Kunststoffe für IC-Testsockel und elektronische Prüfvorrichtungen

Bei der Herstellung von Mikrochips und elektronischen Bauteilen ist es wichtig, die Chips oder elektronischen Komponenten unter verschiedenen Bedingungen zu testen, um die spezifischen Funktionen sowie die Haltbarkeit sicherzustellen. Zum Testen elektronischer Komponenten wie IC-Chips, Leiterplatten (PCB), flexible gedruckte Schaltungen (FPC) oder Kameramodule werden verschiedene Testsockel verwendet. Da verschiedene Arten von Hochleistungs- und technischen Kunststoffen für die Herstellung von Prüfsockeln verwendet werden, steigt die Nachfrage nach Kunststoffmaterialien weiter rasant an. 
Alle Varianten von Prüfsockeln müssen ähnliche grundlegende Materialeigenschaften aufweisen. Eine hohe Dimensionsstabilität ist entscheidend dafür, dass die Mikrostrukturen während der Herstellung und im Gebrauch unverändert bleiben. Das Material muss daher eine geringe Wasseraufnahme, eine geringe Wärmeausdehnung, ein niedriges Eigenspannungsniveau und eine ausreichende Steifigkeit über einen breiten Temperaturbereich aufweisen. Auch die Mikrobearbeitbarkeit des Materials ist entscheidend für die Realisierung der feinen Strukturen und Toleranzen. Daher müssen die Materialien eine minimale Gratbildung aufweisen, um die Herstellungskosten zu senken, eine geringe Dehnung für eine präzise Platzierung der Löcher und eine geringe Eigenspannung, um ein Verziehen während der Bearbeitung zu vermeiden. Darüber hinaus werden die Testfassungen ständigen Testzyklen unterzogen, sodass die Werkstoffe eine ausreichende Verschleißfestigkeit, mechanische Festigkeit, Temperaturbeständigkeit und bei Problemen mit der tribologischen Aufladung - auch antistatische Eigenschaften aufweisen müssen. 
Darüber hinaus hängt die Wahl des Materials für Prüfsockel von der Betriebstemperatur, den Loch- und Steigungsgrößen, den elektrischen Eigenschaften und den entsprechenden Kosten ab.

