Exigences de qualité et d'acceptabilité des HDI

La petite taille des microvias rend difficile la définition de critères d'acceptabilité. La plupart des exigences de qualité et d'acceptabilité HDI sont encore définies par les OEM. L'IPC dispose de l'IPC-6016 comme partie de l'IPC-6012, les SPÉCIFICATIONS DE QUALIFICATION ET DE PERFORMANCE génériques (SÉRIE 6010). Ces spécifications couvrent uniquement les couches de construction HDI et non le cœur, qui est couvert par leurs propres spécifications IPC.

Spécification de qualification et de performance pour les structures d'interconnexion à haute densité (HDI) IPC-6016

IPC-6016 : Ce document contient les spécifications générales pour les substrats à haute densité non couverts par d'autres documents IPC, comme l'IPC-6011, les spécifications génériques de qualification et de performance des PWB. Les critères d'acceptation des couches HDI sont organisés en catégories de feuilles complémentaires de :

A. Porteur de puce

B. Portable

C. Haute performance

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D. Environnement sévère

E. Portable

Les exigences d'acceptabilité sont décomposées en ces 12 spécifications spécifiques :

• Section 3.1 : Général
• Section 3.2 : Matériaux
• Section 3.3 : Examen Visuel
• Section 3.4 : Exigences Dimensionnelles
• Section 3.5 : Définition des Conducteurs
• Section 3.6 : Intégrité Structurelle
• Section 3.7 : Autres Tests
• Section 3.8 : Masque de Soudure
• Section 3.9 : Propriétés Électriques
• Section 3.10 : Exigences Environnementales
• Section 3.11 : Exigences Spéciales
• Section 3.12 : Réparation

Contrôle de Qualité

Les microvias sont presque impossibles à inspecter visuellement et extrêmement difficiles à sectionner. Cela nécessite une approche plus indirecte pour la vérification de la fabrication appropriée. Les microvias corrects, comme on peut le voir dans la Figure 1 a-d, peuvent être distingués des microvias défectueux, comme on peut le voir dans la Figure 2a-d. Il est plus facile de sectionner ces vias lorsqu'ils sont utilisés dans un "coupon de test" tel que le programme PCQRR de l'IPC. Ces coupons sont les mêmes que ceux utilisés dans l'IPC-9151 et sont corrélés à une résistance de chaîne de vias mesurée statistiquement et à des tests de cycles thermiques accélérés (HATS). [1] Les critères pour une production de microvia de qualité sont de ne pas avoir plus de 50 microvias défectueux par million de microvias et une covariance des écarts-types des résistances Kelvin des coupons de chaîne de marguerite de 5%.

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FIGURE 1. Exemple de vias aveugles et enterrés bien fabriqués ; a. Vias aveugles-enterrés à 8 couches ; b. Vias aveugles-enterrés à 6 couches ; c. Via aveugle sauté de L-1 à L-2 & L-3 ; d. Via aveugle correctement rempli de masque à souder.  

FIGURE 2. Vias aveugles mal formés qui devraient être rejetés.

Qualité du perçage au laser

La qualité du perçage laser des microvias illustre la nature des modes de défaillance dans les microvias. La figure 3 montre les sept principaux critères de qualité pour les microvias au laser, ainsi que les spécifications des critères de qualité, les méthodes de mesure, la taille de l'échantillon et la limite de contrôle.

FIGURE 3. Les sept principaux critères de qualité pour les microvias percés au laser

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Qualification des fournisseurs

Choisir un fabricant HDI peut être très difficile. Une manière de découvrir les capacités HDI des fabricants de PCB est le nouveau panneau de benchmarking des capacités IPC-9151. Ce panneau multicouche standardisé est visible dans la Figure 4. Il est fourni en structures de 2, 4, 6, 10, 12, 18, 24 et 36 couches avec des règles de conception de haute et basse densité, 5 épaisseurs (pour PCB et backplanes), et dans un grand format de panneau de 18” x 24” avec diverses traces et espaces et structures de vias aveugles et enterrés. Le comité IPC prévoit d'autres nouveaux panneaux de benchmarking pour les substrats.

