Wymagania dotyczące jakości i akceptowalności HDI

Sam fakt, że mikropoprowadzenia są małe, sprawia, że trudno jest zdefiniować kryteria akceptacji. Większość wymagań dotyczących jakości i akceptacji HDI jest nadal określana przez OEM. IPC posiada IPC-6016 jako część IPC-6012, ogólne SPECYFIKACJE KWALIFIKACJI I WYDAJNOŚCI (SERIA 6010). Te specyfikacje obejmują tylko warstwy budujące HDI, a nie rdzeń, który jest objęty własnymi specyfikacjami IPC.

Kwalifikacja i specyfikacja wydajności dla struktur High Density Interconnect (HDI)

IPC-6016: Ten dokument zawiera ogólne specyfikacje dla substratów o wysokiej gęstości, które nie są już objęte przez inne dokumenty IPC, takie jak IPC-6011, ogólne specyfikacje kwalifikacji i wydajności PWB. Kryteria akceptacji warstw HDI są zorganizowane w kategorie arkuszy dodatkowych:

A. Nośnik układu scalonego

B. Urządzenie przenośne

C. Wysoka wydajność

High-Speed PCB Design

Simple solutions to high-speed design challenges.

Learn More

D. Trudne warunki środowiskowe

E. Przenośny

Wymagania akceptacji są podzielone na te 12 konkretnych specyfikacji:

• Sekcja 3.1: Ogólne
• Sekcja 3.2: Materiały
• Sekcja 3.3: Badanie Wizualne
• Sekcja 3.4: Wymagania Wymiarowe
• Sekcja 3.5: Definicja Przewodnika
• Sekcja 3.6: Integralność Strukturalna
• Sekcja 3.7: Inne Testy
• Sekcja 3.8: Maska Lutownicza
• Sekcja 3.9: Właściwości Elektryczne
• Sekcja 3.10: Wymagania Środowiskowe
• Sekcja 3.11: Wymagania Specjalne
• Sekcja 3.12: Naprawa

Kontrola Jakości

Mikrowieże są praktycznie niemożliwe do zbadania wizualnie i niezwykle trudne do przekrojenia. To wymaga bardziej pośredniego podejścia do weryfikacji prawidłowego wykonania. Prawidłowe mikrowieże, jak widać na Rysunku 1 a-d, można odróżnić od wadliwych mikrowieży, jak na Rysunku 2a-d. Najłatwiej jest przekroić te wieże, gdy są używane w „kuponie testowym”, takim jak program PCQRR IPC. Te kupony są takie same, jak używane w IPC-9151 i korelują ze statystycznie zmierzonym oporem łańcucha wież oraz przyspieszonymi testami termiczno-cyklicznymi (HATS). [1] Kryteria dla jakości produkcji mikrowieży to nie więcej niż 50 wadliwych mikrowieży na milion mikrowieży oraz kowariancja odchyleń standardowych kuponów rezystancji łańcucha Kelvin o 5%.

Best in Class Interactive Routing

Reduce manual routing time for even the most complex projects.

Learn More

RYCINA 1. Przykład dobrze wykonanych wież ślepych i zakopanych; a. 8-warstwowe wieże ślepe-zakopane; b. 6-warstwowe wieże ślepe-zakopane; c. Pominięta wieża ślepa od L-1 do L-2 & L-3; d. Prawidłowa wieża ślepa wypełniona maską lutowniczą.  

RYCINA 2. Nieprawidłowo uformowane wieże ślepe, które powinny zostać odrzucone.

Jakość wiercenia laserowego

Jakość wiercenia laserowego mikroprzewiązań ilustruje charakterystykę trybów awarii w mikroprzewiązaniach. Rysunek 3 przedstawia siedem głównych kryteriów jakości dla mikroprzewiązań wierconych laserowo, wraz ze specyfikacją kryteriów jakości, metodami pomiaru, wielkością próbki i limitem kontroli.

RYCINA 3. Siedem głównych kryteriów jakości dla mikroprzewiązań wierconych laserowo

Layer Stackup Design

Reduce noise and improve signal timing, even on the most complex boards.

Learn More

Kwalifikacja dostawcy

Wybór producenta HDI może być bardzo wymagający. Jednym ze sposobów odkrycia możliwości HDI producentów PCB jest nowa płyta do benchmarkingu IPC-9151 Capabilities Benchmarking Panel. Ta standaryzowana wielowarstwowa płyta jest przedstawiona na rysunku 4. Dostępna jest w strukturach 2, 4, 6, 10, 12, 18, 24 i 36-warstwowych z zasadami projektowania o wysokiej i niskiej gęstości, 5 grubościami (dla PCB i backplanes) oraz w dużym formacie płyty 18” x 24” z różnymi śladami i odstępami oraz strukturami przewiązań ślepych i zakopanych. Komitet IPC planuje inne nowe płyty do benchmarkingu dla substratów.

