UHDI-Innovationen & Next-Gen-PCBs mit Kunal Shah, PhD.

In dieser aufschlussreichen Folge des OnTrack Podcasts unterhält sich Gastgeber Zach Peterson mit Kunal Shah, PhD., Präsident von liloTree. Die beiden führen ein detailliertes Gespräch über das aufkommende Feld der Ultra High-Density Interconnects (UHDI) und dessen Auswirkungen auf die Zukunft der Elektronik.

Kunal teilt seine Einsichten über die neuesten Innovationen im Bereich UHDI, einschließlich der Herausforderungen und Lösungen in der Elektronikfertigung, insbesondere bei Anwendungen mit hoher Zuverlässigkeit wie Verteidigungs- und Medizinelektronik.

Mit einem Fokus auf die bevorstehende SMTA-Paneldiskussion ist diese Episode ein Muss für jeden, der sich für die Spitzentechnologien interessiert, die unsere Welt formen. Verpassen Sie nicht diesen tiefen Einblick in UHDI!

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Wichtigste Höhepunkte

• Überblick über die verschiedenen Entwicklungen in UHDI
• Diskussion über "traditionelle" Plattierungsmaterialien
• Nickel vs. Kupfer
• Kompensation für Überplattierung?
• Kann Silber eine UHDI-Alternative sein?

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Transkript

Zach Peterson: Ich denke, für die meisten Menschen, die Silber verwenden, arbeiten sie nicht auf diesem Niveau, und daher wissen sie vielleicht nicht einmal von einem Dendritenproblem. Das Hauptproblem, das ich bei Silber sehe, ist einfach die Korrosion durch Anlaufen.

Kunal Shah: Ja. Das ist also etwas zum Zeitpunkt der Montage. Ich denke, das ist sehr, sehr kritisch, weil es als sechs Monate Haltbarkeit bezeichnet wird, aber wenn man im Bereich von vier oder fünf Monaten ist, beginnt man, ein Anlaufen des Zellularen zu sehen, und das beeinflusst tatsächlich Ihren Montageprozess. Also ist das eine Art frühes Problem mit dem Anlaufen und dann ist das Dendritenproblem sozusagen nach der Montage, ein Anwendungsstadiumproblem mit Dendriten.

Zach Peterson: Hallo zusammen und willkommen beim Altium on Track Podcast. Ich bin euer Gastgeber Zach Peterson. Heute sprechen wir mit Kal s Shah, dem Präsidenten von Lilo Tree. Wir hatten Kal schon einmal in der Show und heute werden wir mit ihm über ein bevorstehendes SMTA-Panel sprechen, an dem er teilnimmt, und ich bin sehr gespannt darauf, mehr darüber zu erfahren, worüber er sprechen wird. Kal, vielen Dank, dass du heute wieder bei uns bist.

Kunal Shah: Absolut. Zach, unser letztes Gespräch war wirklich faszinierend und ich denke, es ist immer großartig und faszinierend, mit dir zu diskutieren. Also danke, dass du mich wieder eingeladen hast.

Zach Peterson: Ich. Nun, vielen Dank. Es gab viele Entwicklungen, es fühlt sich an wie ein Wirbelwind der Entwicklungen in den letzten paar Jahren, und einer der großen Bereiche, in denen wir viele Entwicklungen gesehen haben, ist der Vorstoß in Richtung UHDI, besonders hier in den Vereinigten Staaten. Und das ist unsere perfekte Überleitung zum breiten Thema dessen, was bei einem bevorstehenden SMTA-Panel am 26. März passieren wird, wo du sprechen wirst. Wenn du uns also einen kurzen Überblick darüber geben könntest, was bei diesem Panel passiert und worüber du sprechen wirst.

Kunal Shah: Ja, es ist sehr interessant, wie du es angesprochen hast. UHDI, was für ultra-hochdichte Verbindungen in der Elektronikindustrie steht, wird sozusagen zu einem der am schnellsten wachsenden Bereiche, besonders wie du erwähnt hast in den Vereinigten Staaten. Und eines der Dinge auch aus der Perspektive der Verteidigung und einiger der hochzuverlässigen Anwendungen UHDI, wird es sozusagen zur Norm. Also einige der neuen Entwicklungen, besonders aus der Verarbeitungsperspektive zur Materialperspektive, ist etwas, das in den letzten paar Jahren signifikant vorangeschritten ist. Und ich denke, wenn man ein bisschen in die Geschichte schaut, haben wir sehr hohe Leiterabstände in Bezug auf hundert Mikron bis fünfzig Mikron Leiterabstand sehr, sehr häufig gemacht. Jetzt betreten wir HDI und ultra HDI, wo diese Dimensionen buchstäblich in den unter 20, unter 10 Mikron Bereich gehen, wo traditionelle Prozesse nicht etwas sind, das man verwenden kann.

Man muss also in Bezug auf die Prozesse und Materialien innovieren, um diese UHDI-Designs und die Fertigung überhaupt möglich zu machen. Zurück zu deiner spezifischen Frage, mein Thema wird tatsächlich sein, wie die Oberflächenveredelungen oder Beschichtungen oder eine Behandlung, die man oben drauf macht, welche eine finale leitfähige Behandlung ist, die man auf diese UHDL-Leiterabstandsverbindungen macht, worüber ich sprechen werde. Was sind die Dinge, derer man sich bewusst sein sollte? Warum eine traditionelle Technologie möglicherweise nicht funktioniert und warum eine neuere Technologie dir sogar die Möglichkeit der UHTI-Verarbeitung im 20-Unter-10-Mikron-Bereich bieten wird? Und auch, wie wirst du sogar die Zuverlässigkeit und Nachhaltigkeit erhöhen, was auch ein kritischer Teil ist, wenn man mit hochzuverlässiger Verteidigungs- oder Medizinelektronik usw. zu tun hat.

Zach Peterson: Du hast traditionelle Prozesse erwähnt. Ich gehe davon aus, dass dies sich auf die traditionellen Beschichtungsmaterialien bezieht, die möglicherweise in der Standardfertigung verwendet werden. Also sagen wir Zinn-Blei am unteren Ende oder nicht Zinn-Blei, sondern Immersion Zinn vielleicht und dann bis hin zu Emig oder Hartgold oder so am oberen Ende.

