HDI PCB'lerde Mikrovia Güvenilirliği: Üretim En İyi Uygulamalar ve Arıza Önleme

Müşteriler tarafından insanlaştırılmış görüntüler

Yüksek yoğunluklu bağlantılı (HDI) PCB'lerde, mikrolar minyatürleşmenin bilinmeyen kahramanlarıdır.Bu minik delikler, genellikle bir insan saçından daha geniş değildir (50-150 μm) modern elektronikleri mümkün kılan yoğun katman bağlantılarını sağlar.Ancak büyük yoğunlukla birlikte büyük bir sorumluluk da gelir: Tek bir mikrovia arızası tüm bir cihazı devre dışı bırakabilir, bu da pahalı geri çağırmalara veya güvenlik risklerine yol açabilir.Mühendisler ve üreticiler için, Mikrovia güvenilirliğini anlamak yüksek performanslı HDI PCB'ler sunmak için kritik önem taşır.Bu kılavuz, mikro-yol güvenilirliği bilimini ayrıntılı şekilde açıklıyor., tasarımdan üretime kadar ve bu küçük bileşenlerin zamanın testine dayanmasını sağlamak için uygulanabilir stratejiler sunar.

Önemli Önemli Noktalar
1Mikroviyalar, üretim kusurları (boşluklar, kötü kaplama), mekanik stres (eğilme, termal döngü) ve malzeme uyumsuzlukları nedeniyle başarısız olurlar. HDI PCB alan hatalarının% 35-40'ına neden olurlar.
2Güvenilir mikroviyalar, hassas sondaj (± 5μm toleransı), tekdüze kaplama (95%+ kapsama) ve uyumlu malzemeler (düşük CTE substratları, doktil bakır) gerektirir.
3.Sürekli laminasyon ve lazer sondajı, geleneksel üretim yöntemlerine kıyasla arıza oranlarını %60 azaltır.
4Çapraz kesim analizi, termal döngü ve bükme testi de dahil olmak üzere testler, taraya ulaşmadan önce gizli mikro kanal kusurlarının% 90'ını tespit eder.

Mikroviya Nedir ve Neden Önemlidir?
Mikroviya, HDI PCB'lerindeki küçük, kaplı deliklerdir ve tüm tahtaya nüfuz etmeden bakır katmanlarını birleştirirler.
Kör mikrovyalar: Dış katmanı bir veya daha fazla iç katmana bağlayın, ancak karşı tarafa yakın durun.
Mezarlı mikrolar: İki veya daha fazla iç katmanı birbirine bağlar, görünmez olurlar.
Yığılmış mikrolar: Üç veya daha fazla katmanı birbirine bağlamak için dikey olarak yığılmış çoklu mikrolar, daha büyük deliklere olan ihtiyacı azaltır.
HDI tasarımlarında onların rolü yer değiştirmez:
Uzay verimliliği: Mikrovialar, geleneksel delikli viasların 1/10'unu kaplar ve bu da bileşen yoğunluğunun 3.5 katını artırır.
Sinyal performansı: Kısa, doğrudan yollar, geleneksel PCB'lerde daha uzun, 绕路 bağlantılarına kıyasla sinyal kaybını %40 azaltır.
Güvenilirlik: Daha az konektör ve daha kısa izler titreşime eğilimli cihazlarda (örneğin otomotiv sensörleri) arıza riskini azaltır.
5G baz istasyonu için 12 katmanlı HDI PCB'de, tek bir kare inç, 100Gbps sinyal hızlarını korumak için kritik olan her biri 500+ mikrovia içerebilir.Bu senaryoda %1'lik bir arıza oranı her 100 üniteden 5'ini çalışmaz hale getirir..

Mikrovia'nın Başarısız Olmasının Genel Nedenleri
Mikroviyalar, üretim kusurları veya çevresel stres faktörleri mekanik veya elektrik sınırlarını aştığında başarısız olur.
1Üretim Kusurları.
Üretimde küçük hatalar bile felaket bir başarısızlığa yol açabilir:
a.Plating içindeki boşluklar: Bakır plating sırasında hapsedilen hava kabarcıkları veya kirleticiler, yüksek direnci olan zayıf noktaları yaratır.
b. Alt kaplama: Mikrovyalarda ince veya düzensiz bakır (≤10μm) direnci arttırır, aşırı ısınmaya ve yüksek akım altında açık devrelere yol açar.
c.Körme düzensizliği: Merkezden uzakta (> 10μm) delinmiş mikroplar, aralıklı bağlantılara neden olan izlere sadece kısmen bağlanabilir.
d. Rezin lekesi: Mikrovyaların içinde kalan sondajdan (rezin veya cam lif) kalan kalıntılar bakırı yalıtır ve akım akışını engeller.
IPC'nin yaptığı bir çalışmada, mikro kanalların %60'ının üretim kusurlarına bağlı olduğu, bu da süreç kontrolünü ilk savunma hattı haline getirdi.