Przewiązania ślepe są opcjonalne, ale dostarczają znaczących danych na temat możliwości HDI producenta. Szczegóły, sztuka i przykładowy raport są dostępne na stronie internetowej IPC 9151.

RYCINA 4. Typowa płyta PCQR2 z programu IPC

Inne opcje obejmują wytwarzanie płyt produkcyjnych i ich testowanie. Chociaż ta metoda jest wygodna, najczęściej prowadzi to do statystycznie nieistotnych wyników, to znaczy; oceniane jest zbyt mało próbek, aby zapewnić statystycznie znaczącą interpretację. Zmierzona wydajność może być wynikiem ręcznego wybierania próbek i nie być statystycznie dokładna w zakresie pokrycia różnych możliwości.

Do kwalifikacji często używa się pojazdów testowych, co może być bardzo dokładne. To również sposób na ustalenie niezawodności. W dalszych sekcjach omówione zostaną pojazdy testowe i wyniki testów niezawodności

Kupony kwalifikacyjne

Najlepsze narzędzia, jakie znam do tego, to wiele dostępnych dla Ciebie kuponów do analizy parametrycznej i charakteryzacji. Są one częścią procesu oceny jakości. Te procesy obejmują oceny niezawodności, oceny produktu końcowego, oceny produktu w trakcie produkcji oraz oceny parametrów procesu. Oto pięć systemów kuponów, cztery przedstawione na Rysunku 5:

• IPC-2221 Dodatek A, Kupon D
• Technologia Analizy Przewodników (CAT^™)
• Jakość i Względna Niezawodność Drukowanych Obwodów (PCQR2) (Rysunek 4)
• Wysoko Przyspieszony Test Termiczny (HATS^™)
• Test Naprężenia Międzypodłączeniowego (IST^™)

RYSUNEK 5. Cztery z pięciu systemów próbek kwalifikacyjnych; a. Kupon IPC D; b. Kupony CAT dla paneli; c. Różne kupony testowe HATS firmy CAT; d. Kupon testu naprężenia międzypodłączeniowego (IST).

Próbki do przyspieszonych testów niezawodności

Typowo używa się trzech metod kuponów w pojazdach testowych niezawodności:

• Przyspieszone Termiczne Cykle (ATC)
• Wysoce Przyspieszony Termiczny Szok (HATS)
• Test Naprężenia Międzypodłączeniowego (IST)

Testowanie Cykli Termicznych

Przyspieszone testowanie niezawodności przy użyciu kuponów testowych jest równie stare jak PCB. Zasada polega na zgromadzeniu dużej liczby otworów na małej przestrzeni i połączeniu ich w łańcuch, stąd nazwa „łańcuch stokrotki”. Płytka przedstawiona na rysunku 6 jest typowa dla pojazdu testowego HDI łańcucha stokrotki. Ta płyta zawiera wiele różnych struktur testowych dla różnych kryteriów testowych. Większość przestrzeni zajmują łańcuchy stokrotki HDI z ślepymi via (BLOK A, B, C, E i F) oraz łańcuch stokrotki TH (BLOK D). Tabela 1 pokazuje podsumowanie bloków testowych i ich kryteria kwalifikacji. Rysunek 7 jest typowy dla kwalifikacji produktów o większej objętości i intensywnej technologii, takich jak notebooki i karty sieciowe.

RYSUNEK 6. Typowy pojazd testowy do kwalifikacji/niezbędności HDI.

Do testów niezawodności używa się wielu systemów kuponów. Są one włączane do pojazdów testowych, które następnie są produkowane i poddawane różnym warunkom oraz obciążeniom, a następnie oceniane pod kątem wydajności. IPC dostarczyło nową generację kuponów testowych, „D-Coupons” z Załącznika A w standardzie IPC-2221. Kryteria testowe dla testu rezystancji 4-przewodowej Kelvina są dostarczone w IPC-TM-650, Metoda 2.6.27A. Wstrząs termiczny jest zgodny z IPC-TM-650, Metoda 2.6.7.2.

Te testy są przeprowadzane po tym, jak kupony są przepuszczane przez piec do montażu konwekcyjnego SMT co najmniej 6 razy, używając jednego z dwóch różnych profili przepływu (230OC lub 260OC) bez wykrytych wysokich rezystancji lub przerw.

TABELA 1. Kryteria testowe dla pojazdu testowego HDI.

RYSEUNEK 7. Typowy pojazd testowy przemysłowy dla produktów komputerowych i telekomunikacyjnych o wyższej niezawodności.