electronic Design & Manufacturing Programma EDM Event imec 16 september 2010 Met steun van

2 EDM programma: agenda 1. Onze visie 2. In de praktijk: het PCB specificatieverhaal 3. Het EDM aanbod vandaag 4. De EDM toekomst 5. Uw participatie 2

3 Electronic Design & Manufacturing Programma 1. Onze visie Met steun van

4 Electronic Design & Manufacturing programma MISSIE Het ondersteunen van de industrie bij de specificatie, ontwikkeling en fabricage van hoogwaardige, betrouwbare en kosteffectieve elektronische modules door kenniscreatie en kennisverspreiding, het gebruik van wetenschappelijk onderbouwde methodologieën en samenwerking doorheen de elektronische toeleveringsketen. 4

5 1. Onze visie Wetenschappelijke aanpak PCB/PBA ontwerp- en productiepraktijk: Voornamelijk gebaseerd op ervaring Recepten van goede praktijk Geval-per-geval empirische evaluatie onvoldoende inzicht. Niet aangepast aan de huidige complexiteit en revolutionaire veranderingen zoals het loodvrij solderen. We hebben een wetenschappelijk onderbouwde methodologie nodig om PBA ontwikkeling en productie te beheersen en productinnovatie te ondersteunen. Wetenschappelijke methodologie Vertrekpunt: hypothese/model/theorie consistent met de natuurwetten (fysica/chemie/materiaalkunde). Experimenten zijn gericht op de verificatie en kwantificatie van de basistheorie en model. Gekenmerkt door een brede toepasbaarheid binnen en buiten het ervaringsdomein. 5

6 1. Onze visie Wetenschappelijke aanpak Elektrisch ontwerp (schematics) en IC realisatie is wetenschappelijk onderbouwd, de 2 nd level interconnect hardware realisatie is dat niet! Dit moet en kan anders! IC realisatie als inspiratiebron: elk IC realisatieaspect heeft een PBA broertje. IC realisatie Materiaaltechnologie halfgeleiders, metalen, isolatoren, interfaces Processtappen oxidatie, implantatie, depositie, lithografie, Productieflow IC procesflow Test en analyse Ontwerp layout - TAD Reliability PCB/PBA realisatie Materiaaltechnologie polymeren, metalen, soldeer, interfaces Processtappen laminatie, boren, plating, lithografie, assemblage, solderen, Productieflow PCB build-up, PBA assemblage Test en analyse Ontwerp layout - DfManufacturing Reliability 6

7 1. Onze visie Inspelen op de industrienoden Voor wie? 1. OEM: elektronica ontwikkelaars en implementatoren Technologiesector + elektronica implementatie in andere sectoren: bouw, verpakking, textiel, ODM, ontwerp: ontwerpsubcontractors 3. ODM, EMS: assemblagesubcontractors 4. PCB: PCB producenten 5. Andere spelers in de elektronische toeleveringsketen Industrievraag: Competitievere producten met meer marge Lagere kost: ontwikkeling productie kwaliteit/onderhoud Kortere time-to-market Klantgerichte, flexibele producten Flexibele logistiek 7

8 1. Onze visie EDM antwoord op de industrienoden Traditioneel antwoord: Klantgerichte producten: Nieuwe Technologie Kost: Productie in lage loonlanden (Oost-Europa, China,...) Kost, flexibiliteit: Subcontracting Throw over the Wall en kostgedreven shopping cultuur Visie EDM programma: Anders Gaan Realiseren Design-for-X & samenwerking supply-chain partners (ODM, EMS, PCB) X: kost, flexibiliteit, time-to-market, kwaliteit,... geconcretiseerd naar X: maakbaarheid, testbaarheid, betrouwbaarheid, kost,... Op basis van kennis en wetenschappelijke onderbouw Responsabilisering en samenwerking in de toeleveringsketen Product Life Cycle helikoptervisie: globale optimalisatie Sleutelrol van de OEM: driver seat eindklant beoordeelt OEM De competitiviteit van de producten kan sterk verbeterd worden indien het elektronica-ontwerp meer rekening zou houden met technologie, materialen, productie-technieken, werkingsomstandigheden, falingsmechanismen, logistieke aspecten... 8