Kunal Shah: Ja, absolut. Was du angesprochen hast, ist absolut zutreffend. Tauchzinn, wie wir historisch wissen, war eines der beliebtesten Oberflächenfinishs, wenn man über die Neunziger und das frühe Jahr 2000 spricht. Aber immer, wenn ich auf die Geschichte zurückkomme, weil das tatsächlich so viele Lektionen lehrt und irgendwie verstehen lässt, was die Gründe für uns zu innovieren sind. Also, was passierte Anfang der 2000er, als diese Mikro-BGAs aufkamen, bei denen die Oberflächenebenheit zum kritischsten Aspekt wurde, und ich tauchte in und auch aus dem Ärger in, was vom Ärger zum Tauchzinn führte, einige der RoHS-Richtlinien traten in Kraft, als Zinn-Blei die Norm war und als RoHS kam, begann das Blei auszulaufen und dann war Tauchzinn mit bleifrei nicht etwas Zuverlässiges und viele andere Probleme. Deshalb begannen die Leute überwiegend, sich Richtung ENIG zu bewegen.

Das ist galvanikloses Immersionsgold, nur die ausgeschriebene Form von ENIG. Was sind die Vorteile von ENIG? Erstens, es gibt Ihnen eine extrem gute Oberflächenlinearität wegen der Nickelschicht und der Goldschicht, die Oberflächenweichheit ist extrem planar, die Oberfläche ist sehr niedrig. Das ist etwas, das für Mikro-BGA-Montage und all diese Dinge sehr, sehr gut war. Und auch mit dem goldbasierten Oberflächenfinish gibt es Ihnen mehr Spielraum in Bezug auf die Haltbarkeit. Also zum Beispiel, Ihre Platinen werden in einem Teil der Welt hergestellt und die Montage findet in einem anderen Teil der Welt statt. Und besonders, wenn Sie Probleme mit der Lieferkette und Logistik haben, die überall auftreten. Wenn Sie nicht in der Lage sind, in Tauchzinn oder OSP oder einige der anderen Probleme einzutauchen, schauen Sie auf eine Haltbarkeit von etwa drei Monaten, sechs Monaten in diesem Bereich. Jedoch, als ENIG eingeführt wurde, könnten Sie eine Haltbarkeit von 12 bis 24 Monaten haben.

Es gab Ihnen viel mehr Freiheit in Bezug auf die Durchführung von Montage und Leiterplattenherstellung in Bezug auf die Planung, wie Sie die Logistik durchführen werden. Jedoch, da wir uns in Richtung UHDI bewegen, wenn Sie ENIG haben, und darauf werde ich mich tatsächlich in der Gegenwart in unserer Sitzung am 26. März konzentrieren, die Teil der SMTA ist, die sich auf UHDI konzentriert, denn was passiert ist, dass einige dieser Kupfer nicht traditionelles Kupferplating sind. Es verwendet eine Art SAP-Halbadditivprozess oder M-SAP-Prozesse, wie Sie vielleicht gehört haben. Was passiert, ist, dass es tatsächlich eine Art Palladiumtinte oder Palladiumschicht dort platziert, wo Sie diese Merkmale bevölkern möchten, und dann wird ein Kupferprozess auf diese Palladiumkatalysatoren abgeschieden. Was passiert, ist, dass es immer noch ein, also selbst wenn Sie dieses Kupfer bevölkern, ist es nicht genau richtig. Zum Beispiel, wenn Sie einen Abstand von fünf Mikron oder zehn Mikron haben, aber Ihr Merkmal, das Palladium, blutet leicht aus Ihrem Merkmal heraus. So blutet Palladium, Palladium und das Kupfer auch leicht aus, weil das Palladium aus dem definierten Bereich dieser Merkmale, der leitfähigen Merkmale, die Kupfer sind, herausgeblutet ist. Wenn Sie einen subtraktiven Prozess haben, wegen des Lasers, ist es ein klarer Schnitt zur Entfernung von Kupfer und Palladium darunter, richtig? Jedoch, dies ist ein chemisch basierter additiver Prozess. Sie haben diesen ausgelaufenen Bereich vom Merkmal selbst.

Ich werde jetzt ein wenig technisch, aber es ist wichtig für einen Zuhörer zu verstehen, dass wenn das Problem auftritt, dass wenn Sie versuchen, Nickel aufzutragen, es nach diesem Kupfer suchen wird und es überall beschichten wird. Also wird auch dieser ausgelaufene Bereich beschichtet, was fast wie eine Überbeschichtung ist. Sie möchten keine Beschichtung in diesen Bereichen, aber Nickel versteht nicht, sollte ich auf das eigentliche Merkmal oder auf den ausgelaufenen Bereich beschichten? Beide sind identisches Kupfer, also wo immer es Kupfer sieht, wird es beschichten, aber wenn Sie es tatsächlich unter diesen hochvergrößerten Mikroskopen sehen, ist es nur, wenn Sie es mit bloßem Auge sehen, sieht alles perfekt aus. Aber wenn Sie diese Vergrößerungslinsen sehen, sehen Sie, dass Nickel auch in einem ausgelaufenen Bereich beschichtet wird. Was ist, wenn Ihre Merkmale so nah beieinander sind, dass der ausgelaufene Bereich eines Merkmals und ein anderes Merkmal fast zusammenfließen oder miteinander kommunizieren.

Also haben Sie fast ein Brückenproblem. Einige davon. Daher wird die Nickelbeschichtung extrem schwierig, wenn Sie Merkmalsgrößen in 20 Mikron oder unter 20 Mikron, 10, 10 oder 5, 5 haben, was sogar eine Substrattechnologie ist, mit der wir kürzlich mit einigen Kunden gearbeitet haben, sie bewegen sich tatsächlich in Richtung 5, 5, was etwas ist, das für die meisten Massenherstellungen erst in ein paar Jahren kommt. Aber die Leute haben bereits angefangen, sich damit zu beschäftigen. Wenn Sie also diese Merkmale haben, sogar fünf Mikron, können Sie es nicht in einem regulären Mikroskop sehen. Sie müssen es tatsächlich unter ein Rasterelektronenmikroskop oder ähnliches stellen. Wenn Sie also in diesen Bereich eines so winzigen Merkmals gehen, das Verständnis, was Ihre Chemie tut und was diese Fallstricke sind. Ich bin vielleicht abgeschweift und habe viele Informationen gegeben, aber ich hoffe, ich habe Sinn gemacht.

