Requisitos de Qualidade e Aceitabilidade de HDI

A própria natureza do pequeno tamanho dos microvias torna os critérios de aceitabilidade difíceis de definir. A maioria dos requisitos de Qualidade e Aceitabilidade HDI ainda são definidos pelo OEM. O IPC tem o IPC-6016 como parte do IPC-6012, as ESPECIFICAÇÕES GENÉRICAS DE QUALIFICAÇÃO E DESEMPENHO (SÉRIE 6010). Essas especificações cobrem apenas as camadas de construção HDI e não o núcleo, que é coberto por suas próprias especificações IPC.

Qualificação IPC-6016 e Especificação de Desempenho para Estruturas de Interconexão de Alta Densidade (HDI)

IPC-6016: Este documento contém as especificações gerais para substratos de alta densidade não cobertos por outros documentos IPC, como o IPC-6011, as especificações genéricas de qualificação e desempenho de PWB. Os critérios de aceitação das camadas HDI são organizados em categorias de folhas complementares:

A. Portador de Chip

B. Portátil

C. Alto Desempenho

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D. Ambiente Severo

E. Portátil

Os requisitos de aceitabilidade são divididos nestas 12 especificações específicas:

• Seção 3.1: Geral
• Seção 3.2: Materiais
• Seção 3.3: Exame Visual
• Seção 3.4: Requisitos Dimensionais
• Seção 3.5: Definição de Condutor
• Seção 3.6: Integridade Estrutural
• Seção 3.7: Outros Testes
• Seção 3.8: Máscara de Solda
• Seção 3.9: Propriedades Elétricas
• Seção 3.10: Requisitos Ambientais
• Seção 3.11: Requisitos Especiais
• Seção 3.12: Reparo

Controle de Qualidade

Microvias são praticamente impossíveis de inspecionar visualmente e extremamente difíceis de seccionar transversalmente. Isso exige uma abordagem mais indireta para a verificação da fabricação adequada. Microvias adequadas, como visto na Figura 1 a-d, podem ser distinguidas de microvias defeituosas, como visto na Figura 2a-d. É mais fácil seccionar transversalmente essas vias quando elas são usadas em um "cupom de teste", como o programa PCQRR da IPC. Esses cupons são os mesmos usados no IPC-9151 e correlacionam-se a uma resistência de cadeia de vias medida estatisticamente e a testes de ciclagem térmica acelerada (HATS). [1] Os critérios para a produção de microvias de qualidade são não mais do que 50 microvias defeituosas por milhão de microvias e uma covariância das desvios padrões das resistências Kelvin da cadeia de daisy dos cupons de 5%.

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FIGURA 1. Exemplo de vias cegas e enterradas bem fabricadas; a. Vias cegas-enterradas de 8 camadas; b. Vias cegas-enterradas de 6 camadas; c. Via cega de salto do L-1 para L-2 & L-3; d. Via cega adequada preenchida com máscara de solda.  

FIGURA 2. Vias cegas formadas incorretamente que devem ser rejeitadas.

Qualidade da Perfuração a Laser

A qualidade da perfuração a laser de microvias ilustra a natureza dos modos de falha em microvias. A Figura 3 mostra os sete principais critérios de qualidade para microvias a laser, juntamente com a especificação dos critérios de qualidade, métodos de medição, tamanho da amostra e limite de controle.

FIGURA 3. Os sete principais critérios de qualidade para microvias perfuradas a laser

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Qualificação de Fornecedores

Selecionar um fabricante de HDI pode ser muito desafiador. Uma maneira de descobrir as capacidades de HDI dos fabricantes de PCB é o novo Painel de Benchmarking de Capacidades IPC-9151. Este painel multicamada padronizado pode ser visto na Figura 4. Ele é fornecido em estruturas de 2, 4, 6, 10, 12, 18, 24 e 36 camadas com regras de design de alta e baixa densidade, 5 espessuras (para PCBs e backplanes), e em um grande tamanho de painel de 18” x 24” com várias trilhas e espaços e estruturas de vias cegas e enterradas. O Comitê IPC está planejando outros novos Painéis de Benchmarking para substratos.