9 1. Onze visie EDM antwoord: DfX richtlijnen EDM beoogt de industrie te ondersteunen bij het goedkoper en beter ontwikkelen, produceren en integreren van PBA door ontwerprichtlijnen en kwantificatiehulpmiddelen aan te bieden aan de elektronische toeleveringsketen. DfX richtlijnen richten zich op het compromis tussen: Kost van ontwerp en ontwikkeling Snelheid van ontwerp en ontwikkeling Component en PCB kost Productie- en logistieke kost Kwaliteit en betrouwbaarheid Toeleveringsketen overspannende kost-kwaliteitoptimalisatie. Geen lokale suboptimalisatie en kostverplaatsing! 9

10 1. Onze visie DfX richtlijnen: Kenmerken 1. Wetenschappelijke onderbouw gebaseerd op fysisch modelleren verzekert brede toepasbaarheid ook buiten het eigen ervaringsdomein. 2. Samenwerking met en evaluatie door vertegenwoordigers van de verschillende schakels van de toeleveringsketen in de EDM partnergroep genereert een toeleveringsketen overspannend optimalisatiepotentieel op vlak van productontwikkeling en productie. 3. Aansturing door kenniscentrum maximaliseert commerciële onafhankelijkheid en objectiviteit. 10

11 1. Onze visie DfX richtlijnen: Randvoorwaarden 1. DfX richtlijnen moeten niet-specialisten ondersteunen bij het ontwerpen, specificeren, evalueren, controleren, enz. van PBA aspecten in alle schakels van de toeleveringsketen. Basiskennis moet volstaan. Hulp bij het beheersen van de complexiteit en multidisciplinariteit van de PBA realisatie. NIET: maak van iedereen een technologiespecialist 2. Praktisch en snelle toepasbaarheid primeren over volledigheid en wetenschappelijke orthodoxie. 3. Richtlijnen bakenen het domein af waarbinnen gewerkt kan worden (window of opportunity). 4. Maximaal aansluitend bij industriële standaarden. 5. Kwantificeren wat kan gekwantificeerd worden. 11

12 1. Onze visie DfX richtlijnen: toepassing Toepassingen van DfX richtlijnen: Basis voor bedrijfsspecifieke ontwerpregels, kwalificatieprocedures, aankoopspecs, assemblagespecs, werkvoorbereiding,... Communicatiehulpmiddel tussen de schakels in de toeleveringsketen Niet-commercieel, onafhankelijk, wetenschappelijk onderbouwd, afgetoetst bij alle schakels (OEM, EMS, PCB) via EDM partners. Gemeenschappelijk technisch kader voor de regionale toeleveringsketen bv. Laminaat performantieklassen Kostreductie en tijdswinst op vlak van: Ontwerpiteraties Kwalificatie en Evaluatie Niet-kwaliteit/Betrouwbaarheid 12

13 Electronic Design & Manufacturing Programma 2. De praktijk Met steun van

14 2. EDM in de praktijk DfM Guideline: PCB specification De realisatie van een elektronisch product is veel meer dan het over de muur gooien van een elektrisch schema. Een legaal elektronisch product met een bepaald kwaliteit- en betrouwbaarheidsniveau en met een voorspelbare kost en leverbetrouwbaarheid vergt dat component, PCB en assemblage met kennis van zaken gespecificeerd en gerealiseerd worden. De vereiste kennis (bij voorkeur kwantitatief): Technologisch: componenten, PCB, PB Assemblage Productietechnisch: kwaliteitsrisico, logistieke en kostfactoren Betrouwbaarheid: falingsmechanismen, kwalificatietesten, levensduur Vertaald in Design-for-X richtlijnen. 14

15 2. EDM in de praktijk DfM Guideline: PCB specification Naast het elektrische schema ontwerp vergt de realisatie van een PBA het ontwerp van de fysische entiteit PBA die: Tegen de materiaalgrenzen wordt belast bij het produceren Thermisch en mechanisch wordt belast tijdens werking Een volwaardig ontwerp specificeert de materialen PCB: doe maar FR4?! IPC: 12 loodvrij soldeer-compatiebele FR4 categorieën! Een niet geschikt FR4-type leidt tot: Delaminatie Via cracking 15

