L'avvertimento dell'IPC sulla affidabilità delle microvia per prodotti ad alte prestazioni

Speriamo che ormai abbiate letto il comunicato stampa completo dell'IPC del 6 marzo 2019, riguardante l'avviso sui guasti sul campo e latenti delle schede HDI di alto profilo. Se non lo avete fatto, il comunicato stampa completo è disponibile su I-Connect 007. [1]

Quello che potreste aver visto è la dichiarazione di avviso che l'IPC includerà nel prossimo IPC-6012E, Qualification and Performance Specification for Rigid Printed Boards:

“Ci sono stati molti esempi di guasti post-fabbricazione delle microvie negli ultimi anni. Tipicamente, questi guasti si verificano durante il reflow, tuttavia, spesso sono indetectabili (latenti) a temperatura ambiente. Più avanti nel processo di assemblaggio si manifestano i guasti, più diventano costosi. Se rimangono non rilevati fino a dopo che il prodotto è stato messo in servizio, diventano un rischio di costo molto maggiore e, più importante, possono rappresentare un rischio per la sicurezza.”

NON PANICATE! Lasciate che vi spieghi il contesto di questo avviso.

Negli ultimi anni, alcuni OEM hanno riscontrato un difetto latente nei loro sofisticati strati multipli HDI anche se analizzati con le nostre migliori metodologie di ispezione e test in entrata disponibili. Questo difetto ha causato guasti osservati in:

• Test in-circuito post-reflow
• Durante lo screening ambientale di stress nell'assemblaggio a "Livello Box" (ESS)
• Quando viene rimosso dallo stoccaggio
• In servizio (Prodotto dispiegato al cliente finale)

Dopo molto lavoro e indagini da parte di questi OEM, e con il coordinamento con il Sottocomitato per la Metodologia di Test dello Stress Termico D-32, l'IPC emette un nuovo metodo di test per lo stress termico, (IPC-TM-650, Metodo 2.6.27A) e shock termico (IPC-TM-650, Metodo 2.6.7.2). Il Metodo 2.6.27 richiede che il veicolo di test o il coupon sia sottoposto a un normale profilo di riflusso della pasta di saldatura per raggiungere una temperatura di picco di 230 gradi C o 260 gradi C mentre è connesso a un'unità di misurazione della resistenza a 4 fili per sei (6) profili di riflusso completi senza l'aumento della resistenza del 5%. La catena margherita nel coupon di test deve essere composta da caratteristiche utilizzate nei circuiti reali.

Questo ha permesso a questi OEM di rilevare i guasti latenti dei microvia e proteggersi da possibili difetti non rilevati. Tuttavia, trovare la Causa Principale di questo guasto latente HDI è stato elusivo. Così, all'inizio del 2018, l'IPC ha organizzato un gruppo selezionato di esperti del settore, sotto la supervisione di Michael Carano, per investigare questa situazione. Più tardi, nel 2018, questo gruppo è stato nominato il IPC V-TSL-MVIA Weak Interface Microvia Failure Technology Solutions Subcommittee. Sono un membro fondatore di questo gruppo. Ma lasciatemi sottolineare,

Nell'ultimo anno, ci siamo incontrati e abbiamo esaminato dati di test, microsezioni e risultati sperimentali. Ecco cosa SAPPIAMO:

• Il difetto si manifesta come una frattura all'interfaccia metallurgica di un microvia con lo strato di rame sottostante o con un altro microvia sottostante. (vedi Figura 1)
• Prima occorrenza del guasto a livello di prodotto rilevato (microvias impilati) 2010.
• Microvias impilati complessi possono mostrare questo difetto latente (>2 impilamenti) ma non i microvias sfalsati.
• I dati finora implicano che le strutture di microvia impilati, specialmente con altezze di impilamento di 3 o superiore, sono molto più propense a soffrire questa modalità di guasto, ed è ancora una minoranza (ma in crescita) percentuale di progetti ad alta affidabilità.
• La gravità dell'ambiente di utilizzo finale (che cerchiamo di affrontare attraverso la gravità delle condizioni di test) sembra avere un certo impatto sulla probabilità di occorrenza.
• Diversi OEM consentono l'uso di vie riempite impilate se il design non supera le 2. Tre è il numero problematico.
• Questo è stato osservato in strutture HDI complesse come il Design del Coupon di Qualificazione 3-8-3 mostrato nella Figura 2 qui sotto.
• I fallimenti a livello di prodotto sono imprevedibili (in processo, in magazzino o sul campo)
• I metodi di test standard dell'industria storici erano insufficienti nel rilevare questo fallimento ma sembrano sufficienti per le costruzioni HDI normali.
• La precondizionamento e il ciclismo termico possono indurre questo difetto ma quando ritorna alla temperatura ambiente, il difetto non è rilevabile tramite misurazioni della resistenza a 4 fili. Solo quando il PCB è portato alle temperature di riflusso diventa evidente.
• La tecnica IPC TM-650 2.6.27A che duplica il riflusso di assemblaggio rileverà in modo affidabile questo problema latente. (vedi Figura 3 qui sotto).
• Sebbene il comitato abbia sviluppato un FMEA per i difetti delle microvie, solo questo WMI è il nostro focus.
• È necessario un ulteriore lavoro da parte del comitato o dell'industria per identificare la o le cause principali e implementare azioni correttive. I volontari per questo comitato sono accettati a condizione che vengano a lavorare. (contattare Chris Jorgensen presso IPC o Michael Carano su rbpchemical.net)
• Qualsiasi dato dell'industria relativo a questo problema può essere contribuito all'IPC e verrà utilizzato 'anonimamente'.

Per ulteriori letture sul Comitato WMI e sui nostri risultati, è disponibile un rapporto dal nostro APEX 2019 WMI OPEN FORUM [2] e il comitato ha pubblicato un White Paper, IPC WP-023 "Via Chain Continuity Reflow Test: The Hidden Reliability Threat- Weak Microvia Interface." Disponibile presso l'IPC Bookstore.

Ulteriori discussioni si terranno nel prossimo Forum Annuale IPC sulla Alta Affidabilità che si terrà a Baltimora il 14~16 maggio [3]

FIGURA 1. Il difetto latente WMI osservato dopo sei riflussi a 230^OC. [usato con permesso][4]

FIGURA 2. Un coupon di qualificazione HDI complesso (3-8-3) con strutture microvia sia impilate che sfalsate. [usato con permesso] [4]

FIGURA 3. Profilo di rifusione e resistenza a 4 fili di una struttura microvia impilata 4+N+4 che si apre solo a 224,6°C e si chiude a 184°C durante il raffreddamento. I successivi test a temperatura ambiente e i test di ciclizzazione termica non hanno indicato difetti. [usato con permesso] [4]

Hai altre domande? Chiama un esperto di Altium o scopri di più su come gli strumenti di progettazione integrati facilitano la realizzazione di layout PCB ad alta densità in Altium Designer^®.

RIFERIMENTI

1. Comunicato stampa IPC, 6 Mar 2019
2. Forum aperto sull'interfaccia debole dei microvia, IPC APEX, Gen 2019, San Diego, CA 
3. Forum sull'affidabilità elevata IPC a Baltimore, MD, dal 14 al 16 maggio 2019    
4.  J.R. Strickland & Jerry Magera, Come la tecnologia applicata MSI ha superato la minaccia nascosta dei microvia, Forum sull'affidabilità elevata IPC, 16 maggio 2018, Baltimore, MD