Vorteile von Ensinger-Materialien für Prüfsockel und elektronische Halterungen

  • Faserverstärkte Kunststoffe, z. B. mit Glasfasern gefüllt, bieten eine höhere Steifigkeit und Festigkeit, was für Kontaktplatten oder Gehäuseteile von Prüfsockeln vorteilhaft ist. Faserverstärkte Kunststoffe sind jedoch problematisch, wenn eine hochpräzise Platzierung der Bohrung erforderlich ist, da die Fasern dazu führen, dass sich die Bohrer durchbiegen, verschleißen oder sogar brechen, und beim Bohren mehr Wärme erzeugen. TECAPEEK CMF und TECAPEEK ESD von Ensinger sind mit Additiven in Nanogröße gefüllt, die die Steifigkeit und Festigkeit deutlich erhöhen und gleichzeitig die Durchbiegung der Bohrer auf einem deutlich niedrigeren Niveau halten als faserverstärkte Kunststoffe und Produkte von Mitbewerbern. Darüber hinaus bietet das Polyimid TECASINT 4111 von Ensinger eine hervorragende Steifigkeit ohne jegliche Additive, was zu einer sehr hohen Genauigkeit der Bohrlochposition auch bei sehr kleinen Teilungen führt.
  • Faserverstärkte Kunststoffe und spritzgegossene Platten neigen dazu, Eigenspannungen zu erzeugen, die bei der Bearbeitung zu Verzug und Verformungen führen und so die Realisierung kleiner Geometrien mit engen Toleranzen erschweren. Durch das Füllstoffsystem und das Extrusionsverfahren von TECAPEEK CMF sind die Eigenspannungen deutlich geringer als bei faserverstärkten Kunststoffen oder spritzgegossenen Materialien. Für Teile, die eine höhere Temperaturbeständigkeit erfordern, werden die Polyimid-TECASINT von Ensinger im Formpressverfahren hergestellt, das ebenfalls sehr geringe Eigenspannungen aufweist. Die bessere Dimensionsstabilität und die geringere Verformung bei der Bearbeitung ermöglichen daher kleinere Abstände und eine höhere Genauigkeit der Bohrungen. Für Teile außerhalb der Kontaktplatte, wie z.B. Gehäuse-Teile, bei denen keine Mikrobohrungen erforderlich sind, können die glasfaserverstärkten Werkstoffe von Ensinger eine kosteneffiziente Option darstellen.
    Material mit hoher Eigenspannung im Vergleich zu Material mit niedriger Eigenspannung
    Beispiel für die Bearbeitung einer 6 mm dicken Platte auf 2 mm Dicke
    Die Materialeigenschaften haben auch einen Einfluss auf die Dimensionsstabilität, da Wasseraufnahme und Wärmeausdehnung zu Verformungen der Teile führen können. Die Ensinger-Kunststoffe TECATRON PPS, TECAPEEK und TECAPEI für Testsockel bieten eine geringe Wasseraufnahme, während Materialien mit höherer Wasseraufnahme wie PAI und PAI GF30 bei enger Toleranzausrichtung Probleme verursachen können. Für Anwendungen bei höheren Temperaturen bieten der spezielle Polyimid-Typ TECASINT 4011 und insbesondere TECASINT 4111 eine geringere Wasseraufnahme als der Industriestandard Polyimid, wodurch sich neue Designmöglichkeiten für Hochtemperatur-Prüfsockel ergeben.
    Kunststoffe mit Glasfaserverstärkung
    Kunststoffe ohne Glasfaserverstärkung
    Kunststoffe mit Glasfaserverstärkung
    Kunststoffe ohne Glasfaserverstärkung
  • Ein weiterer wichtiger Aspekt für die präzise Platzierung von Bohrungen sind die Materialeigenschaften des Kunststoffs. Im Allgemeinen ermöglicht ein Material mit geringerer Dehnung eine präzisere Platzierung der Bohrung, da Kunststoffe mit höherer Flexibilität dem Bohrer mehr Spielraum für eine Abweichung vom Ziel bieten. Darüber hinaus verringern eine geringere Dehnung und eine höhere Steifigkeit die Verformung des Grats, was Kosteneinsparungen durch den Wegfall zusätzlicher Entgratungsvorgänge ermöglicht. Materialien mit geringerer Dehnung führen jedoch zu Rissbildung während der Bearbeitung, was sich auf die Bearbeitungsleistung und die Kosten auswirkt. TECAPEEK CMF, TECAPEEK ESD, TECASINT 4111 und TECASINT 4011 bieten eine geringe Dehnung, was zu einer hervorragenden Bohrungsgenauigkeit und einer geringeren Gratverformung führt, während gleichzeitig das Risiko der Rissbildung auf ein Minimum reduziert wird und die Nachteile von faserverstärkten Kunststoffen, wie z. B. die Durchbiegung des Bohrers und der Verzug während der Bearbeitung, vermieden werden.
  • Während faserverstärkte Kunststoffe Bohrerauslenkungen und Bohrerverschleiß verursachen, ist ein häufiger Bohrerwechsel bei der Bearbeitung von Mikrolöchern in den Kontaktplatten üblich. Das Füllstoffsystem von TECAPEEK CMF und TECAPEEK ESD ermöglicht eine vergleichsweise geringere Bohrerauslenkung und einen geringeren Bohrerverschleiß, was zu einer deutlichen Reduzierung des Bohrerwechsels führt. Auch die Polyimid-Typen TECASINT 4011 und 4111 bieten eine geringere Bohrkronendurchbiegung, da keine Additive verwendet werden und Eigenspannungen auf ein Minimum reduziert werden. In einigen Fällen konnte eine bis zu 4-mal längere Lebensdauer der Bohrer im Vergleich zu ähnlichen Konkurrenzmaterialien und anderen faserverstärkten Materialien erreicht werden.
  • Durch elektrostatische Entladung (ESD) verursachte Ausfälle werden zu einem immer größeren Problem, da die integrierten Schaltkreise immer kleiner und schneller werden und die Empfindlichkeit zunimmt. Die Wechselwirkung zwischen dem Material der Prüfsockel und dem Material des IC-substrats führt zu Tribo-Ladungen, die zu Ladungsaufbau und ESD-bedingten Chip- und Prüferausfällen führen. Dieses Problem kann gelöst werden, indem hochisolierende Sockelmaterialien wie glasfaserverstärkte Kunststoffe durch ein widerstandsfähiges Material mit einem Oberflächenwiderstand von 106 -109 Ω/sq ersetzt werden. Solche ESD-Materialien können statische Elektrizität langsam und kontrolliert ableiten und einen Ladungsaufbau auf dem Chip vermeiden. 
    Die meisten ESD-Kunststoffe werden durch Formpressen hergestellt, was eine kostenintensive Produktionsmethode ist. Ensinger entwickelte einen kostengünstigen extrudierten PEEK ESD-Typ - TECAPEEK ESD, der die Vorteile hoher Steifigkeit und hervorragender Mikrobearbeitbarkeit mit einem Oberflächenwiderstand von 106 -109 Ω/sq. kombiniert. Für High-End-Testfassungen, die eine höhere Temperaturbeständigkeit erfordern, bieten wir auch den Polyimid-ESD-Typ TECASINT 5501 ESD mit einem Oberflächenwiderstand von 106 - 108 Ω/sq an. 
  • Bei einigen Anwendungen in der Automobilindustrie und anderen Bereichen liegen die Prüfbedingungen für integrierte Schaltkreise in einem Temperaturbereich von -55°C bis 180°C oder sogar darüber, sodass die Prüfgeräte aus hochtemperaturbeständigen Materialien bestehen müssen. Teilkristalline Kunststoffe wie PEEK zeigen eine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften, wenn die Glasübergangstemperatur überschritten wird, die bei PEEK bei 150 °C liegt. Verstärkte Materialien wie TECAPEEK CMF und TECAPEEK ESD zeigen auch oberhalb von 150°C eine höhere Steifigkeit als ungefülltes PEEK. Für Anwendungen, die eine noch höhere Temperaturbeständigkeit erfordern, bietet Ensinger mit TECASINT 4011 und TECASINT 4111 spezielle Polyimid-Typen an, die eine höhere Dimensionsstabilität, Festigkeit und Steifigkeit auch über 260°C aufweisen.