16 2. EDM in de praktijk DfM Guideline: PCB specification Stap 1: Identificatie van de industrienood Uitdaging: industrievraag is indirect Bronnen voor identificatie van noden PBA team (4 pers): >40 jaar industrie-ervaring DfX & RoHS Service helpdesks Individuele dienstverlening EDM seminaries trainingen - netwerking EDM partnergroep PCB specificatie case: Helpdesk: schadegevallen Dienstverlening: geen/verkeerde PCB specificatie Netwerking feedback: doe maar FR4 -spec algemeen 16

17 2. EDM in de praktijk DfM Guideline: PCB specification Stap 2: Wetenschappelijke onderbouw (CO-PBA-DfX) Traditionele aanpak: test laminaten met verschillende viatypes. Probleem: honderden laminaten... Van case-by-case testen naar fysisch inzicht en kwantificatie door fysisch modelleren. Leg relatie met industrieel beschikbare informatie: standaarden en datasheets. Stel praktisch bruikbare relaties op relevant en toepasbaar in ontwerp, productie en levensduurgarantie. PCB: Aantal toegelaten soldeercycli als functie van parameters terug te vinden in laminaat-datasheets. Levensduur in versnelde test. Verifieer waar mogelijk met experimenten. Stimuleer onderzoeksactiviteiten bij onderzoekspartners onderzoeksprojecten: O&O, Tetra 17

18 2. EDM in de praktijk DfM Guideline: PCB specification Hoe FR4 materiaal kiezen/specificeren: tot nu toe Ervaringsgebaseerd 18

19 2. EDM in de praktijk DfM Guideline: PCB specification Een wetenschappelijke aanpak van delaminatie (EDM programma 2010) 1. Root cause analyse van delaminatie Decompositie van FR4 epoxy matrix bij hoge temperatuur Interne drukopbouw leidt tot cohesieve faling 2. Modelleer falingsproces (zo eenvoudig mogelijk) Ontbindingsproces Drukopbouw Falingscriterium 3. Leg relatie tussen modelparameters en gestandaardiseerde parameters en/of materiaalspecificatieparameters Td: decompositie temperatuur (5%) T260, T288: Time-to-Delamination bij 260 o C resp. 288 o C 4. Bepaal de kritische parameter(s) (assemblage, werking) als functie van gekende parameters Aantal soldeercycli N = f(td, T260, T288) 19

20 temperature [K] 2. EDM in de praktijk DfM Guideline: PCB specification 1. TGA modellering (Td): activatieenergie E a, k ( T) 1 ln k0 T exp 0 E R T Ea R Ei 1 a, Ea R T data4 1 f T Drukopbouw en falingscriterium P ( 0 i( T) exp( k( T) t) r T data4 0 T 700 experimental data fit 3. Relatie met T260, T Drukopbouw per reflow cycle: Kritische parameter: # soldeercycli Possible reflow profile according to JEDEC par's time [s] 20

21 TGA weight loss x 100% TGA density loss x 100% TGA weight loss x 100% T260/T EDM in de praktijk DfM Guideline: PCB specification Het aantal soldeercycli N tot delaminatie kan berekend worden. Ervaring kan misleiden! IPC-4101C criteria Modelleren verklaart Contour Plot of Ncycles vs T260/T288; T260 Ncycles < > ) TGA IPC4101 (Td/T260/T288) d A( T exp 1 ( 17) ) dt A T d A 0.95 A T T ( T exp ( ) d ) A T T TGA Table 2 (Td/T260/T288) d T T 273 T A( T exp ( 17) ) dt d A T exp 0.01 T ( ( ) d ) T 273 temperature [ C] 310/30/5; T260/T288=6; decomp@260 C=0.4% 325/30/5; T260/T288=6; decomp@260 C=0.2% 340/30/15; T260/T288=2; decomp@260 C=1.1% temperature [ C] 310/30/5; T260/T288=6; decomp@260 C=0.4% 325/60/10; T260/T288=6; decomp@260 C=0.1% 340/90/15; T260/T288=6; decomp@260 C=0.1% 21

22 allowed cycles for 100 ppm defects 2. EDM in de praktijk DfM Guideline: PCB specification Via integriteit N0.01% for 100 ppm after reflow soldering DT=210 C V(ia) S(tress) F(actor) [1000 / mm] Soldeer faling Vermoeiing CTEz = CTEz = 0.04 CTEz = CTEz = CTEz = Soldeer invloed op via faling 22

