IPCが高性能製品のマイクロビア信頼性に関して警告

皆さんが、2019年3月6日にIPCから発表された、高プロファイルHDIボードの現場および潜在的な故障に関する警告のプレスリリースをすでに読まれたことを願っています。もし読まれていない場合、完全なプレスリリースはI-Connect 007で入手可能です。[1]

皆さんが目にされたかもしれないのは、IPCがこれから出るIPC-6012E、リジッドプリントボードの資格認定と性能仕様に含まれる警告文です：

「過去数年間にわたり、製造後のマイクロビア故障の例が多数ありました。通常、これらの故障はリフロー中に発生しますが、室温では検出不可能（潜在的）であることが多いです。組み立てプロセスが進むにつれて、故障が現れると、それがより高価になります。製品がサービスに投入された後にまで検出されない場合、それははるかに大きなコストリスクとなり、さらに重要なことに、安全リスクをもたらす可能性があります。」

パニックにならないでください！  この警告の背景を説明させてください。

ここ数年、いくつかのOEMは、最善の利用可能な受入検査およびテスト方法論でスクリーニングされたにもかかわらず、彼らの高度なHDI多層基板で潜在的な欠陥を経験しました。この欠陥は、以下で観察された故障を引き起こしました：

• リフロー後のインサーキットテスト
• 「ボックスレベル」組み立て環境のストレススクリーニング（ESS）中
• 保管から取り出された時
• サービス中（エンドカスタマーが使用中の製品）

これらのOEMによる多大な努力と調査、およびD-32熱ストレステスト方法諮問委員会との調整を経て、IPCは新しい熱ストレステスト方法（IPC-TM-650、方法2.6.27A）と熱衝撃テスト方法（IPC-TM-650、方法2.6.7.2）を発行しました。方法2.6.27では、テスト車両またはクーポンを通常のはんだペーストリフロープロファイルに従ってピーク温度230度Cまたは260度Cに達するようにし、4線式抵抗測定ユニットに接続した状態で6回の完全なリフロープロファイルを実施し、抵抗の増加が5％を超えないようにします。テストクーポン内のデイジーチェーンは、実際の回路で使用される特徴で構成する必要があります。

これにより、これらのOEMは潜在的なマイクロビアの故障を検出し、可能な欠陥の逃避から自身を守ることができました。しかし、この潜在的なHDI故障の根本原因を見つけることは困難でした。そこで、2018年初頭にIPCは、Michael Caranoの監督のもと、業界の専門家からなる選抜グループを組織し、この状況を調査することにしました。2018年後半には、このグループはIPC V-TSL-MVIA 微小ビア故障技術ソリューション小委員会と名付けられました。私はこのグループの創設メンバーです。しかし、強調しておきたいのは、

過去1年間、私たちは会合を重ね、テストデータ、断面観察、実験結果を検討しました。これが私たちが知っていることです：

• 欠陥は、マイクロビアとその下の銅層またはその下の別のマイクロビアとの間の金属界面での亀裂として現れます。（図1を参照）
• 製品レベルの故障が最初に検出された（積層マイクロビア）2010年。
• 複雑な積層マイクロビアはこの潜在的な欠陥を示すことがあります（>2スタック）が、段違いのマイクロビアでは示しません。
• これまでのデータは、特にスタック高さが3以上の積層マイクロビア構造は、この故障モードに遭遇する可能性がはるかに高いことを示唆しており、それはまだ少数（しかし増加している）の高信頼性設計の割合です。
• 使用環境の厳しさ（テスト条件の厳しさによって対処しようとする）は、発生の可能性に何らかの影響を与えるようです。
• 複数のOEMは、設計が2以下であれば、積層されたFILLEDビアを許可しています。3が難しいところです。
• これは、下の図2に示されている3-8-3資格認定クーポンデザインなどの複雑なHDI構造で観察されています。
• 製品レベルの故障は予測不可能です（プロセス中、保管中、または提出時）
• 歴史的な業界標準のテスト方法では、この故障を検出するのに不十分でしたが、通常のHDI構造には十分なようです。
• 前処理と熱サイクルがこの欠陥を引き起こす可能性がありますが、室温に戻ると、4線式抵抗測定では検出できません。PCBをリフロー温度まで上げたときにのみ、この問題が明らかになります。
• 組み立てリフローを模倣するIPC TM-650 2.6.27A技術は、この潜在的な問題を確実に検出します。（下の図3を参照）。
• 委員会がマイクロビア欠陥のためのFMEAを開発したにもかかわらず、この1つのWMIだけが私たちの焦点です。
• 委員会や業界による追加作業が必要であり、根本原因を特定し、是正措置を実施する必要があります。この委員会のボランティアは、作業に来ることが条件で受け入れられます。（IPCのChris Jorgensenまたはrbpchemical.netのMichael Caranoに連絡してください）
• この問題に関連する業界データはIPCに提供することができ、匿名で使用されます。

WMI委員会と私たちの調査結果についてさらに読むには、APEX 2019 WMI OPEN FORUM [2]から報告書が、また委員会によって白書IPC WP-023「Via Chain Continuity Reflow Test: The Hidden Reliability Threat- Weak Microvia Interface」が公開されています。IPCブックストアから入手可能です。

今後のIPC年次高信頼性フォーラムでのさらなる議論が、5月14日から16日にかけてボルチモアで開催されます[3]

図1. 230^OCで6回のリフロー後に観察されたWMI潜在的欠陥。[許可を得て使用][4]

図2. スタックされたマイクロビア構造とスタガードマイクロビア構造の両方を持つ複雑なHDI適格性クーポン（3-8-3）。[許可を得て使用] [4]

図3. 224.6Cで開き、冷却時に184Cで閉じる4+N+4積層マイクロビア構造のリフロープロファイルと4線式抵抗。室温試験と熱サイクル試験の後、欠陥は見られなかった。[許可を得て使用] [4]

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参考文献

1. IPCプレスリリース、2019年3月6日
2. マイクロビアインターフェースオープンフォーラム、IPC APEX、2019年1月、サンディエゴ、CA
3. IPC高信頼性フォーラム、2019年5月14日から16日まで、メリーランド州ボルチモアで
4.  J.R. ストリックランド＆ジェリー・マゲラ、MSIアプライドテクノロジーがマイクロビア隠れた脅威をどう克服したか、IPC高信頼性フォーラム、2018年5月16日、メリーランド州ボルチモア