Requisitos de Calidad y Aceptabilidad para HDI

La naturaleza misma del pequeño tamaño de los microvías hace que los criterios de aceptabilidad sean difíciles de definir. La mayoría de los requisitos de Calidad y Aceptabilidad de HDI todavía son definidos por los OEM. El IPC tiene el IPC-6016 como parte del IPC-6012, las ESPECIFICACIONES DE CALIFICACIÓN Y RENDIMIENTO GENÉRICAS (SERIE 6010). Estas especificaciones solo cubren las capas de construcción HDI y no el núcleo, que está cubierto por sus propias especificaciones del IPC.

Calificación y Especificación de Rendimiento para Estructuras de Interconexión de Alta Densidad (HDI) IPC-6016

IPC-6016: Este documento contiene las especificaciones generales para sustratos de alta densidad que no están ya cubiertos por otros documentos del IPC, como el IPC-6011, las especificaciones genéricas de calificación y rendimiento de PWB. Los criterios de aceptación de las capas HDI están organizados en categorías de hojas complementarias de:

A. Portador de Chip

B. Portátil

C. Alto Rendimiento

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D. Ambiente Hostil

E. Portátil

Los requisitos de aceptabilidad se desglosan en estas 12 especificaciones específicas:

• Sección 3.1: General
• Sección 3.2: Materiales
• Sección 3.3: Examen Visual
• Sección 3.4: Requisitos Dimensionales
• Sección 3.5: Definición de Conductores
• Sección 3.6: Integridad Estructural
• Sección 3.7: Otras Pruebas
• Sección 3.8: Máscara de Soldadura
• Sección 3.9: Propiedades Eléctricas
• Sección 3.10: Requisitos Ambientales
• Sección 3.11: Requisitos Especiales
• Sección 3.12: Reparación

Control de Calidad

Las microvías son casi imposibles de inspeccionar visualmente y extremadamente difíciles de seccionar. Esto requiere un enfoque más indirecto para la verificación de una fabricación adecuada. Las microvías adecuadas, como se ven en la Figura 1 a-d, se pueden distinguir de las microvías defectuosas, como se ven en la Figura 2a-d. Es más fácil seccionar estas vías cuando se emplean en un "cupón de prueba" como el programa PCQRR de la IPC. Estos cupones son los mismos que se utilizan en IPC-9151 y se correlacionan con una resistencia de cadena de vías medida estadísticamente y pruebas de ciclos térmicos acelerados (HATS). [1] Los criterios para la producción de microvías de calidad son no más de 50 microvías defectuosas por millón de microvías y una covarianza de las desviaciones estándar de los cupones de resistencias Kelvin de cadena de margaritas del 5%.

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FIGURA 1. Ejemplo de vías ciegas y enterradas bien fabricadas; a. Vías ciegas-enterradas de 8 capas; b. Vías ciegas-enterradas de 6 capas; c. Vía ciega de salto de L-1 a L-2 & L-3; d. Vía ciega adecuada rellenada con máscara de soldadura.  

FIGURA 2. Vías ciegas formadas incorrectamente que deben ser rechazadas.

Calidad del Taladrado Láser

La calidad del taladrado láser de microvías ilustra la naturaleza de los modos de fallo en microvías. La Figura 3 muestra los siete criterios de calidad principales para microvías láser, junto con la especificación de criterios de calidad, métodos de medición, tamaño de muestra y límite de control.

FIGURA 3. Los siete criterios de calidad principales para microvías perforadas por láser

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Calificación de Proveedores

Seleccionar un fabricante de HDI puede ser muy desafiante. Una manera de descubrir las capacidades HDI de los fabricantes de PCB es el nuevo Panel de Referencia de Capacidades IPC-9151. Este panel multicapa estandarizado se puede ver en la Figura 4. Se proporciona en estructuras de 2, 4, 6, 10, 12, 18, 24 y 36 capas con reglas de diseño de alta y baja densidad, 5 espesores (para PCB y backplanes), y en un tamaño de panel grande de 18” x 24” con varios trazos y espacios y estructuras de vía de ciego y enterrado. El Comité IPC está planeando otros nuevos Paneles de Referencia para sustratos.

Las vías ciegas son opcionales, pero proporcionan datos significativos sobre las capacidades HDI del fabricante. Detalles, arte y un informe de muestra están disponibles en el Sitio Web IPC 9151.