23 2. EDM in de praktijk DfM Guideline: PCB specification Stap 3: Creëer collectieve output Stel praktische richtlijnen op. DfM Guideline: PCB Specification V1 Leg richtlijn voor aan EDM partners die het geheel van de toeleveringsketen vertegenwoordigen: OEM, EMS, PCB. Ontwikkel kwantificatie- en informatietools. Calculatoren voor het aantal toegelaten soldeercycli, levensduur in versnelde test. Laminaatoverzicht met inschatting van aantal soldeercycli dat het materiaal kan verdragen. Eerste deel PBA DfM Guideline 23

24 2. EDM in de praktijk Delamination calculator Input fields Input parameters Cycles to delamination TGA Curve 24

25 2. EDM in de praktijk Via faling calculator Input fields - Thermal cycling - Reflow soldering Input parameters Mean time to failure Failure probability Curve 25

26 2. EDM in de praktijk Information Tools: Laminate Overview Binnenkort nieuwe versie met 200 laminaten soldering performance category supplier info: - product-id - IPC-4101 /sheet - thermal props - chemistry props - mechanical props # soldering cycles: - to via failure - to delamination 26

27 2. EDM in de praktijk DfM Guideline: PCB specification Stap 4: Collectieve disseminatie EDM partnergroep: betrokkenheid bij ontwikkeling EDM leden: gratis toegang tot tools Website DfM Guideline: PCB specification (gratis introductie) Informatietools en calculatoren (EDM partners en leden) Publieke workshops. PCB: 6de EDM workshop 27/11/2009 Presentaties op regionale beurzen en conferenties FHI Design Automation Embedded Systems event 24 september 2009 Eindhoven Dirk Stans Eurocircuits: Hoe dikwijls mag je printje heet worden? Bits & Chips Techwatch november 2009 Leuven Bits & Chips Hardware Conferentie 17 juni Eindhoven HET instrument 28 september Amsterdam 27

28 2. EDM in de praktijk DfM Guideline: PCB specification 28

29 2. EDM in de praktijk DfM Guideline: PCB specification Stap 5: Individuele begeleiding van bedrijven Technologische dienstverlening Gericht op specifieke bedrijfscontext: product, industrialisatie, logistiek,... Gericht op kennisoverdracht Commerciële tarieven Concrete (confidentiële) cases geven feedback. Detectie van nieuwe noden Stap 1 >100 projecten voor 40-tal bedrijven sinds 1/7/

30 2. EDM in de praktijk DfM Guideline: PCB specification Effect PCB specificatie Guideline bij 60-tal bedrijven in Benelux, Duitsland,... Grote en kleine ondernemingen implementeren (delen van) richtlijn in hun procedures. EDM basis/mid/high performantie classificatie geraakt meer en meer verspreid in de Benelux. Buitenlandse toeleveranciers nemen contact op met EDM omwille van de PCB specificaties die ze van Benelux klanten krijgen: ISOLA/CCI Eurolam, Technolam/Nan Ya, Wurth Electronic. Publicatie in Global SMT & Packaging september 2010 Predicting PCB delamination in lead-free assembly. Andere in voorbereiding. Groeiende belangstelling in EDM 30

31 2. EDM in de praktijk DfM Guideline: PCB specification Effect PCB specificatie Effect DfX Richtlijnen Met innovatieve aanpak: Wetenschappelijke onderbouw Multidisciplinaire, toeleveringsketen overspannende aanpak DfX richtlijnen die: op korte termijn praktisch inzetbaar zijn in verschillende delen van de toeleveringsketen. impact hebben op de sector als geheel. weerklank hebben in de internationale toeleveringsketen. belangrijke kostbesparingen voor het bedrijf opleveren op korte en lange termijn: Ontwerpiteraties, Productieuitval, Uitval bij klanten! kennisverhoging opleveren voor de toeleveringsketen: Zeg niet zomaar FR4 tegen een /xyz laminaat! 31

32 Electronic Design & Manufacturing Programma 3. Het aanbod Met steun van

33 3. Het aanbod EDM website Publieke pagina s Over EDM, EDM lidmaatschap, Activiteitenoverzicht Info projecten EDM Workshops 1-5, EDM events Guideline download EDM partnerlinks EDM ledenpagina s Gratis toegang tot tools EDM Workshops EDM partners Project inhoud: CO-PBA-DfX Work-in-Progress Meeting planning Vrije toegang tot EDM output 33

