Cảnh báo của IPC về Độ tin cậy của Microvia đối với Sản phẩm Hiệu suất Cao

Hy vọng, đến nay, bạn đã đọc được thông cáo báo chí đầy đủ từ IPC vào ngày 6 tháng 3 năm 2019, về việc cảnh báo về sự cố và hỏng hóc tiềm ẩn của các bảng mạch HDI có tiếng. Nếu chưa, bạn có thể tìm đọc thông cáo báo chí đầy đủ tại I-Connect 007. [1]  

Điều bạn có thể đã thấy là tuyên bố cảnh báo mà IPC sẽ bao gồm trong IPC-6012E sắp tới, Quy định và Đặc tính Hiệu suất cho Bảng Mạch Cứng:

“Đã có nhiều ví dụ về sự cố microvia sau khi sản xuất trong vài năm qua. Thông thường, những sự cố này xảy ra trong quá trình reflow, tuy nhiên, chúng thường không thể phát hiện (tiềm ẩn) ở nhiệt độ phòng. Quá trình lắp ráp càng tiến xa, những sự cố này càng trở nên tốn kém. Nếu chúng vẫn không được phát hiện cho đến sau khi sản phẩm được đưa vào sử dụng, chúng trở thành rủi ro chi phí lớn hơn nhiều, và quan trọng hơn, có thể gây ra rủi ro an toàn.”

ĐỪNG HOẢNG LOẠN!  Để tôi giải thích nguyên nhân của cảnh báo này. 

Trong vài năm qua, một số OEM đã gặp phải lỗi tiềm ẩn trong các lớp đa HDI phức tạp của họ mặc dù đã được kiểm tra và thử nghiệm đầu vào tốt nhất có thể. Lỗi này đã gây ra các trường hợp hỏng hóc được quan sát trong:

• Kiểm Tra Mạch In Sau Quá Trình Reflow
• Trong môi trường lắp ráp “Cấp Độ Hộp” Kiểm tra Ứng Suất Môi Trường (ESS)
• Khi được lấy ra khỏi kho
• Trong Dịch Vụ (Sản Phẩm Được Khách Hàng Sử Dụng)

Sau nhiều công sức và điều tra từ các OEM, và với sự phối hợp với Tiểu ban Phương pháp Thử nghiệm Ứng Suất Nhiệt D-32, IPC đã đưa ra một phương pháp thử nghiệm mới cho ứng suất nhiệt, (IPC-TM-650, Phương pháp 2.6.27A) và sốc nhiệt (IPC-TM-650, Phương pháp 2.6.7.2). Phương pháp 2.6.27 yêu cầu phương tiện thử nghiệm hoặc coupon phải được chịu một hồ sơ reflow keo hàn bình thường để đạt đến nhiệt độ đỉnh 230 độ C hoặc 260 Độ C trong khi được kết nối với một đơn vị đo điện trở 4 dây cho sáu (6) hồ sơ reflow đầy đủ mà không tăng điện trở 5%. Chuỗi daisy trong coupon thử nghiệm cần được tạo thành từ các đặc điểm được sử dụng trong các mạch thực tế.

Điều này đã giúp các OEM phát hiện ra các lỗi microvia tiềm ẩn và bảo vệ bản thân khỏi khả năng lỗi thoát ra ngoài. Nhưng việc tìm ra Nguyên Nhân Gốc Rễ của lỗi HDI tiềm ẩn này đã trở nên khó khăn. Vì vậy, vào đầu năm 2018, IPC đã tổ chức một nhóm chọn lọc các chuyên gia trong ngành, dưới sự giám sát của Michael Carano, để điều tra tình hình này. Sau đó, vào năm 2018, nhóm này được đặt tên là IPC V-TSL-MVIA Ủy Ban Giải Pháp Công Nghệ Sự Cố Giao Diện Microvia Yếu. Tôi là một thành viên sáng lập của nhóm này. Nhưng hãy để tôi nhấn mạnh,

Trong năm qua, chúng tôi đã gặp gỡ và xem xét dữ liệu thử nghiệm, mặt cắt vi mô và kết quả thí nghiệm. Đây là những gì chúng tôi BIẾT:

