Предупреждение IPC о надежности микровиас для высокопроизводительных продуктов

Надеемся, что к этому моменту вы уже прочитали полное пресс-релиз IPC от 6 марта 2019 года о предупреждении о полевых и скрытых отказах высокопрофильных плат HDI. Если нет, полный текст пресс-релиза доступен на I-Connect 007. [1]

Возможно, вы уже видели предупреждающее заявление, которое IPC включит в предстоящий IPC-6012E, Квалификация и спецификация производительности для жестких печатных плат:

«За последние несколько лет было много примеров отказов микровиас после изготовления. Обычно эти отказы происходят во время переплавки, однако они часто остаются незаметными (скрытыми) при комнатной температуре. Чем дальше в процессе сборки проявляются эти отказы, тем они становятся дороже. Если они остаются незамеченными до того, как продукт будет введен в эксплуатацию, они представляют гораздо больший риск стоимости, и что более важно, могут представлять риск для безопасности.»

НЕ ПАНИКУЙТЕ! Позвольте мне объяснить предысторию этого предупреждения.

За последние несколько лет несколько OEM-производителей столкнулись со скрытым дефектом в их сложных многослойных HDI, несмотря на лучшие доступные методы входного контроля и тестирования. Этот дефект вызвал отказы, наблюдаемые в:

• Тестирование в схеме после переплавки
• Во время испытаний на устойчивость к воздействию окружающей среды на уровне сборки «Box Level» (ESS)
• После извлечения из хранения
• В процессе эксплуатации (продукт, переданный конечному потребителю)

После значительных усилий и исследований, проведенных данными OEM-производителями, и в координации с подкомитетом по методологии тестирования термического стресса D-32, IPC вводит новый метод испытаний на термический стресс (IPC-TM-650, Метод 2.6.27A) и термический шок (IPC-TM-650, Метод 2.6.7.2). Метод 2.6.27 предусматривает подвергание тестового образца или купона нормальному профилю переплавки паяльной пасты для достижения пиковой температуры 230 градусов Цельсия или 260 градусов Цельсия при подключении к четырехпроводному блоку измерения сопротивления на протяжении шести (6) полных профилей переплавки без увеличения сопротивления на 5%. Цепочка соединений в тестовом купоне должна состоять из элементов, используемых в фактических схемах.

Это позволило данным OEM обнаружить скрытые неисправности микровиасов и защитить себя от возможных дефектов. Но нахождение коренной причины этих скрытых неисправностей HDI оставалось неразрешимой задачей. Так, в начале 2018 года IPC организовало выборочную группу экспертов под руководством Майкла Карано для исследования этой ситуации. Позже, в 2018 году, эту группу назвали IPC V-TSL-MVIA Подкомитет по технологическим решениям для неисправностей микровиасов из-за слабого интерфейса. Я являюсь одним из основателей этой группы. Но позвольте мне подчеркнуть,

За прошедший год мы встречались и анализировали тестовые данные, микросекции и экспериментальные результаты. Вот что мы ЗНАЕМ:

• Дефект проявляется в виде разрыва на металлургическом интерфейсе микровиаса с нижележащим слоем меди или другим микровиасом под ним. (см. Рисунок 1)
• Первое обнаружение неисправности на уровне продукта (стекированные микровиасы) 2010 год.
• Сложные стекированные микровиасы могут демонстрировать этот скрытый дефект (>2 стека), но не разнесенные микровиасы.
• Данные на данный момент подразумевают, что структуры стекированных микровиасов, особенно с высотой стека 3 и более, гораздо более склонны к этому режиму отказа, и это все еще меньшинство (но растущий процент) высоконадежных конструкций.
• Степень тяжести условий использования конечного продукта (которую мы пытаемся учесть, выбирая степень тяжести условий испытаний) кажется имеет некоторое влияние на вероятность возникновения.
• Некоторые OEM-производители разрешают использование заполненных сквозных переходов (vias), если в дизайне их не более двух. С тремя возникают сложности.
• Это было замечено в сложных структурах HDI, таких как дизайн купона квалификации 3-8-3, представленный на рисунке 2 ниже.
• Отказы на уровне продукта непредсказуемы (в процессе, при хранении или в поле)
• Исторические стандартные методы испытаний отрасли были недостаточны для обнаружения этой неисправности, но кажутся достаточными для обычных конструкций HDI.
• Предварительная подготовка и термоциклирование могут вызвать этот дефект, но когда он возвращается к комнатной температуре, дефект не обнаруживается при измерениях сопротивления четырехпроводным методом. Только когда печатная плата нагревается до температур переплавки, дефект становится заметным.
• Техника IPC TM-650 2.6.27A, которая воспроизводит переплавку при сборке, надежно обнаруживает эту скрытую проблему. (см. Рисунок 3 ниже).
• Хотя комитет разработал FMEA для дефектов микровиас, только этот один WMI является нашим фокусом.
• Дополнительная работа со стороны комитета или отрасли необходима для выявления корневых причин(ы) и реализации корректирующих действий. Волонтеры для этого комитета принимаются при условии, что они придут работать. (связаться с Крисом Йоргенсеном в IPC или Майклом Карано на rbpchemical.net)
• Любые данные отрасли, касающиеся этой проблемы, могут быть предоставлены в IPC и будут использоваться 'анонимно'.

Чтобы узнать больше о Комитете WMI и наших выводах, доступен отчет с нашего APEX 2019 WMI OPEN FORUM [2] и комитетом был опубликован Белый документ, IPC WP-023 "Тест на непрерывность цепи через микровиа после рефлоу: Скрытая угроза надежности - слабый интерфейс микровиа". Доступно в книжном магазине IPC.

Дальнейшие обсуждения будут проведены на предстоящем ежегодном Форуме высокой надежности IPC, который состоится в Балтиморе 14~16 мая [3]

РИСУНОК 1. Скрытый дефект WMI, наблюдаемый после шести рефлоу при 230^ОС. [использовано с разрешения][4]

РИСУНОК 2. Сложный купон квалификации HDI (3-8-3) с комбинированными структурами микровиа, расположенными как стопкой, так и в шахматном порядке. [использовано с разрешения] [4]

РИСУНОК 3. Профиль переплавки и 4-проводное сопротивление структуры микровиа с укладкой 4+N+4, открывающейся при температуре только 224,6°C и закрывающейся при охлаждении до 184°C. Последующее тестирование при комнатной температуре и тестирование на термоциклирование не выявили дефектов. [использовано с разрешения] [4]

Есть вопросы? Звоните эксперту из Altium или узнайте больше о том, как интегрированные инструменты проектирования помогают в разработке печатных плат высокой плотности в Altium Designer^®.

ССЫЛКИ

1. Пресс-релиз IPC, 6 марта 2019 года
2. Открытый форум по проблеме слабого интерфейса микровиа, IPC APEX, январь 2019 года, Сан-Диего, Калифорния
3. Форум по высокой надежности IPC в Балтиморе, штат Мэриленд, 14-16 мая 2019 года
4.  J.R. Strickland & Jerry Magera, Как технологии MSI Applied Technology преодолели скрытую угрозу микровиа, Форум по высокой надежности IPC, 16 мая 2018 года, Балтимор, штат Мэриленд