34 3. Het aanbod Tools Ondersteunende software tools Rekentools (web) De rekentools laten toe concrete gevallen door te rekenen. Vb.: delaminatie calculator, via faling calculator Informatie en datatools (web) Op kwaliteit geselecteerde informatie of een hulpmiddel om deze informatie bekomen. Vb.: laminaatoverzicht Checklists (web) Checklists helpen de gebruiker bij het opstellen van specificaties, het aansturen van de toeleveringsketen, de werkvoorbereiding in productie, enz. PBA simulatietool (off-line) Het PBA simulatietool heeft als doel de impact van ontwerp, kwalificatie, industrialisatie en/of productie ingrepen objectief te evalueren. 34

35 Information Tools: IPC Standards Guide - provides a structured way for locating specific Printed Board Assembly information in IPC standards - IPC standards are mapped upon a generic tree structure - IPC product ID, version, document title and status information are listed 35

36 3. Het aanbod Information Tools: NPI Questionnaire Structured information regarding PBA product development: PCB/PBA technology industrialisation context operational context of the product business priorities Basis on which Design-for-X and specification strategies can be built 36

37 3. Het aanbod Information Tools: PBA Assembly Checklist Checklist of assembly parameters critical to PBA quality and reliability Minimal requirement recommendation for professional RoHS compliant electronics (IPC class 2) Quality assurance approach Solder materials Solder processes Logistics RoHS compliancy control 37

38 R(t) 3. Het aanbod PBA-tool Input module PBA basic dataset Objectieve evaluatie van: Kwaliteit Betrouwbaarheid Maakbaarheid Testbaarheid... versus kost CO research O&O research PBA knowledge database PBA data expander Bath tub calculator PBA expanded dataset: DO level Assembly flow calculator R(t) Failure distribution Rfatal Rlatent Rwear-out R(t) Rmin REF Rwo(t) two tef Cost calculator Cost Assembly flow model cycles 38

39 3. Het aanbod PBA-tool PBA Basic Dataset EDM knowledgebase Import and expand data into internal data structures Start Data structures - Components - DPMO - PCB/PBA - Fault spectrum - Tests - Costs - Yield Calculation loop Start Result calculators Yield Cost Test Coverage... Offline tool MS office only Default parameters from Customer data input V1.0: early 2011 Export to PBA Expanded dataset? Y PBA Expanded Dataset N Calculation loop End Finish 39

40 3. Het aanbod Lopend onderzoek 1. Via reliability modelling 2. Solder joint reliability modelling 3. Vibration modelling 4. PBA Modelling levels of approximation 5. Test coverage modelling 6. Assembly error rate (DPMO) modelling 40

41 3. Het aanbod 1. Via fatigue: epoxy stress distribution Normal stress sz Area of loading influence epoxy ,5 1 1,5 Normal stress Center of PCB approximated analytically Shear stress txy Two beam model Engelmaier IPC-TR-579 is being refined No analytical solution: finite element computations to find an expression for the area of epoxy loading. Allows to compute stresses and strains in epoxy and copper 41

42 3. Het Aanbod 2. Thermal cycling fatigue of solder joints Modeling solder joint hysteresis (stress-strain) Accelerated model for solder joint fatigue Input for a zero order reliability model Fatigue crack in solder joints Example: WLCSP s Relation between dissipated inelastic energy DW and the 63% failure point 42

43 3.Het aanbod 3. Vibration modeling Current: Computation of eigenmodes and frequencies of vibration as a function of various fixing methods analytical relationships Future: guidelines how to reinforce PBA in order to make it more vibration resistent Eigenmodes and eigenfrequencies Fixing methods rectangular pcb 43

44 3. Het aanbod: 4. PBA modelling levels of approximation Structuring the approximation levels 0-order (default) models Use only BOM information Typical use: concept and early design stage, production: non-pba specific questions 1a-order models 0-order + electrical schematics (netlist e.a.) information Typical use: intermediate design stage, production: electrical test, yield 1b-order models 0-order + CAD (layout e.a) information Typical use: intermediate design stage, production: proces, inspection, yield 2-order models 0-order + CAD + electrical schematics information Typical use: PBA specific generic analysis 3-order models 2-order + hardware configuration info (FPGA configuration e.a.) Typical use: PBA specific generic analysis for PBA with customised components 4-order models 3-order + embedded software info Typical use: Functional test development, production: test coverage of functional test. 44