FIGURA 4. Un panel PCQR2 típico del Programa IPC

Otras opciones incluyen la fabricación de placas de producción y someterlas a pruebas. Aunque este método es conveniente, la mayoría de las veces esto resulta en resultados estadísticamente no significativos, es decir; se evalúan demasiado pocas muestras para proporcionar una interpretación estadísticamente significativa. El rendimiento medido podría ser el resultado de seleccionar manualmente las muestras y no ser estadísticamente preciso al cubrir un rango de capacidades.

Los Vehículos de Prueba muchas veces se utilizan para la calificación y esto puede ser muy preciso. Esta es también la manera en que se puede establecer la fiabilidad. Las secciones posteriores discutirán sobre vehículos de prueba y resultados de pruebas de fiabilidad

Cupones de Calificación

Las mejores herramientas que conozco para hacer esto son los muchos cupones de análisis paramétrico y caracterización disponibles para usted. Estos son parte del proceso de evaluación de calidad. Estos procesos cubren evaluaciones de fiabilidad, evaluaciones de productos finales, evaluaciones de productos en proceso de trabajo y evaluaciones de parámetros de proceso. Aquí hay cinco sistemas de cupones, cuatro vistos en la Figura 5:

• IPC-2221 Apéndice A, Cupón D
• Tecnología de Análisis de Conductores (CAT^™)
• Calidad de Circuito Impreso y Fiabilidad Relativa (PCQR2) (Figura 4)
• Choque Térmico Altamente Acelerado (HATS^™)
• Prueba de Estrés de Interconexión (IST^™)

FIGURA 5. Cuatro de los cinco sistemas de cupones de prueba de calificación; a. Cupón IPC D; b. Cupones de CAT para paneles; c. Varios cupones de prueba HATS de CAT; d. Cupón de Prueba de Estrés de Interconexión (IST).

Cupones de Prueba de Fiabilidad Acelerada

Tres métodos de cupones son típicamente usados en vehículos de prueba de fiabilidad:

• Ciclado Térmico Acelerado (ATC)
• Choque Térmico Altamente Acelerado (HATS)
• Prueba de Estrés de Interconexión (IST)

Pruebas de Ciclado Térmico

Las pruebas de fiabilidad acelerada usando cupones de prueba son casi tan antiguas como las PCBs. El principio es agrupar un gran número de agujeros en un espacio pequeño y conectarlos en cadena, de ahí el nombre 'cadena de margaritas'. La placa de prueba mostrada en la Figura 6 es típica de un vehículo de prueba de cadena de margaritas HDI. Esta placa contiene una serie de diferentes estructuras de prueba para varios criterios de prueba. La mayor parte del espacio está ocupada por las cadenas de margaritas de vía ciega HDI (BLOQUE A, B, C, E y F) y la cadena de margaritas TH (BLOQUE D). La Tabla 1 muestra un resumen de los bloques de prueba y sus criterios para la calificación. La Figura 7 es típica para la calificación de productos tecnológicamente intensivos de mayor volumen como computadoras portátiles y tarjetas de red.

FIGURA 6. Vehículo de prueba típico para la calificación/fiabilidad de HDI.

Muchos sistemas de cupones se utilizan para pruebas de fiabilidad. Estos se incorporan en vehículos de prueba que luego se fabrican y se someten a diversas condiciones y estrés para luego evaluar su rendimiento. La IPC ha proporcionado una nueva generación de cupones de prueba, los "D-Coupons" del Apéndice A en la norma IPC-2221. Los criterios de prueba para el test de resistencia Kelvin de 4 hilos se proporcionan en IPC-TM-650, Método 2.6.27A. El choque térmico se realiza según IPC-TM-650, Método 2.6.7.2.

Estas pruebas se llevan a cabo después de que los cupones pasan por un horno de reflujo de convección SMT un mínimo de 6 veces usando uno de dos perfiles de reflujo diferentes (230OC o 260OC) sin detectar ninguna resistencia alta o circuito abierto.

TABLA 1. Criterios de prueba para el vehículo de prueba HDI.

FIGURA 7. Vehículo de prueba típico de la industria para productos de computación y telecomunicaciones de mayor fiabilidad.