2- Mekanik stres.
Mikroviyalar gerçek dünyada sürekli mekanik stresle karşı karşıyadır:
a.Termik döngü: HDI PCB'ler sıcaklık değişiklikleri ile genişler ve daralır (otomobil uygulamalarında -40 °C'den 125 °C'ye kadar).Bakır (17ppm/°C) ve substratlar (FR-4) arasındaki uygunsuz termal genişleme katsayıları (CTE): 1420ppm/°C) mikropova kaplamasını yırtacak bir stres yaratır.
b.Eğlenme/yağma: Sert-yağma HDI PCB'lerde (örneğin, katlanabilir telefonlarda), esnek bölgelerdeki mikrovialar tekrarlanan bükülmeye dayanır. 0.5 mm bükme yarıçapında 0.1 mm mikrovia 10 dakika sonra çatlaklar geliştirebilir.Düzgün tasarlanmamışsa 000 döngü.
c. titreşim: Havacılık veya endüstriyel cihazlarda, 20G titreşimleri, özellikle kaplama ince veya düzensiz ise, mikro kanal bağlantılarını gevşetebilir.

3Maddi uyumsuzluk.
Mikroviyalar malzemeler arasındaki güçlü bağlara dayanır. Bu bağlar kırıldığında arızalar meydana gelir:
a.Kötü yapışkanlık: Bakır kaplama ve substrat (örneğin, FR-4 veya poliamid) arasındaki zayıf yapışma, özellikle termal stres altında delaminasyona neden olur.
b.CTE uyumsuzluğu: Yüksek CTE'ye sahip substratlar (örneğin, standart FR-4) ısıtma sırasında bakırdan daha fazla genişler, mikroviyaları ayırır.
c.Korozyon: Nem veya kimyasallar (örneğin, akış kalıntıları) mikrovia kaplamasına nüfuz ederek bakırı oksitleştiriyor ve direncini arttırıyor.

Üretim Süreçleri Mikrovia Güvenilirliğini Nasıl Etkiler?
Güvenilir mikrofilimlere giden yol fabrikada başlar.Konucu üretim adımları “çalıştırma, kaplama ve laminatörleme” başarısızlık oranlarını doğrudan etkiler.

1- Kesme: hassasiyet önemli.
Mikroviyalar ya lazer ya da mekanik yöntemlerle deliniyor, ancak lazer sondajı güvenilirlik açısından baskın:
a.Lazer sondajı: UV lazerler (355nm dalga boyu) ±5μm toleranslı, minimum reçine lekesi ve pürüzsüz duvarlar ile temiz, hassas delikler oluşturur. 50-100μm mikrolar için idealdir.
b.Mekanik sondaj: Daha büyük mikro boşluklar için çalışır (100-150μm), ancak reçine lekesi ve düz olmayan duvarlar riski vardır, bu da kaplama kusurlarını artırır.

2Plating: Tekdüze Kapsamı Sağlamak
Bakır kaplama, mikroviyaların can damarıdır.
a.Elektroliz bakır çökmesi: Sonraki galvanizasyon çubuklarını sağlayan, via duvarlarına yapışan ince (0,5μm) bir taban tabakası.
b. Elektroplating: Iletkenlik ve dayanıklılık için bakır kalınlığını 15 ′′25 μm (minimum) yapma. Plating ′′pinhole ′′ veya boşluklar olmadan tekdüze olmalıdır.
c. Anelleme: Temel döngüye dayanmak için kritik olan kırılganlığı azaltmak için bakırı 150 ~ 200 ° C'ye ısıtmak.
IPC standartları, saha testlerinde %95+%90 kapsama ile %5 daha sık başarısız olan viyasların kapsamını gerektirir.

3Laminasyon: Sıralı ve geleneksel.
Laminasyon (katmanları birbirine bağlamak) mikrovia hizasını ve gerginliği etkiler:
a.Sürekli laminasyon: HDI katmanlarını birer birer inşa ederken, her yeni katman lazer işaretçileri kullanarak önceki katmana hizalandırılır.Kısa pantolonlara neden olan veya açılan mikrovya hatasını önlemek.
b.Lot laminasyonu: Tek seferde tüm katmanları basmak, geleneksel PCB'ler için kabul edilebilir, ancak 8+ katman HDI'lerde mikrolar için ölümcül olan ± 25μm yanlış hizalama riski.
Sıralı laminatör, 12 katmanlı HDI PCB'lerde mikrovya arıza oranlarını% 60 oranında azaltır ve havacılık ve tıbbi uygulamalar için standart hale getirir.