Zach Peterson: Ja, um vielleicht kurz einige der hier auftretenden Probleme bei UHDI zusammenzufassen, sprechen Sie ein Leiterbahnabstandsproblem an, bei dem es zu einer übermäßigen Beschichtung oder Überbeschichtung kommen kann, und dann gibt es auch das Polaritätsproblem. Offensichtlich nicht so ein Problem, wenn Sie grobe Pitch PGAs haben, aber sobald Sie zu sehr feinen Pitch PGAs übergehen, wo Sie eine hohe Dichte, eine hohe IO-Anzahl haben oder vielleicht ist es eine niedrige IO-Anzahl, aber alles ist sehr dicht, sozusagen das Gegenstück zum Beschichtungsproblem. Und dann denke ich, dass es hier vielleicht ein drittes Problem gibt, das Sie nicht erwähnt haben, aber es ist vielleicht aus der SI-Perspektive, das ist, oh ja, abhängig vom Beschichtungsmaterial, das Sie verwenden, wenn Sie sehr dünne Leiterbahnen haben, haben Sie viel mehr Skin-Effekt und es gibt mehr Skin-Effekt in der Beschichtung. Also haben Sie jetzt ein Verlustproblem, besonders wenn Sie Nickel verwenden

Kunal Shah: Platten. Ja, absolut. Also ich denke, danke, dass du das angesprochen hast. Ich wollte gerade zu dem Punkt kommen, was passiert, wenn man Nickel hat, welches eine Leitfähigkeit besitzt. Ich gebe euch ein wenig technischen Hintergrund, warum Nickel so schädlich für die Signalintegrität ist, weil, wenn man Kupfer hat, welches einer der besten Leiter ist, den wir haben, und das ist einer der Gründe, warum es überall in der gesamten gedruckten Schaltungsplatte und Halbleiterelektronikindustrie vorherrschend verwendet wird. Aber wenn man dann Nickel aufträgt, normalerweise passiert das Signal durch die oberste Schicht Ihres Leiters. Also, wenn man die oberste Schicht beschichtet und dann hat es einen Skin-Effekt. Also, Ihre oberste Schicht ist zum Beispiel aus Gold, aber Gold ist nur 15 Nanometer dick. Ihre Skin-Tiefe beträgt etwa ein paar Mikron. Abhängig von Ihrem Frequenzbereich, geht das meiste Ihres Signals durch Nickel.

Was ist, wenn die Leitfähigkeit von Nickel nur ein Viertel der Leitfähigkeit von Kupfer ist? Denken Sie darüber nach, was mit dem Signal passieren wird. Es ist deutlich langsamer aus genau diesem Grund. Es wird sogar noch schlimmer, wenn Sie UHDI haben, also spreche ich von diesen Standard-PCBs, wo alles kodiert ist, aber was ist, wenn die Dinge anfangen, sich einander zu nähern? Dann ist Nickel, zusätzlich zu einer niedrigen Leitfähigkeit, ein magnetisches Material. Es fängt also tatsächlich an, auch eine magnetische Störung zu erzeugen, weil diese Merkmale so nah beieinander sind, dass das Magnetfeld eines Merkmals sich mit dem Magnetfeld eines anderen Merkmals überlappt. Also haben Sie eine magnetische, im Grunde eine magnetische Störung wird auch erzeugt, die auch schädlich für die Signalintegrität ist. Etwas, das die Leistung des Designers vollständig ruiniert, wenn sie am Computer entwerfen. Und dann, wenn Sie tatsächlich mit der Oberflächenveredelung fertigen, werden all diese Effekte tatsächlich die Leistung der Signalintegrität, für die Sie eigentlich entworfen haben, beeinträchtigen.

Zach Peterson: Und dann bezüglich des Problems der Überbeschichtung, nur für einen Moment, richtig, ich meine, wenn Sie eine hohe genug Bandbreite haben, werden Sie die Impedanzabweichung entlang dieser Linie bemerken. Aber eine Sache, die ich mich frage, ist, gibt es eine Art von Überbeschichtungskompensation, die in der Fertigung durchgeführt wird? Denn wenn man an die standardmäßige subtraktive Fertigung denkt, führen wir eine Ätzkompensation durch, um das trapezförmige Aussehen der tatsächlichen Spuren zu berücksichtigen, wenn sie tatsächlich gedruckt werden. Ich frage mich, ob eine Überbeschichtungskompensation ebenfalls angewendet wird?

Kunal Shah: Also, viele dieser Dinge sind, ich meine, man kann immer für Kompensation entwerfen, aber dann wird alles so schwierig, weil einige dieser Überplattierungen weniger als ein Mikron oder ein und ein halbes Mikron und ein paar Mikron betragen. Es ist dieses kleine Niveau. Aber wenn ich über die Szenarien spreche, in denen der Leiterabstand buchstäblich fünf Mikron beträgt. Also ein eineinhalb Mikron Überzug auf der einen Seite und ein weiterer eineinhalb Mikron Überzug auf der anderen Seite, besteht die Chance, dass Dinge außer Kontrolle geraten und ein Brückenproblem entstehen könnte und etwas, das Übermalen könnte tatsächlich, also kann man entwerfen und eine sehr genaue Art und Weise haben, wie man Palladiumtinte oder eine Palladiumschicht darunter legt. Aber wieder, diese Dinge, über die du sprichst, ein paar Mikron Schichtniveau Genauigkeit zu verwalten, was extrem, extrem schwierig ist. Also ja, wir hatten Kunden, die insbesondere msap-Prozesse verwenden, sich beschweren und einige dieser Probleme teilen, wenn sie versuchen, Nickel zu plattieren, sie versuchen zu kompensieren, aber wieder, die Technologie entwickelt sich noch von 20 Mikron auf 10 Mikron. Sie versuchen damit zu spielen, aber es wird schwieriger, wenn wir zu kleineren und kleineren Feature-Größen übergehen.

