Ostrzeżenie IPC dotyczące niezawodności mikropołączeń w produktach wysokiej wydajności

Mam nadzieję, że do tej pory przeczytałeś pełne oświadczenie prasowe IPC z 6 marca 2019 roku, dotyczące ostrzeżenia przed awariami polowych i ukrytymi wysokoprofilowych płyt HDI. Jeśli nie, pełne oświadczenie prasowe jest dostępne na I-Connect 007. [1]

To, co mogłeś zauważyć, to oświadczenie ostrzegawcze, które IPC zamierza dołączyć do nadchodzącej specyfikacji IPC-6012E, Kwalifikacja i specyfikacja wydajności dla sztywnych płyt drukowanych:

„W ciągu ostatnich kilku lat zaobserwowano wiele przypadków awarii mikrowiązek po fabrykacji. Zwykle te awarie występują podczas przepływu, jednak często są niewykrywalne (ukryte) w temperaturze pokojowej. Im dalej w procesie montażu te awarie się ujawniają, tym stają się droższe. Jeśli pozostaną niewykryte aż do momentu, gdy produkt zostanie wprowadzony do użytku, stanowią znacznie większe ryzyko kosztów, a co ważniejsze, mogą stanowić ryzyko bezpieczeństwa.”

NIE PANIKUJ! Pozwól, że wyjaśnię tło tego ostrzeżenia.

W ciągu ostatnich kilku lat kilku producentów OEM doświadczyło ukrytej wady w ich zaawansowanych wielowarstwowych HDI, mimo że były one badane naszymi najlepszymi dostępnymi metodami inspekcji i testowania przy przyjęciu. Ta wada spowodowała awarie obserwowane w:

• Test po przepływie w obwodzie
• Podczas „Box Level” Montażu w warunkach obciążenia środowiskowego (ESS)
• Gdy wyjęto z magazynu
• W serwisie (Produkt dostarczony końcowemu klientowi)

Po intensywnej pracy i badaniach przeprowadzonych przez te firmy OEM oraz we współpracy z Podkomitetem Metodologii Testów Obciążenia Cieplnego D-32, IPC wprowadza nową metodę testowania obciążenia cieplnego (IPC-TM-650, Metoda 2.6.27A) oraz szoku cieplnego (IPC-TM-650, Metoda 2.6.7.2). Metoda 2.6.27 wymaga, aby testowany obiekt lub próbka były poddane normalnemu profilowi przepływu pasty lutowniczej, aby osiągnąć temperaturę szczytową 230 stopni C lub 260 stopni C, będąc podłączonym do jednostki pomiarowej rezystancji 4-przewodowej przez sześć (6) pełnych profili przepływu bez zwiększenia rezystancji o 5%. Łańcuch margerytkowy w próbce testowej musi być złożony z elementów używanych w rzeczywistych obwodach.

To pozwoliło tym OEM-om na wykrycie ukrytych awarii mikropołączeń i ochronę przed możliwymi ucieczkami defektów. Jednak znalezienie przyczyny źródłowej tej ukrytej awarii HDI okazało się nieuchwytne. Dlatego na początku 2018 roku IPC zorganizowało wybraną grupę ekspertów branżowych pod nadzorem Michaela Carano, aby zbadać tę sytuację. Później, w 2018 roku, grupa ta została nazwana IPC V-TSL-MVIA Podkomisja Technologii Rozwiązań Awarii Mikropołączeń o Słabym Interfejsie. Jestem członkiem założycielem tej grupy. Ale pozwólcie, że podkreślę,

W ciągu ostatniego roku spotykaliśmy się i analizowaliśmy dane z testów, mikroprzekroje i wyniki eksperymentalne. Oto co WIEMY:

