La advertencia de la IPC sobre la fiabilidad de las microvías en productos de alto rendimiento

Esperamos que para ahora ya hayas leído el comunicado de prensa completo de la IPC del 6 de marzo de 2019, sobre la advertencia de fallos de campo y latentes en placas HDI de alto perfil. Si no, el comunicado de prensa completo está disponible en I-Connect 007. [1]

Lo que quizás hayas visto es la declaración de advertencia que la IPC incluirá en el próximo IPC-6012E, Especificación de Calificación y Rendimiento para Placas Impresas Rígidas:

“Ha habido muchos ejemplos de fallos de microvías después de la fabricación en los últimos años. Típicamente, estos fallos ocurren durante el reflujo, sin embargo, a menudo son indetectables (latentes) a temperatura ambiente. Cuanto más adelante en el proceso de ensamblaje se manifiesten los fallos, más costosos se vuelven. Si permanecen sin detectarse hasta después de que el producto se haya puesto en servicio, se convierten en un riesgo de costo mucho mayor y, más importante aún, pueden representar un riesgo de seguridad.”

¡NO ENTRES EN PÁNICO! Déjame explicar el trasfondo de esta advertencia.

En los últimos años, algunos OEMs han experimentado un defecto latente en sus sofisticadas multicapas HDI a pesar de ser examinadas con nuestros mejores métodos de inspección y pruebas de entrada disponibles. Este defecto causó fallos observados en:

• Prueba en Circuito Post-Reflujo
• Durante el Entorno de Ensamblaje a "Nivel de Caja" en la Prueba de Estrés por Ambiente (ESS)
• Cuando se retira del almacenamiento
• En Servicio (Producto Desplegado al Cliente Final)

Después de mucho trabajo e investigaciones por parte de estos OEMs, y con la coordinación con el Subcomité de Metodología de Prueba de Estrés Térmico D-32, el IPC emite un nuevo método de prueba para el estrés térmico, (IPC-TM-650, Método 2.6.27A) y choque térmico (IPC-TM-650, Método 2.6.7.2). El Método 2.6.27 requiere que el vehículo de prueba o cupón sea sometido a un perfil normal de reflujo de pasta de soldar para alcanzar una temperatura pico de 230 grados C o 260 grados C mientras está conectado a una unidad de medición de resistencia de 4 hilos durante seis (6) perfiles completos de reflujo sin el aumento de resistencia del 5%. La cadena de margaritas en el cupón de prueba necesita estar compuesta por características utilizadas en los circuitos reales.

Esto ha permitido a estos OEM detectar los fallos latentes de los microvías y protegerse de posibles defectos no detectados. Pero encontrar la Causa Raíz de este fallo latente en HDI ha sido esquivo. Así que, a principios de 2018, la IPC organizó un grupo selecto de expertos de la industria, bajo la supervisión de Michael Carano, para investigar esta situación. Más tarde, en 2018, este grupo fue nombrado el Subcomité de Soluciones Tecnológicas para Fallos de Microvías de Interfaz Débil IPC V-TSL-MVIA . Soy miembro fundador de este grupo. Pero permítanme enfatizar,

durante el último año, nos hemos reunido y revisado datos de pruebas, microsecciones y resultados experimentales. Esto es lo que SABEMOS:

• El defecto se manifiesta como una fractura en la interfaz metalúrgica de un microvía con la capa de cobre debajo de él o con otro microvía debajo de él. (ver Figura 1)
• Primera ocurrencia del fallo a nivel de producto detectado (microvías apilados) 2010.
• Los microvías apilados complejos pueden exhibir este defecto latente (>2 apilamientos) pero no los microvías escalonados.
• Los datos hasta ahora implican que las estructuras de microvías apilados, especialmente alturas de pila de 3 o más, son mucho más propensas a sufrir este modo de fallo, y todavía es un porcentaje minoritario (pero creciente) de diseños de alta fiabilidad.
• La severidad del entorno de aplicación final (que intentamos abordar mediante la severidad de la condición de prueba) parece tener algún impacto en la probabilidad de ocurrencia.
• Varios fabricantes de equipos originales permiten vías LLENAS apiladas si el diseño no supera las 2. Tres es el número complicado.
• Esto se ha observado en estructuras HDI complejas como el Diseño de Cupón de Calificación 3-8-3 que se ve en la Figura 2 a continuación.
• Las fallas a nivel de producto son impredecibles (en proceso, almacenamiento o presentadas)
• Los métodos de prueba estándar de la industria históricos eran insuficientes para detectar esta falla, pero parecen suficientes para construcciones HDI normales.
• La preacondicionamiento y el ciclado térmico pueden inducir este defecto, pero cuando vuelve a la temperatura ambiente, el defecto no es detectable mediante mediciones de resistencia de 4 hilos. Solo cuando la PCB se eleva a temperaturas de reflujo es evidente.
• La técnica IPC TM-650 2.6.27A que duplica el reflujo de ensamblaje detectará de manera confiable este problema latente. (ver Figura 3 a continuación).
• Aunque el comité desarrolló un AMFE para defectos de microvías, solo este WMI es nuestro enfoque.
• Se requiere trabajo adicional por parte del comité o la industria para identificar la(s) causa(s) raíz y implementar acciones correctivas. Se aceptan voluntarios para este comité siempre y cuando vengan a trabajar. (contactar a Chris Jorgensen en IPC o Michael Carano en rbpchemical.net)
• Cualquier dato de la industria relacionado con este problema puede ser contribuido al IPC y será utilizado de manera ‘anónima’.

Para leer más sobre el Comité WMI y nuestros hallazgos, hay un informe disponible de nuestro FORO ABIERTO APEX 2019 [2] y el comité publicó un Libro Blanco, IPC WP-023 “Prueba de Reflujo de Continuidad de Cadena de Vías: La Amenaza Oculta a la Fiabilidad - Interfaz de Microvía Débil.” Disponible en la Librería IPC.

Se llevarán a cabo más discusiones en el próximo Foro Anual de Alta Fiabilidad de IPC que se celebrará en Baltimore el 14~16 de mayo [3]

FIGURA 1. El defecto latente de WMI observado después de seis reflujos de 230^OC. [usado con permiso][4]

FIGURA 2. Un cupón de calificación HDI complejo (3-8-3) con estructuras de microvía apiladas y escalonadas. [usado con permiso] [4]

FIGURA 3. Perfil de reflujo y resistencia de 4 hilos de una estructura de microvía apilada de 4+N+4 que se abre solo a 224.6°C y se cierra a 184°C al enfriarse. Las pruebas subsiguientes a temperatura ambiente y las pruebas de ciclado térmico indicaron que no hay defectos. [usado con permiso] [4]

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REFERENCIAS

1. Comunicado de Prensa de IPC, 6 de marzo de 2019
2. Foro Abierto sobre la Debilidad de la Interfaz de Microvías, IPC APEX, enero de 2019, San Diego, CA 
3. Foro de Alta Fiabilidad de IPC en Baltimore, MD, del 14 al 16 de mayo de 2019    
4.  J.R. Strickland & Jerry Magera, Cómo la Tecnología Aplicada de MSI Superó la Amenaza Oculta de las Microvías, Foro de Alta Fiabilidad de IPC, 16 de mayo de 2018, Baltimore, MD