Zach Peterson: Also, was sind hier einige der Lösungen, um damit umzugehen? Ich meine, es gibt so einen großen Antrieb, zu kleineren Leiterbreiten, kleineren Leitergrößen zu gehen. Wir versuchen immer, mehr Sachen in einen kleineren Bereich zu packen, und ich denke, das Packaging ist eine Sache, die diesen Trend weiter antreiben wird, besonders wenn Chips in 3D gebaut zu werden beginnen. Jetzt haben Sie noch mehr Sachen, die Sie in einen kleineren Bereich packen müssen. Also, was sind einige der Lösungen dafür? Denn es klingt so, als ob irgendwann die alte Lösung in der traditionellen Fertigungswelt, einfach Ihre Sachen ein bisschen mehr zu verteilen, aus dem Fenster geht.

Kunal Shah: Absolut. Also Zach, ich denke, du hast ein paar Punkte angesprochen und ich werde zur Lösung kommen, aber du hast einen guten Punkt angesprochen, wo, wie du erwähnt hast, dass wir versuchen, zu immer dichteren Designs und den Merkmalen und viel kleineren Merkmalen und dichteren zu gehen, und wir bewegen uns tatsächlich. Also wir bewegen uns, wie du angesprochen hast, von gedruckten Schaltkarten zu fast wie einem Substrat, fast in die Verpackungswelt. Was wir sehen, ist, dass Halbleiterverpackung, Herstellung und gedruckte Schaltkarten fast zu überlappen begonnen haben, wo viele Unternehmen in Amerika begonnen haben und Pläne haben, mit der Herstellung von Substrat-ähnlichen und diese UHDI-Fähigkeiten verfügbar zu machen, zurückkommend zu einer Oberflächenfinish-Lösung, was sind die Lösung für die konventionelle Technologie, wie wir darüber gesprochen haben, das ist enig, welche verfügbar sind. Also, eines der Dinge, also ich werde in die Erklärung gehen, was ist der Hintergrund von enig, warum verwenden wir überhaupt enig, richtig?

Der beste Grund, warum wir ENIG verwenden, ist Gold. Die Goldschicht ist ein Edelmetall, es reagiert also chemisch nicht mit irgendeinem Element. Deshalb ist es edel. Deshalb haben Sie eine abschließende Schicht aus Gold, und das gibt Ihnen, deshalb eine Haltbarkeit von 12 bis 24 Monaten wegen der Goldschicht. Außerdem bietet Gold eine extrem ebene Oberfläche mit sehr geringer Oberflächenrauheit. Das ist der zweite Vorteil, der besonders bei A-U-H-D-I-Anwendungen extrem vorteilhaft ist. Aber man kann Gold nicht direkt auf Kupfer auftragen, denn was passiert, ist, dass das Kupfer durch das Gold diffundiert, da es nichts gibt, was das Kupfer stoppt, und dann kommt das Kupfer an die Oberfläche des Goldes und das beeinträchtigt den Leiter insgesamt. Und deshalb wird OLA als sogenannte Barriereschicht verwendet und deshalb ist EIG so beliebt geworden, weil sie eine Schicht von 2, 3, 3 bis sechs Mikron Nickel auftragen und dann Gold darauf geben.

Da wir nun besprochen haben, dass Nickel aus der Perspektive der Signalintegrität und auch aus der Perspektive der Beschichtung und Überbeschichtung sowie sogar der Verwaltung von UHDI-Beschichtungen auf diesen Strukturen äußerst nachteilig ist, ist extrem schwierig. Was ist also die Lösung? Die Lösung ist tatsächlich, dass Lilo drei eines der Produkte namens Barriereschicht innoviert hat, die keine Nickel-basierte Barriereschicht ist. Es ist eine organische Lösungsbehandlung, die tatsächlich keine Schicht auf dem Kupfer hinzufügt, sondern die Kupferschicht oben angreift. Was ich vorschlug, warum wird Nickel verwendet? Weil Nickel als Barriereschicht verwendet wird, wird das Kupfer daran gehindert, aus dem Nickel in das Gold zu diffundieren. Lilos Barriereschichtbehandlung ist tatsächlich eine Behandlung, die auf dem Kupfer durchgeführt wird, die genau dasselbe macht, ohne die Notwendigkeit einer Nickelschicht. Das ist tatsächlich sehr, sehr vorteilhaft, weil Sie keine Schicht hinzufügen. Der Beschichtungsprozess ist extrem, extrem stabil und Sie müssen sich nicht mit dem Problem der Überbeschichtung und so weiter auseinandersetzen. Es behandelt tatsächlich nur die Kupferschicht, wo sie definiert ist.

Das Beste daran ist, dass es die Kupferleitfähigkeit nicht beeinträchtigt. Also bekommen Sie im Grunde alle Vorteile von ENIG ohne die Notwendigkeit von ENIG, weil die Barriereschicht als Nickel wirkt, um diese Barriere für die Kupferdiffusion zu bieten. Aber darüber hinaus sind die Vorteile, dass die Signalintegrität so gut wie bei einem besten Leiter, nämlich Kupfer, ist, weil Sie nur 15 Nanometer haben, aber Ihre Hauttiefe beträgt etwa zwei bis drei Mikron. So geht das meiste Ihres Signals durch Kupfer, was ideal ist. Und dann gibt es keine Beschichtungsprobleme oder Überbeschichtungsprobleme mit der Barriereschicht und dem Gold. Das sind einige der Vorteile, weil Sie kein Nickel verwenden, aber diese organische Lösungsbehandlung bietet tatsächlich diese Barriereschicht und gibt Ihnen alle Vorteile, die die nachteiligen Effekte von Nickel haben.

Zach Peterson: Also, hat jemand einige der anderen Beschichtungsoptionen für UHDI wie Silber oder OSP in Betracht gezogen? Ich spreche Silber an, weil ich auf diesem Gebiet ein wenig Erfahrung gesammelt habe, insbesondere dort, wo man einen digitalen Bereich und einen wirklich hochfrequenten RF-Bereich auf derselben Platine hat. Und bei RF ist Silber oft eine der bevorzugten Optionen, weil wir versuchen, den Einfügungsverlust zu reduzieren, der von etwas wie ENIG kommen würde, aber vielleicht möchten wir eine etwas längere Lagerdauer als bei OSP.