45 3. Het aanbod: 5. PBA Test Coverage: definitions Different Defect Types for each Defect Opportunity DO i (N i ) are defined per IPC-7912 Defect Category: - Termination - Placement - Component - Assembly IPC Defect Category Termination (BOM) (N i = 2) Placement (BOM) (N i = 4) Component (BOM) (N i = 4) Component (PCB) (N i = 4) Assembly (PBA) (N i = 4) Defect Type Open Short Class 1-3 (quality) Missing Wrongly equipped Definition The electrical contact between the component terminal and a pad is interrupted. Undesired electrical contact between component terminals or other electrically conductive PBA features. As defined by IPC-A-610 standard. A component is missing. A wrong component was placed or a component was placed on a notequipped location of the PBA design/layout. Misoriented Component placed with incorrect orientation w.r.t. pin 1. Misplaced (wrong pads) Class 1-3 (quality) Physical out-of-spec Electrical out-of-spec Fatal defect / electrical Fatal defect / data Class 1-3 (quality) Design PCB Defect Delamination Via cracking Class 1-3 (quality) Mechanical Interconnection Cleaning Conformal coating Class 1-3 Component placed at incorrect position e.g. with X-Y offset to the correct position. As defined by IPC-A-610 standard. A component is functional but some aspect of its physical properties does not adhere to specification. A component is functional but some aspect of its electrical properties does not adhere to specification. A component is not functional due to electrical malfunction. A component is not functional due to data malfunction. Data = SW code (e.g. BOOT-PROM) or HW configuration code (e.g. FPGA-PROM) As defined by IPC-A-610 standard. Design error PCB manufacturing defect Delamination of PCB during heat treatment Via cracking during heat treatment As defined by IPC-A-600 standard. PBA mechanical defect (not component related). PBA interconnection defect (not component related). PBA cleanliness issue. Conformal coating does not adhere to its specification (pinholes, not coated/overcoated areas). As defined by IPC-A-610 standard. 45

46 3. Het aanbod 5. Test coverage: zero order modelling AOI 0-order model Algorithmic description of test coverage Test access Test efficiency Basis of test coverage estimations Defect Opportunity DO IPC Defect Category Defect Type k AOI Test access rule - 0-order model Termination Open Test access = 1 if terminal is visible else Test access = 0 --> Test access = 0 for all area array packages (BGA e.a.) and all "only solderable on bottomside"-packages (e.g. QFN). (BOM) Short IF region between all closest neighboring terminals is visible THEN testaccess=1; ELSE testaccess= (# of visable closest neighbour interterminal regions)/(total # of closest neighbors) (N i = 2) Class 1-3 Test access = 1 if terminal is visible else Test access = 0 Placement Missing IF component is visible THEN Test access = 1 (BOM) Wrongly equipped IF component is visible THEN Test access = 1 (N i = 4) Misoriented IF component is visible THEN Test access = 1 Misplaced IF component is visible THEN Test access = 1 Class 1-3 IF component is visible THEN Test access = 1 Component Physical Out-ofspec IF component is visible THEN Test access = 1 (BOM) Electrical Out-of- Spec Test access = 0 (N i = 3) Fatal defect Test access = 0 Class 1-3 IF component is visible THEN Test access = 1 Component Design Test access = 0 (PCB) PCB Defect Test access = 0 (N i = 4) Delamination Test access = 0 Via cracking Test access = 0 Class 1-3 Test access = 0 Assembly Handling Test access = 1 (PBA) Cleaning Test access = 0 (N i = 3) Conformal coating Test access = 1 Class 1-3 Test access = 1 46

47 3. Het aanbod 6. Assembly error rate (DPMO) modelling Bepalen van de relatie tussen foutfrekwentie in assemblage en: Component eigenschappen: dimensies, pitch, type,... Assemblage processen: reflow-, golf-, hand-,..., solderen Intrinsieke foutfrekwentie: Bepaald door fysische limieten bv. stencil release pasta Random fouten Alles binnen kwaliteitsnormen Kwaliteitsproblemen: Systematische fouten hoge DPMO tot yield=0 yield Poor quality Components PCB Assembly process Design 47