• Lỗi biểu hiện dưới dạng vết nứt tại giao diện kim loại của microvia với lớp đồng bên dưới hoặc với microvia khác bên dưới. (xem Hình 1)
• Lần đầu tiên phát hiện ra lỗi ở cấp độ sản phẩm (microvias xếp chồng) 2010.
• Microvias xếp chồng phức tạp có thể thể hiện lỗi tiềm ẩn này (>2 chồng) nhưng microvias xếp lệch thì không.
• Dữ liệu cho đến nay ngụ ý rằng cấu trúc microvia xếp chồng, đặc biệt là chiều cao xếp chồng 3 hoặc lớn hơn, có khả năng cao hơn nhiều để gặp phải chế độ hỏng này, và nó vẫn là một tỷ lệ nhỏ (nhưng đang tăng) trong các thiết kế độ tin cậy cao.
• Mức độ nghiêm trọng của môi trường sử dụng cuối cùng (mà chúng tôi cố gắng giải quyết bằng mức độ nghiêm trọng của điều kiện kiểm tra) dường như có một số ảnh hưởng đến khả năng xảy ra.
• Một số nhà sản xuất OEM cho phép chồng các via ĐÃ LẤP đầy nếu thiết kế không quá 2. Ba là con số khó khăn.
• Điều này đã được quan sát trong các cấu trúc HDI phức tạp như Thiết kế Phiếu Đánh giá 3-8-3 được thấy trong Hình 2 bên dưới.
• Các sự cố ở cấp độ sản phẩm là không thể dự đoán (trong quá trình, lưu trữ hoặc đã nộp)
• Các phương pháp kiểm tra tiêu chuẩn của ngành trước đây không đủ để phát hiện lỗi này nhưng dường như đủ cho các cấu trúc HDI bình thường.
• Điều kiện tiền xử lý và chu kỳ nhiệt có thể gây ra lỗi này nhưng khi trở lại nhiệt độ phòng, lỗi không thể phát hiện bằng phép đo điện trở 4 dây. Chỉ khi PCB được đưa lên nhiệt độ tái hợp là lỗi mới rõ ràng.
• Kỹ thuật IPC TM-650 2.6.27A mô phỏng lại quá trình tái hợp lắp ráp sẽ phát hiện đáng tin cậy vấn đề tiềm ẩn này. (xem Hình 3 bên dưới).
• Mặc dù ủy ban đã phát triển một FMEA cho các lỗi microvia, chỉ có một WMI này là tâm điểm của chúng tôi.
• Công việc bổ sung của ủy ban hoặc ngành công nghiệp là cần thiết để xác định nguyên nhân gốc rễ và thực hiện các biện pháp khắc phục. Tình nguyện viên cho ủy ban này được chấp nhận miễn là họ đến làm việc. (liên hệ Chris Jorgensen tại IPC hoặc Michael Carano tại rbpchemical.net)
• Mọi dữ liệu của ngành liên quan đến vấn đề này có thể được đóng góp cho IPC và sẽ được sử dụng ‘ẩn danh’.

Để đọc thêm về Ủy ban WMI và các phát hiện của chúng tôi, có một báo cáo được cung cấp từ diễn đàn APEX 2019 WMI OPEN FORUM [2] và một Bản Trắng đã được ủy ban xuất bản, IPC WP-023 “Via Chain Continuity Reflow Test: The Hidden Reliability Threat- Weak Microvia Interface.” Có sẵn tại IPC Bookstore.

Các cuộc thảo luận tiếp theo sẽ được tiến hành tại Diễn đàn Độ Tin cậy Cao Hàng Năm của IPC sẽ được tổ chức tại Baltimore vào ngày 14~16 tháng 5 [3]

HÌNH 1. Lỗi tiềm ẩn của WMI được quan sát sau sáu lần reflow ở 230^OC. [được sử dụng với sự cho phép][4]

HÌNH 2. Một phiếu đánh giá HDI phức tạp (3-8-3) với cả cấu trúc microvia xếp chồng và xếp lệch. [được sử dụng với sự cho phép] [4]

HÌNH 3. Hồ sơ nhiệt độ và điện trở 4 dây của cấu trúc microvia xếp chồng 4+N+4 mở ra chỉ ở 224.6C và đóng lại ở 184C khi làm mát. Các bài kiểm tra ở nhiệt độ phòng và kiểm tra chu kỳ nhiệt sau đó cho thấy không có lỗi. [được sử dụng với sự cho phép] [4]

Có thêm câu hỏi? Gọi cho chuyên gia tại Altium hoặc tìm hiểu thêm về cách công cụ thiết kế tích hợp hỗ trợ bố cục PCB mật độ cao trong Altium Designer^®.

THAM KHẢO

1. Thông cáo báo chí của IPC, Ngày 6 tháng 3, 2019
2. Diễn đàn Mở về Giao diện Microvia Yếu, IPC APEX, Tháng 1 năm 2019, San Diego, CA 
3. Diễn đàn Độ Tin cậy Cao của IPC tại Baltimore, MD vào ngày 14-16 tháng 5, 2019    
4.  J.R. Strickland & Jerry Magera, Cách Công nghệ Áp dụng MSI Đánh bại Mối đe dọa Ẩn của Microvia, Diễn đàn Độ Tin cậy Cao của IPC, Ngày 16 tháng 5, 2018, Baltimore, MD