Kunal Shah: Absolut. Also ein wunderbarer Punkt. Ich meine, emergentes Silber ist eine bevorzugte Oberflächenbeschichtung oder eine Beschichtungsoption für alles, was mit RF oder hoher Frequenz zu tun hat, weil Silber tatsächlich sogar eine höhere Leitfähigkeit als Kupfer hat. Das gibt Ihnen tatsächlich die bestmögliche Signalintegrität, die beste, die Sie mit Silber erreichen können. Das Problem mit emergentem Silber ist die allgemeine Umweltzuverlässigkeit. Also zum Beispiel, wenn Ihr Oberflächenfinish oder ein Teil Ihres Oberflächenfinishs in der Montage zurückbleibt, wenn irgendein Pad oder irgendein Teil davon, also selbst wenn Ihr Pad, sagen wir mal so groß ist, ich werde einige Handgesten machen. Ihr Pad ist diese Größe und Ihr Bauteil diese Größe, es bleibt ein exponiertes Oberflächenfinish zurück, ein leichtes oder paar Mikron. Silber neigt tatsächlich dazu, eine chemische Reaktion mit Schwefel einzugehen und etwas zu bilden, das man Silbersulfid nennt, und dann beginnen tatsächlich Dendriten zu wachsen.

Also innerhalb von einem Jahr oder zwei Jahren in der Umwelt im Freien beginnen diese Dendriten zu wachsen und dann können sie tatsächlich genau die Brücke schlagen, ein Dendrit von einem anderen Pad und ein Dendrit von diesem Pad verschmelzen und schaffen ein Brückenproblem. Dann fangen Sie an, ein Fehlfunktionsproblem wegen dieser Dendriten zu haben. Also diese Umweltkorrosionsprobleme mit dem S ist etwas, das man im Kopf behalten muss und deshalb denke ich, dass es eine großartige Diskussion ist. Wir hatten diese Diskussion das letzte Mal, dass, wenn wir mit einem Designer und dem Materialunternehmen und dem für die PCB-Herstellung verwendeten Material und der Montage sprechen, es wichtig für eine Zusammenarbeit ist, weil man ohne zu wissen, wie und wo es in der Endanwendung verwendet wird, tatsächlich in einer sehr heiklen Situation sein kann, weil man aus einem Grund entwirft, aber dann, wenn es angewendet wird, muss man auf all die Faktoren achten, oh, wo wird es verwendet?

Welche sind die Umweltbedingungen? Zum Beispiel, wenn Sie es irgendwo in Asien oder in Teilen Europas verwenden, sind die Umweltbedingungen, die Niveaus dieser Gase einschließlich Schwefel, viel höher als in anderen Teilen der Welt. Also all diese Probleme zu verstehen und dann die Temperatur- und die Feuchtigkeitsneigung auch mit Silber kann tatsächlich zu einem noch schnelleren Wachstum dieser Dendriten führen. Also diese Korrosionsprobleme zu verstehen und deshalb ist eine goldbasierte Oberflächenbeschichtung immer noch vorherrschend, natürlich wie Sie es angesprochen haben, ENIG war vorherrschend, aber wenn es um RF geht, ist es wie, oh, einfach Immersionsilber machen. Aber man muss auch einige der Zuverlässigkeitsbedenken mit Immersionsilber verstehen, die es mit sich bringt.

Zach Peterson: Ja, und bei all den Malen, bei denen ich Silber verwendet habe, war es nie in einer A-U-H-D-I-Anwendung, sondern in Anwendungen, bei denen man BGAs hat, aber sicher nicht unter einem Millimeter, sagen wir, Leiterbahnbreite und -abstand. Wenn man auf dieses Niveau kommt, kann ich wirklich sehen, dass Dendriten ein Problem darstellen. Ich denke, für die meisten Leute, die Silber verwenden, arbeiten sie nicht auf diesem Niveau und wissen daher vielleicht gar nichts über ein Dendritenproblem. Das Hauptproblem, das ich bei Silber angesprochen sehe, ist einfach die Korrosion durch Anlaufen.

Kunal Shah: Ja. Das ist also etwas zum Zeitpunkt der Montage. Ich denke, das ist sehr, sehr kritisch, weil es als sechs Monate Haltbarkeit bezeichnet wird, aber wenn man in einem Bereich von vier oder fünf Monaten ist, beginnt man, ein Anlaufen des Silbers zu sehen, und das beeinflusst tatsächlich Ihren Montageprozess. Das ist also eine Art frühes Stadium des Problems mit dem Anlaufen. Und dann sind Dendriten eher ein Problem nach der Montage und im Anwendungsstadium mit Dendriten. Also aus beiden Perspektiven, Korrosion vor der Montage und Korrosion und Dendriten in der Anwendung nach der Montage, ist etwas, das man im Hinblick auf Immersionssilber im Kopf behalten muss, und deshalb bevorzugen wir immer, wir als Chemikalienlieferant, aber wann immer wir für diese hochzuverlässigen Anwendungen empfehlen müssen, besonders jetzt beim Übergang zu UHDI, weil wenn die Dendriten sogar ein größeres Problem werden, ist eine goldbasierte Oberflächenveredelung etwas, das wir empfehlen, weil einer der Gründe genau ist, dass es keine Dendriten gibt, Gold bleibt wie es ist.

Also hast du auch OSP angesprochen, also werde ich auch darauf eingehen. Genau das ist es. Die Haltbarkeit von OSP beträgt nur etwa drei Monate, wie bewertet wird. Und das zweite mit OSP und Immersionssilber, beides vom Anlaufen des Immersionssilbers, aber auch aus einer Montageperspektive, wie viele Reflow-Zyklen, die Sie durchlaufen müssen, mit OSP, es ist eine polymere Schicht auf Kupfer. Also, wenn Sie 265 Grad Celsius in einem ersten oder zweiten Reflow in der Montage einsetzen, wird das OSP mehr oder weniger verdampft oder zersetzt, wie auch immer Sie es nennen, aber es wird kompromittiert, was ich meine. So wird darunterliegendes Kupfer bei hoher Temperatur freigelegt und kann und wird wahrscheinlich oxidiert. Wenn Sie in den dritten oder vierten Reflow-Zyklus gehen, ist Ihre Oberfläche bereits kompromittiert und Sie erwarten, dass sie benetzt und die Montageoperation auf diesen kompromittierten Oberflächen durchführt.

