Kupfer-Invar-Kupfer-Leiterplatten - Die CIC-Technik

Invar ist eine Nickel-Eisen-Legierung mit ca. 1/3 Nickel und 2/3 Eisen und besitzt einen thermischen Ausdehnungskoeefizienten von 1,5 ppm/K. Der Einbau von CIC-Lagen (Kupfer-lnvar-Kupfer-Verbundmaterial) in Multilayer-Leiterplatten dient der Kontolle der lateralen thermischen Ausdehnung (CTE xy) wirkt dem entgegen.

Thermische Spannungen führen bei stärkeren Temperaturwechseltests zur Ermüdung der Lotverbindung und Abriss der Halbleiter-Bauteile von der Lötstelle bzw. zu Rissen im Chip-Carrier.

Vor allem in der Sicherheitstechnik kommen keramische Halbleiter-Bauteile wie Leadless Ceramic Chip-Carrier (LCCC) zum Einsatz. Ohne CIC kommt es jedoch durch den linearen Ausdehnungskoeffizienten von ca. 6-8 ppm/K im Bauteil gegenüber dem höheren Wert von ca. 16 ppm/K der Leiterplatte zu starken Scherspannungen zwischen Chip-Carrier und Lötstelle.

Je größer das SMD-Bauteil, desto mehr muß der Ausdehnungskoeffizient an der Oberfläche dem von Keramik angepaßt sein.

Je nach Anwendungsfall können unterschiedliche Multilayeraufbauten zur Ausdehnungskontrolle der Außenlagen eingesetzt werden. Ein empfehlenswerter Aufbau besteht aus zwei Cu-Invar-Cu-lnnenlagen mit einer Dicke von je 0,15 mm direkt unter den Außenlagen. Die Cu-lnvar-Cu-Lagen sind symmetrisch im Multilayer angeordnet und können über Vias elektrisch angebunden werden. Die Verwendung der CIC-Lage als Masse- und Versorgungsebene ist nicht zu empfehlen, da der Bohrerverschleiß beim Bohren durch die CIC-Lage sehr hoch ist. Bis auf die elektrische Anbindung werden daher alle Vias vorher in der CIC-Lage ausgespart. Thermisch wirken die CIC-Lagen wie Masse- oder Versorgungslagen. Die Wärme wird über den Kupferanteil gespreizt. Invar spielt in diesem Zusammenhang keine Rolle, da die thermische Leitfähigkeit nur ca. 3% des Kupfers beträgt.