As vias cegas são opcionais, mas fornecem dados significativos sobre as capacidades de HDI do fabricante. Detalhes, arte e um relatório de amostra estão disponíveis no Site IPC 9151.

FIGURA 4. Um painel PCQR2 típico do Programa IPC

Outras opções incluem a fabricação de placas de produção e a realização de testes nelas. Embora este método seja conveniente, na maioria das vezes, isso resulta em resultados estatisticamente não significativos, ou seja; poucas amostras são avaliadas para fornecer uma interpretação estatisticamente significativa. O desempenho medido pode ser o resultado da seleção manual das amostras e não ser estatisticamente preciso ao cobrir uma gama de capacidades.

Veículos de Teste muitas vezes são usados para qualificação e isso pode ser muito preciso. Esta também é a maneira pela qual a confiabilidade pode ser estabelecida. Seções posteriores discutirão veículos de teste e resultados de testes de confiabilidade

Cupons de Qualificação

As melhores ferramentas que conheço para fazer isso são os muitos cupons de análise paramétrica e caracterização disponíveis para você. Estes fazem parte do processo de avaliação da qualidade. Esses processos cobrem avaliações de confiabilidade, avaliações de produtos finais, avaliações de produtos em processo e avaliações de parâmetros de processo. Aqui estão cinco sistemas de cupons, quatro vistos na Figura 5:

• IPC-2221 Apêndice A, Cupom D
• Tecnologia de Análise de Condutores (CAT^™)
• Qualidade de Circuito Impresso e Confiabilidade Relativa (PCQR2) (Figura 4)
• Choque Térmico Altamente Acelerado (HATS^™)
• Teste de Estresse de Interconexão (IST^™)

FIGURA 5. Quatro dos cinco sistemas de cupons de teste de qualificação; a. Cupom IPC D; b. Cupons da CAT para painéis; c. Vários cupons de teste HATS da CAT; d. Cupom de Teste de Estresse de Interconexão (IST).

Cupons de Teste de Confiabilidade Acelerada

Três métodos de cupom são tipicamente usados em veículos de teste de confiabilidade:

• Ciclagem Térmica Acelerada (ATC)
• Choque Térmico Altamente Acelerado (HATS)
• Teste de Estresse de Interconexão (IST)

Teste de Ciclagem Térmica

Testes de confiabilidade acelerada usando cupons de teste são tão antigos quanto as PCBs. O princípio é agrupar um grande número de furos em um pequeno espaço e conectá-los em cadeia, daí o nome 'daisy-chain'. A placa de teste ilustrada na Figura 6 é típica de um veículo de teste daisy-chain HDI. Esta placa contém vários tipos diferentes de estruturas de teste para vários critérios de teste. A maior parte do espaço é ocupada pelas daisy-chains de via cega HDI (BLOCO A, B, C, E e F) e pela daisy chain TH (BLOCO D). A Tabela 1 mostra um resumo dos blocos de teste e seus critérios para qualificação. A Figura 7 é típica para a qualificação de produtos tecnologicamente intensivos de maior volume, como notebooks e cartões de rede.

FIGURA 6. Veículo de teste típico para qualificação/fiabilidade de HDI.

Muitos sistemas de cupons são usados para testes de fiabilidade. Estes são incorporados em veículos de teste que são então fabricados e submetidos a várias condições e estresses e depois avaliados quanto ao desempenho. A IPC forneceu uma nova geração de cupons de teste, os "D-Coupons" do Apêndice A na norma IPC-2221. Os critérios de teste para o teste de resistência Kelvin de 4 fios são fornecidos em IPC-TM-650, Método 2.6.27A. O choque térmico é conforme IPC-TM-650, Método 2.6.7.2.

Estes testes são realizados após os cupons passarem por um forno de refusão por convecção SMT no mínimo 6 vezes usando um dos dois diferentes perfis de refusão (230OC ou 260OC) sem nenhuma resistência alta ou abertura detectada.

TABELA 1. Critérios de teste para veículo de teste HDI.

FIGURA 7. Veículo de teste típico da indústria para produtos de computador e telecomunicações de maior fiabilidade.