Ja, die Wahrscheinlichkeit von Ausfällen könnte hoch sein. Also hat OSP das Problem, wie viele Reflow-Zyklen man durchführen kann, sogar Immersionssilber, es wird angelaufen und vielleicht nach dem zweiten oder dritten Reflow gibt es Ihnen möglicherweise nicht eine ähnliche Leistung mit Immersionssilber, wie Sie es beim ersten Reflow bekommen haben. Das sind also einige der Probleme mit OSP und Immersionssilber, ein anderer Aspekt, den man auch mit OSP verstehen muss, weil wir mit einem der Kunden arbeiten und deren Anforderung ist, hey, die Pads müssen leitend sein. Also ist Oberflächenveredelung kein Bereich, wo sie oberflächenmontiert sein müssen. Es gibt viele andere Anwendungen, viele Bereiche, wo die Oberflächenveredelung als Leiter bleibt, wie sie auf der gedruckten Schaltplatte für welche Anwendungen und Gründe auch immer freiliegt. Aber wenn Sie OSP haben, wird das Pad nicht leitend, weil es eine polymere Schicht auf Ihrer PCB ist. Das ist also etwas, das Sie auch im Hinblick auf OSP im Kopf behalten müssen.

Zach Peterson: Ja, ich verstehe. Ich denke, die Anzahl der Reflow-Durchgänge ist definitiv etwas, worüber die Designer nicht wirklich nachdenken, weil sie es nicht aus der Montageperspektive betrachten. Sie wissen nicht, wie sie es planen sollen. Ich glaube, viele Designer werden einfach den Zinn-Blei-Knopf drücken, oder nicht den ZINN-Blei, sondern den Immersion-Zinn-Knopf auf ihrem Online-Angebotsformular anklicken oder sie werden den E-Mail-Knopf drücken und einfach sagen, ja, macht mal.

Kunal Shah: Und ich weiß nicht, vielleicht kann ich diesen Kommentar machen, sie klicken auf einen Knopf, ich weiß nicht aus der Perspektive eines Designers oder beim Platzieren einer Bestellung bei einer PCB-Fabrik, was auch immer am günstigsten ist, richtig? Also wählen wir das Günstigste, weil heutzutage alles eine Online-Anwendung ist, bei der man alle Formulare mit den Dropdown-Optionen ausfüllt und was auch immer am günstigsten ist. Wählen wir das. Aber ja, ich meine, eines der Dinge ist ja, man muss die Reflow-Durchgänge kennen, wie du angesprochen hast. Zweitens sind die Kosten, aber man muss bei den Kosten sehr bedacht sein, denn es gibt andere Oberflächenveredelungen, die ich ansprechen könnte, wie PIC, falls dir das bekannt ist, weil oft bei Anwendungen mit höherer Zuverlässigkeit eine Palladiumschicht zwischen Nickel und Gold gelegt wird. Und einer der Gründe ist die Plaque-Pad mit ENIG, historisch gesehen Korrosion zwischen der Nickelschicht und der Goldschicht an dieser Schnittstelle.

Um das zu verhindern, wurde die Palladiumschicht eingeführt, und deshalb wird EICK, was elektrolytische Palladium-Immersion-Gold bedeutet, so genannt. Jetzt werden die Kosten sogar extrem höher, exponentiell höher, weil die Palladiumschicht, wegen des Edelmetalls wie Palladium, das 1,5 Mal die Kosten von Gold beträgt. Also fügst du nicht nur die Kosten für Gold hinzu, sondern darüber hinaus die Kosten für Palladium, aber nicht unbedingt erhältst du all die Zuverlässigkeit mit EICK. Es gibt Probleme mit der Signalintegrität, es gibt Probleme mit einiger Zuverlässigkeit, abhängig von der Dicke der Palladiumschicht und so weiter und so fort. Es ist also nicht so, dass man das meiste Geld bezahlt und das beste Produkt bekommt und es ist nicht so, dass wenn ich das Günstigste auswähle, ich damit durchkomme. Man muss die Vor- und Nachteile jedes Aspekts verstehen und weise ausgeben, um die optimale Leistung zu erzielen, die man erhalten sollte, insbesondere unter Berücksichtigung des Anwendungsbereichs, wer Ihr Kunde ist, und so weiter und so fort.

Zach Peterson: Ja, du hast einen Begriff verwendet, der oft missverstanden wird, nämlich bestes Produkt, richtig? Bestes kommt immer mit einem großen Asterisk, denn wenn man es aus der ENIG-Perspektive betrachtet, bedeutet bestes wirklich höchste Zuverlässigkeit, wohingegen man es aus der Silberperspektive betrachtet, bestes bedeutet Signalintegrität und nicht unbedingt Zuverlässigkeit. Also ich denke, bestes erfordert hier wirklich einige Überlegungen. Und dann denke ich auch, dass wir, wenn wir in UHDI eintauchen, immer mehr und mehr in den höheren Frequenzbereich vordringen. Also unterhalb von sagen wir einem Gigahertz, wirst du wahrscheinlich den Verlustunterschied zwischen ENIG und Zinn nicht bemerken. Du kümmerst dich nur um die Zuverlässigkeit. Aber sobald du in den Bereich vieler Gigahertz Bandbreite kommst, bemerkst du definitiv

Kunal Shah: Absolut Zach, du hast einen erstaunlichen Punkt angesprochen, denn selbst nicht einmal ein Gigahertz, sogar bis zu fünf bis zehn Gigahertz, sieht man möglicherweise keinen großen nachteiligen Effekt zwischen emergentem Silber oder anderen Oberflächenveredelungen. Aus Sicht der Oberflächenveredelung wären sie alle in Bezug auf den Verlust, den man erhält, gleich. Wenn man jedoch in den Bereich von 10 Gigahertz bis 25 Gigahertz geht, dort befindet sich das hohe Band von 5G. Die 77 Gigahertz sind die Automobilfrequenz, das sind die typischen Frequenzen in der Automobilanwendung. Und dann sind einige der RF hundert plus Gigahertz. Also genau das, was du angesprochen hast, wenn man in den Bereich von 10 plus Gigahertz geht, wird man tatsächlich die Effekte sehen, ob man Enig einsetzt oder emergentes Silber. Und dann muss man erkennen, dass man für die Zuverlässigkeit vielleicht Enig wählen sollte?