Produkt portfolio

TECAPEEK natural
TECAPEEK SD black
TECAPEI GF30 natural
TECASINT 4111 natural
TECATRON natural
TECAPEI natural
TECASINT 4011 natural
TECAPAI CM XP403 green
TECAPEEK CMF white
TECAPEEK GF30 natural
TECASINT 5501 ESD light-brown1
TECAPAI CM XP530 black-green

fallstudien & Anwendungsbeispiele

Prüfvorrichtungen FCP

hergestellt aus TECAPEEK CMF

Prüfvorrichtungen für Smartphone-Steckverbinder (FCP)
Flexible Leiterplatten (FPC) werden immer komplexer und miniaturisierter. Da die Abstände zwischen den Kontakten von FPC-Steckverbindern immer kleiner werden, müssen Funktionsprüfvorrichtungen mit Kontaktstiften hergestellt werden, die ähnlich kleine Abstände aufweisen. Die TECAPEEK CMF Serie wurde entwickelt, um eine exzellente Mikrolochbearbeitung und eine hohe Dimensionsstabilität zu gewährleisten, was sie zu einem idealen Material für die nächste Generation von FPC-Steckverbinder-Prüfvorrichtungen macht.

PCB Inspektionsbefestigung

hergestellt aus TECATRON natural

PCB Inspektionsbefestigung
Leiterplatten (PCBs) müssen während des Herstellungsprozesses umfangreichen Tests unterzogen werden, um ihre korrekte Funktion zu überprüfen. Die PCB-Prüfvorrichtung besteht aus Kunststoffplatten mit einer Reihe von Nägeln in einem feinen Raster, die gegen die Leiterplatte gedrückt werden. TECATRON SX natur ist aufgrund seiner hervorragenden Dimensionsstabilität, optischen Sauberkeit und Mikrobohrungen ein häufig verwendetes Material für diese Platten.

IC Testbuchse

hergestellt aus TECASINT 4011

IC-Testbuchse für hohe Temperaturen

Während des Herstellungsprozesses von Mikrochips werden integrierte Schaltungen (ICs) in mehreren Stufen getestet, um ihre Funktionalität unter verschiedenen Umgebungsbedingungen zu überprüfen. Die Prüfgeräte, darunter auch die Prüfsockel, müssen den rauen Prüfbedingungen bis hin zu Temperaturen von über 200 °C standhalten. Für solche Anwendungen ist die TECASINT 4000-Serie die ideale Wahl, da sie eine hohe Maßhaltigkeit und mechanische Stabilität bei hohen Temperaturen sowie eine hervorragende Mikrozerspanbarkeit bietet.

IC-Testsockel zerspant aus TECAPEEK CMF white

  • Hervorragende Zerspanung von Mikrobohrungen
  • Geringe Gratbildung bei der Zerspanung
  • Hohe Zerspanungsgenauigkeit bei feinen Strukturen
  • Hohe Dimensionsstabilität
  • Hohe Steifigkeit und Biegebeständigkeit

IC-Prüfsockel zerspant aus TECAPEEK ESD black

  • Konstanter Oberflächenwiderstand zwischen 106 -109 Ohm/sq
  • Geringe Gratbildung bei der Zerspanung
  • Hohe Zerspanungsgenauigkeit bei feinen Strukturen 
  • Hohe Dimensionsstabilität
  • Hohe Steifigkeit und Biegebeständigkeit

IC-Prüfsockel zerspant aus TECAPEI natural

  • Hohe Festigkeit und Duktilität
  • Kosteneffizient
  • Hohe Durchschlagsfestigkeit 
  • Hohe Wärmeformbeständigkeit
  • Gute Zerspanbarkeit

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