• Defekt objawia się jako pęknięcie na metalurgicznym interfejsie mikropołączenia do warstwy miedzi poniżej niego lub do innego mikropołączenia poniżej. (patrz Rysunek 1)
• Pierwsze wystąpienie awarii na poziomie produktu wykryte (stosowane mikropołączenia) 2010.
• Złożone stosowane mikropołączenia mogą wykazywać tę ukrytą wadę (>2 stosy), ale nie mikropołączenia przesunięte.
• Dane do tej pory sugerują, że struktury stosowanych mikropołączeń, szczególnie o wysokości stosu 3 lub większej, są znacznie bardziej narażone na ten tryb awarii, i nadal stanowią mniejszość (ale rosnący) procent projektów o wysokiej niezawodności.
• Stopień surowości środowiska użytkowania końcowego (który próbujemy adresować poprzez surowość warunków testowych) wydaje się mieć pewien wpływ na prawdopodobieństwo wystąpienia.
• Kilku producentów OEM pozwala na stosowanie wypełnionych przelotek, jeśli projekt nie przekracza 2. Trzy to już problematyczna liczba.
• Zauważono to w skomplikowanych strukturach HDI, takich jak projekt kuponu kwalifikacyjnego 3-8-3 przedstawiony na rysunku 2 poniżej.
• Awaria na poziomie produktu jest nieprzewidywalna (w procesie, magazynowaniu lub na polu)
• Historyczne standardowe metody testowe branży były niewystarczające do wykrycia tej awarii, ale wydają się wystarczające dla normalnych konstrukcji HDI.
• Prekondycjonowanie i cykle termiczne mogą indukować tę wadę, ale gdy powróci do temperatury pokojowej, wada nie jest wykrywalna przez pomiary oporu 4-przewodowego. Dopiero gdy PCB jest podgrzewany do temperatury przepływu, wada staje się oczywista.
• Technika IPC TM-650 2.6.27A, która replikuje przepływ montażowy, niezawodnie wykryje ten ukryty problem. (patrz Rysunek 3 poniżej).
• Chociaż komitet opracował FMEA dla wad mikroprzewiązań, tylko ta jedna WMI jest naszym celem.
• Dodatkowe prace ze strony komitetu lub branży są potrzebne, aby zidentyfikować główne przyczyny i wprowadzić działania korygujące. Wolontariusze do tego komitetu są akceptowani pod warunkiem, że przyjdą do pracy. (kontakt Chris Jorgensen w IPC lub Michael Carano na rbpchemical.net)
• Wszelkie dane branżowe dotyczące tego problemu mogą być przekazane do IPC i będą użyte 'anonimowo'.

Aby dowiedzieć się więcej o Komitecie WMI i naszych wynikach, dostępny jest raport z naszego APEX 2019 WMI OPEN FORUM [2] oraz Biała Księga opublikowana przez komitet, IPC WP-023 "Via Chain Continuity Reflow Test: The Hidden Reliability Threat- Weak Microvia Interface." Dostępna w księgarni IPC.

Dalsze dyskusje odbędą się na nadchodzącym corocznym Forum Wysokiej Niezawodności IPC, które odbędzie się w Baltimore w dniach 14~16 maja [3]

RYCINA 1. Ukryta wada WMI zaobserwowana po sześciu przepływach w temperaturze 230 ^OC. [użyto za zgodą][4]

RYCINA 2. Skomplikowany kupon kwalifikacyjny HDI (3-8-3) z zarówno ułożonymi, jak i przesuniętymi strukturami mikroprzewiązań. [użyto za zgodą] [4]

RYSUNEK 3. Profil przepływu i 4-przewodowy opór struktury mikroprzewiązania 4+N+4 otwierającej się tylko przy 224,6°C i zamykającej przy 184°C podczas ochładzania. Kolejne testy w temperaturze pokojowej i testy cykli termicznych nie wykazały żadnych wad. [użyto za zgodą] [4]

Masz więcej pytań? Zadzwoń do eksperta w Altium lub dowiedz się więcej o tym, jak zintegrowane narzędzia projektowe wspomagają układanie PCB o wysokiej gęstości w Altium Designer^®.

ODNOŚNIKI

1. Komunikat prasowy IPC, 6 mar 2019
2. Forum Otwarte na temat Słabych Interfejsów Mikroprzewiązań, IPC APEX, styczeń 2019, San Diego, CA 
3. Forum Wysokiej Niezawodności IPC w Baltimore, MD, 14-16 maja 2019    
4.  J.R. Strickland & Jerry Magera, Jak technologia stosowana przez MSI pokonała ukryte zagrożenie mikroprzewiązań, Forum Wysokiej Niezawodności IPC, 16 maja 2018, Baltimore, MD