Aber selbst da gibt es Bedenken hinsichtlich der Zuverlässigkeit bei Enig, das ist eine ganz andere Geschichte, aber es ist immer noch zuverlässiger aus der Perspektive der Goldschicht und der Umweltkorrosion, denn letztendlich ist es eine Goldaußenschicht, richtig? Aber wenn man emergentes Silber bei hoher Frequenz einsetzt, dann ist die Zuverlässigkeit ein großes Anliegen aus der Perspektive der Umweltkorrosion. Das sind die Dinge, die man verstehen muss. Und genau das ist der Moment, in dem unsere Lösung ins Spiel kommt, ich werde in Bezug darauf diskutieren, dass man das Nickel entfernt, man setzt diese Barriereschichtbehandlung ein, so erhält man die Leistung von Nickel in Bezug auf die Barriereschicht für die Kupferatome, aber man erhält eine Außenschicht aus Gold. So erhält man den besten Schutz vor Umweltkorrosion aus der Perspektive der Zuverlässigkeit, wie du angesprochen hast. Aber aus der Perspektive der Signalintegrität ist es sehr ähnlich zur Leistung von emergentem Silber, weil dein Signal entweder durch Gold und meistens durch Kupfer übertragen wird. So ist aus dieser Perspektive deine Signalintegrität so gut wie vergleichbar mit Silber. Aber die Zuverlässigkeit ist immer gut, weil man eine Außenschicht aus Kupfer hat und sie ist durch die darunterliegende Barriereschichtbehandlung geschützt.

Zach Peterson: Als jemand, der viel mehr Experte für Beschichtungen ist als ich, bin ich sicher, du hast viel in die Forschungsliteratur eingegraben und hast wahrscheinlich alle möglichen Wege gefunden, wie Leute versucht haben, dieses Problem zu überwinden und Nickel zu eliminieren und trotzdem sicherzustellen, dass wir eine hochzuverlässige Oberflächenbeschichtung haben. Du bist einen Weg gegangen, der die Passivierung nutzt, um eine Barriereschicht zu erstellen. Was sind einige der anderen Ansätze, die vielleicht nicht funktioniert haben oder an denen andere arbeiten, um uns dann auf die nächste Stufe mit UHDI zu helfen?

Kunal Shah: Ja, absolut, Zach. Das haben Leute tatsächlich schon versucht. Diese Richtung ist nicht völlig neu, genau das, was du angesprochen hast. Wir haben diesen Weg eingeschlagen, aber er wurde zuvor bereits erkundet. Es gibt hauptsächlich zwei oder drei Wege, die Leute erkundet haben. Einer davon ist etwas, das als DIG bezeichnet wird, was für direktes Eintauchgold steht. Was sie machen, erinnere dich an den Beginn unseres Gesprächs, ich sagte, dass man kein Eintauchgold in dieser dünnen Schicht auftragen kann, weil, wenn man kein Nickel hat, Kupfer bis zur obersten Schicht des Goldes diffundieren würde, da es nur 15 Nanometer sind. Aber direktes Eintauchgold wird tatsächlich mit etwa 150, 200 Nanometer aufgetragen. Die Idee ist, selbst wenn es diffundiert, hoffen wir, dass es bei 200 Nanometer nicht ganz nach außen geht. Und dann, in Bezug auf unsere Anwendung in der Montage oder unsere Anwendung, ist es nicht so, als ob es in einer Simulation oder in einem realen Szenario, wenn Kupfer fünf Jahre braucht, um zum Gold für 200 Nanometer zu gelangen, das ist gut genug, weil wir Zuverlässigkeit nur für zwei, drei oder vier Jahre benötigen.

Also wird es uns recht sein. Lass uns 200 Nanometer, 250 Nanometer Gold auftragen. Das ist ein Ansatz, den Leute verfolgt haben. Der zweite Ansatz, den Leute verfolgt haben, ist, hey, anstatt NICO als Sperrschicht zu verwenden, lass uns Palladium als Sperrschicht verwenden, wie E pig, aber kein Nickel darin einsetzen, sondern Elektrodenpalladium direkt auf Kupfer auftragen oder direkt oder sie legen eine Art Keimschicht aus Gold auf, aber hauptsächlich Elektrodenpalladium, und dann Eintauchgold. Also nennen sie diesen Prozess EEG oder eag. Nun, zurück zu DIG, gibt es etwas, das ich erwähnen möchte, ist, dass man bei DIG anstelle von 15 Nanometer, 200 oder 215 Nanometer Gold aufträgt. So werden deine Kosten für das Plattieren fast automatisch vier- oder fünfmal mehr. Das ist ein großer, großer Nachteil, wenn du Massenproduktion für deine Produkte machst. Aber das zweite ist auch, wenn du so eine hohe Goldmenge oder Goldschicht mit einem Mikro B, G, A hast, wenn du eine Lötanwendung versuchst, kann so viel Gold, das in Lötmetall aufgelöst wird, möglicherweise Goldbrüchigkeit verursachen.