48 3. Het aanbod 6. Assembly error rate (DPMO) modelling DPMO chip-type packages DPMO gull-wing packages Fatal defect / electrical Missing Misplaced Missing Misoriented Misplaced DPMO chip-type packages DPMO gull-wing packages Open Short Open Short PBA 70 million components 300 million interconnects (*) Note: possible batch related failures are included 48

49 3. Het aanbod 6. Assembly error rate (DPMO) modelling DPMO rates per packaging type PBA tool Package criteria DPMO rates per Defect Type k component placement termination TP POS TS TC TPD k=1 k=2 k=3 k=4 k=5 k=6 k=7 k=8 k=9 k=10 (mm) POoS EOoS FD/E FD/D MSS WRE MSO MSP OPN SHT * * G 3-7 * DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO D SO G > D SO G > DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO D SO G > DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO D SO G > D SO G > D SO G > DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO D SO G >7 other DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO D SO G >7 * DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO Q FP G > Q FP G > DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO Q FP G > Q FP G > Q FP G > Q FP G > Q FP G >7 100,0% other Q FP G >7 * DPMO DPMO DPMO 95,1% DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO 90,0% other G >7 * DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO 86,6% * * G >2 80,0% * DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO DPMO 72,4% 70,0% 60,0% 50,0% 40,0% 30,0% 20,0% 10,0% 0,0% 16,7% Automatic Optical Inspection (AOI): Test Coverage and Yield estimation Component (ATC/PTC) Placement (ATC/PTC) 52,0% 50,4% 35,6% Termination (ATC/PTC) 57,1% PBA (ATC/PTC) 50,6% PBA (YTC) Yield (firstpass) Yield (after test/repair) Yield improvement after AOI-test/repair 93,4% 6,8% Yield 50,6% faulty boards reduction BOM info Absolute Test Coverage (ATC) Ponderated/Yield Test Coverage (PTC/YTC) 49

50 3. Het aanbod Subsidiekader VIS-projecten IWT Technologische dienstverlening: TD-ELIAS: 1/7/ /6/2007 TD-ELIAS2: 1/7/ /6/2009 TD-EDM: 1/10/ /9/2011 Collectief Onderzoek CO-PBA-DfX: 1/10/ /9/2010 (verlengd tot 30/3/2011) Met steun van: Imec/PBA team participatie in onderzoeksprojecten Tetra project IWT: DfX Bridge (KHBO, KUL, imec) Start: 1 oktober 2010 O&O projecten IWT los van EDM programma: ISEE (onderzoek naar PBA problematieken) 2 andere Met steun van: 50

51 Electronic Design & Manufacturing Programma 4. De toekomst Met steun van

52 4. De toekomst Subsidiekader Waar naar toe? Aanpassing VIS-programma IWT volgen: Geen TD, TIS, CO meer grotere VIS-trajecten EDM-programma: VIS-traject SORIPE 4 jaar/5-7 VTE Portfolio van PBA gerelateerde projecten met EDM partners en leden verschillende subsidieformules Grotere betrokkenheid van EDM partners en leden in projecten Funding voor activiteiten van bedrijfspartners Consortium van 5-10 partners Belangrijk aandeel dissemineerbare resultaten via EDM programma: richtlijnen, tools, seminaries... VIS traject In de diepte uitwerken van bepaalde thema s Test coverage en assemblagefout (DPMO) kwantificatie Low-halogen PCB kwalificatie Internationalisering: Benelux, Duitsland, UK, Frankrijk, Oost-Europa? 52

53 4. De toekomst DfX Guideline: VIS-SORIPE Specificatie- en Ontwerprichtlijnen voor de Realisatie en Integratie van Professionele Elektronica Doel: Design-for-X richtlijnen om kost-effectieve PBA met gecontroleerde kwaliteit en betrouwbaarheid te ontwerpen, produceren en te integreren met als doel op kost-efficiente wijze met een korte time-to-market competitieve elektronica-bevattende producten en systemen op de internationale markt te brengen. Afbakening: Een basisset richtlijnen die zich richten op professionele elektronica, IPC class 2, rigid PCB. Meer dan 90% van de regionaal ontworpen elektronica behoort tot deze categorie. Ze vormen ook de basis voor uitbreiding naar consumer elektronica (class 1), levenskritische elektronica (class 3), flex-rigid, flex PCB,... Dit is echter niet het onderwerp van VIS-SORIPE. 53