Les vias aveugles sont optionnels, mais fournissent des données significatives sur les capacités HDI du fabricant. Des détails, des œuvres d'art et un rapport d'échantillon sont disponibles sur le site Web IPC 9151.

FIGURE 4. Un panneau PCQR2 typique du programme IPC

D'autres options incluent la fabrication de cartes de production et leur test. Bien que cette méthode soit pratique, la plupart du temps, cela aboutit à des résultats statistiquement non significatifs, c'est-à-dire que trop peu d'échantillons sont évalués pour permettre une interprétation statistiquement significative. La performance mesurée pourrait être le résultat de la sélection manuelle des échantillons et ne pas être statistiquement précise pour couvrir une gamme de capacités.

Les véhicules de test sont souvent utilisés pour la qualification et cela peut être très précis. C'est également ainsi que la fiabilité peut être établie. Les sections suivantes discuteront des véhicules de test et des résultats des tests de fiabilité

Coupons de Qualification

Les meilleurs outils que je connaisse pour faire cela sont les nombreux coupons d'analyse paramétrique et de caractérisation disponibles pour vous. Ils font partie du processus d'évaluation de la qualité. Ces processus couvrent les évaluations de fiabilité, les évaluations de produits finis, les évaluations de produits en cours de fabrication et les évaluations des paramètres de processus. Voici cinq systèmes de coupons, quatre présentés dans la Figure 5 :

• IPC-2221 Annexe A, Coupon D
• Technologie d'Analyse des Conducteurs (CAT^™)
• Qualité du Circuit Imprimé et Fiabilité Relative (PCQR2) (Figure 4)
• Choc Thermique Hautement Accéléré (HATS^™)
• Test de Stress des Interconnexions (IST^™)

FIGURE 5. Quatre des cinq systèmes de coupons de test de qualification ; a. Coupon IPC D ; b. coupons de CAT pour panneaux ; c. divers coupons de test HATS de CAT ; d. Coupon de test de contrainte d'interconnexion (IST).

Coupons de test de fiabilité accélérée

Trois méthodes de coupons sont typiquement utilisées dans les véhicules de test de fiabilité :

• Cyclage thermique accéléré (ATC)
• Choc thermique hautement accéléré (HATS)
• Test de contrainte d'interconnexion (IST)

Test de cyclage thermique

Les tests de fiabilité accélérée utilisant des coupons de test sont presque aussi anciens que les PCB eux-mêmes. Le principe consiste à regrouper un grand nombre de trous dans un petit espace et à les connecter en chaîne, d'où le nom de ‘chaîne en marguerite’. La carte de test illustrée dans la Figure 6 est typique d'un véhicule de test en chaîne en marguerite HDI. Cette carte contient un certain nombre de structures de test différentes pour divers critères de test. La plupart de l'espace est occupé par les chaînes en marguerite de via aveugles HDI (BLOC A, B, C, E et F) et la chaîne en marguerite TH (BLOC D). Le Tableau 1 montre un résumé des blocs de test et de leurs critères de qualification. La Figure 7 est typique pour la qualification de produits technologiquement intensifs de plus grand volume comme les ordinateurs portables et les cartes réseau.

FIGURE 6. Véhicule de test typique pour la qualification/fiabilité des HDI.

De nombreux systèmes de coupons sont utilisés pour les tests de fiabilité. Ceux-ci sont intégrés dans des véhicules de test qui sont ensuite fabriqués et soumis à divers conditionnements et contraintes, puis évalués pour leur performance. L'IPC a fourni une nouvelle génération de coupons de test, les "D-Coupons" de l'annexe A de la norme IPC-2221. Les critères de test pour le test de résistance Kelvin à 4 fils sont fournis dans l'IPC-TM-650, Méthode 2.6.27A. Le choc thermique est conforme à l'IPC-TM-650, Méthode 2.6.7.2.

Ces tests sont réalisés après que les coupons ont été passés au moins 6 fois dans un four de refusion par convection SMT en utilisant l'un des deux profils de refusion différents (230OC ou 260OC) sans aucune haute résistance ou ouverture détectée.

TABLEAU 1. Critères de test pour le véhicule de test HDI.

FIGURE 7. Véhicule de test industriel typique pour les produits informatiques et de télécommunications de haute fiabilité.