Also könnte dein Lötmittel einer spröden Fehlfunktion irgendwie unterliegen, weil zu viel Gold an dieser Schnittstelle ist und alles zum Zeitpunkt der Montage aufgelöst wird. Es gibt also ein Zuverlässigkeitsproblem mit DIG, aber auch hauptsächlich ist das Kostenproblem. Nun, sprechen wir über EEG, EEG Elektrodenpalladium Eintauchgold, wie ich erwähnt habe, erhöht das tatsächlich deine Kosten noch auf eine andere Ebene, weil die Palladiumschicht, wie ich erwähnt habe, 1,5 Mal die Kosten von Gold beträgt. Also ersetzt du Nickel mit einem noch teureren Edelmetall im Vergleich zu Gold. Das macht deine Montage noch teurer. Das ist das eine. Und zweitens gibt es auch bei Palladium ein Problem mit der Signalintegrität. Also, wenn du Nickel entfernst, leistet es definitiv besser als Nickel, Palladium ist es, aber es ist nicht ideal wie Gold oder Kupfer oder Silber. Also hast du immer noch ein Problem mit der Signalintegrität, besonders wenn du in höhere Frequenzen gehst, in 20, 30, 50, 70 Gigahertz.

Also in diesen Szenarien ist es nicht der ideale Ersatz hinsichtlich der Signalintegrität, da die Leistung nicht so gut ist, wie ich erwähnt habe, wie bei Gold, Kupfer oder Silber, und doch sind die Kosten exorbitant, weil man Nickel durch ein noch wertvolleres Edelmetall als Gold ersetzt. Also ja, das sind einige der Alternativen, die es gibt. Und wieder zurück zu der Alternative in Bezug auf nickel frei, entweder man geht komplett goldfrei, was A OSP und emergentes Silber ist, aber wir haben über einige ihrer Nachteile aus dieser Perspektive auf der Zuverlässigkeitsseite gesprochen. Also ja,

Zach Peterson: Da Sie Präsident von Lilo Tree sind, muss ich fragen, wie positiv die Reaktion auf Ihre Lösung im Vergleich zu einigen dieser anderen Lösungen, die Sie erwähnt haben, ausgefallen ist? Ich verstehe, dass DIG super kostspielig ist, es sei denn, man befindet sich bei geringem Volumen, episch, wahrscheinlich auch nicht so kostspielig, aber dennoch kostspielig. Es scheint also, als wäre vielleicht einer der Vorteile von Lilo Tree aus Kostensicht.

Kunal Shah: Ja, also tatsächlich ein paar Vorteile, die ich hervorheben werde, ist mit all den Vorteilen der Leichtigkeit der Beschichtung und für USDI mit Signalintegrität, über die wir gesprochen haben, aber die Kosten sind die OT-Drei nickel freie Lösung ist tatsächlich 20 bis 25% günstiger als enig. Das macht uns also tatsächlich zu einem sehr, sehr attraktiven Angebot aus Kostensicht, weil es 20 bis 25% günstiger als enig ist. Und der zweite Vorteil ist, dass die typische Vergoldung mit der cyanidbasierten Goldquellenmolekül- oder Chemie, wie auch immer man es nennt, passiert. Es ist eine cyanidbasierte Lösung. Unsere Lösung, unsere Vergoldungslösung, ist vollständig cyanidfrei. Sie ist stabiler und tatsächlich günstiger im Betrieb als ein cyanidbasiertes Gold. Aus einer nickel freien Perspektive denke ich, dass wir es als die auserwählte Option betrachten, bei der jeder, der nickel frei machen möchte, immer den Prozess von Lilo Drei im Vergleich zu anderen nickel freien Optionen da draußen wählt.

Wir erweitern jedoch auch, ich meine, den Umfang, es gibt einige der Fertigungshäuser, mit denen wir sprechen, und wir sind tatsächlich in der Diskussion, wo sie sogar erwägen, enig mit Standardplatinen zu ersetzen, nicht notwendigerweise UHDI, nicht notwendigerweise die Hochfrequenzanwendung, sogar eine Standardplatine mit einer Niederfrequenzanwendung und nicht notwendigerweise UHDI denken, dass, hey, warum verwenden wir Nickel oder Standard-enig, das im ersten Schritt sogar teurer ist und Zuverlässigkeitsbedenken an der Schnittstelle von Nickel und Gold hat, wie ich erwähnt habe, das schwarze Pad. Und dann auch das dritte, ein bisschen technischer werdend, ist Ihre Lötstelle eine Zinn-Nickel-Intermetallverbindung im Vergleich zur nickel freien Option, bei der Sie tatsächlich Kupfer-Zinn bekommen, was viel stärker ist und wenn die nickel freie, günstigere Option eine bessere Zuverlässigkeit bietet und nachhaltig ist, was cyanidfrei ist, warum sollten wir überhaupt traditionelles Enoch verwenden? Das ist also der Punkt, an dem wir bisher angelangt sind. Definitiv aus der Perspektive der Signalintegrität und USD-Anwendung, definitiv Lilo Drei's nickel freie, gewissermaßen eine erstklassige Auswahlmöglichkeit, aber wir werden auch als traditionelle enig Ersatzlösung für unsere traditionellen Niederfrequenz-Nicht-UHDI-Platinen ebenfalls in Betracht gezogen.

Zach Peterson: Nun, das war alles äußerst informativ. Unsere Zeit ist fast um, aber ich möchte dir sehr danken, denn ich habe das Gefühl, dass ich immer etwas Neues lerne, wenn wir uns unterhalten. Also vielen Dank, dass du bei dem Podcast dabei warst.

Kunal Shah: Danke, Zach, es war sicherlich großartig, mit dir zu sprechen,

Zach Peterson: Wie immer, und an alle, die da draußen zuhören, stellt sicher, dass ihr zum Peoria Sports Complex in Peoria, Arizona, geht. Wenn ihr am 26. März 2024 in Peoria, Arizona seid, für das Ultra-High-Density Interconnect Symposium, das von SMTA gesponsert oder veranstaltet wird, werdet ihr Kunal Shaw auf dem Symposium sehen können, der über all das spricht, worüber wir heute hier gesprochen haben. An alle, die da draußen zuhören oder auf YouTube zuschauen, vergesst nicht, den Abonnieren-Button zu drücken und den Gefällt-mir-Button zu klicken. Ihr werdet so mit all unseren Podcast-Episoden und Tutorials, sobald sie erscheinen, auf dem Laufenden bleiben. Und zu guter Letzt, hört nicht auf zu lernen, bleibt am Ball und wir sehen uns das nächste Mal. Danke, an alle.