54 4. De toekomst DfX Guideline: VIS-SORIPE DFX Guidelines sectie overzicht De DfX Guidelines bestaan uit verschillende secties die doorheen het VIS traject uitgebracht en geïmplementeerd worden bij de doelgroep samen met de ondersteunende hulpmiddelen. Zo onstaat een continue kennisstroom van SORIPE naar de doelgroep die al start voordat de richtlijnen worden vrijgegeven via de actieve participatie van de EDM partners en technologieadviezen bij de doelgroepbedrijven. De DfX Guidelines bestaan uit twee groepen: Design-for-Manufacturing richtlijnen gericht op de kosteffectieve productie van Printed Board Assemblages met gecontroleerde kwaliteit en betrouwbaarheid. Integratie richtlijnen gericht op het correct inbouwen van PBA in een groter systeem en het vertalen van belastingscondities van het systeem naar de PBA( s) toe. 54

55 4. De toekomst DfX Guideline: VIS-SORIPE DfM richtlijnen D1: PCB specificatie (up-date) D2: Component specificatie D3: Assemblage materiaal specificatie D4: Assemblage D5: PCB Densiteitsklasse D6: PCB Layout D7: Strukturele test Integratierichtlijnen I1: Mechanische PBA-systeem interactie I2: Thermische PBA-systeem interactie I3: EMC PBA-systeem interactie I4: Integratie 55

56 4. De toekomst Voortzetting: Uitbouw DfX helpdesk Actualisering van tools Vooruitzichten: PBA risk evaluation checklist PBA-tool V1.0 Yield voorspelling AOI test coverage Poor solderability PCB finish quality Solder paste Storage conditions BGA voiding Reflow process Solder paste PCB design Through-hole filling Solder process Solderability of component or PCB 56

57 4. De toekomst 16 december imec 14u00 9 de EDM Workshop: PBA Reliability testing Gratis voor EDM partners en leden 17u30 Aansluitend: Imec s Reliability demo event (gratis) Reliability van IC, component verpakking tot PBA In dit demo event wordt aangegeven hoe een IC-geinspireerde wetenschappelijke methodiek een krachtige hefboom vormt om het hoofd te bieden aan de belangrijke uitdagingen van de elektronische productontwikkeling. 18u00 Presentaties door Guido Groeseneken, Ingrid De Wolf, Geert Willems (imec) 19u10 Rondleiding, posters en demonstraties Informele netwerkmogelijkheid met hapje en drankje 21u00 Einde van het evenement Inschrijven vlaamseindustrie@imec.be 57

58 Electronic Design & Manufacturing Programma 5. Uw participatie Met steun van

59 5. Uw participatie EDM Partners EDM Leden EDM partners (15) Engineering- & productiebedrijven IMEC & Sirris Onderzoekpartners Actieve samenwerking EDM leden (18) Alle geinteresseerde bedrijven Informering Voordelen 59

60 5. Uw participatie 60

61 Electronic Design & Manufacturing Programma Samenwerkingsovereenkomst EDM Programma Kader overeenkomst Partner Overeenkomst (bedrijf-imec-sirris) (IP in project addendum) Bijlage: rechten en plichten Programma lid Overeenkomst (bedrijf-imec-sirris) (geen IP) Bijlage: rechten en plichten Gebruikerscommissie Projecten CO-PBA-DfX Addendum Project TD-EDM Addendum Project X Addendum 61

62 5. Uw participatie Bent u geinteresseerd, neem contact met ons op. Kris.Vandevoorde@imec.be 016/ Geert.Willems@imec.be 0498/ edm@imec.be 016/ Samenwerkingsovereenkomsten worden op eenvoudig verzoek toegestuurd. Het eerste contract heeft een looptijd tot 31/12/2011 Wij nodigen u graag uit om toe te treden tot het Programma 62

63 Dank u voor uw belangstelling! Geert Willems Geert.Willems@imec.be Een gezamenlijke programma van Met steun van: 63