Mikrovya güvenilirliğini artırmak için stratejiler tasarlamak
Mühendisler proaktif tasarım seçimleriyle arızaları önleyebilirler:
1Mikrovia Boyutunu ve Yerleşimini Optimize Et
a.Büyüklük: Daha büyük mikroviyalar (100-150μm) daha küçük olanlardan (50-75μm) daha fazla üretim değişikliğine karşı daha hoşgörülüdür, ancak daha fazla yer kaplar.Çoğu uygulama için güvenilirlik ile dengeleme yoğunluğu 75-100μm kullan.
b. Aralık: Mikroviaları çaplarının en az 2 katı uzakta tutmak (örneğin, 75μm vias için 150μm aralık) çapraz ses ve mekanik stres önlemek için.
c.Eğilme bölgeleri: Sert-yavaş HDI'lerde, eğilim kaynaklı gerginliği azaltmak için mikroviaları eğilim eksenlerinden 500μm+ uzaklığa yerleştirin.

2- Uyumlu Malzemeleri Seç
a.Substratlar: Isı stresini en aza indirmek için düşük CTE malzemeleri kullanın (örneğin, Rogers RO4350, CTE 14ppm/°C). Fleksif bölgeler için, poliamid (CTE 20ppm/°C) poliesterden daha iyi bakırla eşleşir.
b.Bakır türü: Yontulmuş bakır (elektro deposyona karşı) bükme veya termal döngü sırasında çatlamaya karşı daha esnektir.
Yapıştırıcılar: Delaminasyonu azaltmak için bakıra (17ppm/°C) yakın CTE'li epoksi veya akrilik yapıştırıcılar kullanın.

3Yüksek stresli alanları güçlendir.
a.Termik viaslar: Sinyal mikroviyaslar üzerindeki termal stresi azaltmak için ısıyı dağıtmak için “termik mikroviyaslar” (100μm) “sıcaklık kaynaklarının (örneğin, güç güçlendirici) yakınlarına eklenir.
b. Bakır yastıklar: Gerginliği dağıtmak ve altyapıya yapışmayı iyileştirmek için 50-100μm bakır yastıklarla mikroyağları çevreleyin.
c.90° açıdan kaçının: Sıcak noktalara neden olan akım kalabalığını azaltmak için 45° açıyla mikroyağa yol izleri.

Mikrovya güvenilirliğini doğrulamak için test yöntemleri
Gizli kusurları tespit etmek için sıkı bir test olmadan hiçbir tasarım tamamlanamaz:
1Çapraz kesim analizi.
Mikroviaları dilimleyip mikroskop altında incelemek:
Kaplama kalınlığı ve tekdüzelik.
Boşluklar, iğne delikleri veya reçine lekesi.
Bakır ve alt katman arasındaki yapışma.
IPC-TM-650 2.1.1 ≥15μm kaplama kalınlığını ve <5% boşluk alanını doğrulamak için kesitler gerektirir.

2- Termal Bisiklet.
HDI PCB'leri -40 °C'den 125 °C'ye 1.000'den fazla döngü boyunca maruz bırakın, daha sonra mikrovia direncini test edin.

3- Eğilme testi.
Sert esnek HDI'ler için:
Örnekleri tahtanın kalınlığının 1 katı yarıçapında 10.000+ kez bük.
Süreklilik testçisiyle açılan mikrovyaları kontrol edin.
Güvenilir mikrovialar testten sonra direnç değişikliği göstermemelidir.

4- Röntgen muayenesi.
3 boyutlu röntgen taramaları gizli kusurları tespit eder:
Yığılmış mikrovya hizalama (±5μm içinde olmalıdır).
İç katmanlı mikrolardaki boşluklar ( gömülü viaslar).
Plaka kalınlığı değişimleri.

5- Kaynatılabilirlik testi.
Mikroviyalar montaj sırasında kaynaklılıklarını korumalıdır:
IPC-TM-650 ile test 2.4.12 (leğen batırma testi) leğenin ıslaklıklarının eşit olmasını sağlamak için, çiy olmamasını sağlamak için (oksitasyon veya kirliliğin bir işareti).

Gerçek Dünya Başarısızlıkları ve Çözümleri
1Otomobil ADAS sensörü arızası.
Bir Tier 1 tedarikçisi, HDI tabanlı radar sensörlerinde, mikro kanal çatlaklarına bağlı olarak %15 alan arızası ile karşı karşıya kaldı.
Kök nedeni: CO2 lazer sondajı, uygun kaplama önleyerek, 75μm mikrocikmelerin% 10'unda reçine lekesi bıraktı.
Çözüm: UV lazer sondajına geçildi, reçine lekesini %2'ye ve arızaları %1'e düşürdü.

2. Katlanabilir Telefon Flex Bölgesi Arızaları
Bir akıllı telefon üreticisi, mikrovia'nın sert-yavaş HDI'lerde 10.000 kattan sonra açıldığını gördü.
Kök nedeni: Mikroviyalar bükme eksenlerine (200μm ile önerilen 500μm) çok yakın yerleştirildiğinde bükme sırasında çatladı.
Çözüm: Mikrovyaların yer değiştirilmesi ve 100.000+ katlamanın başarısız olmasını sağlayan yuvarlanmış bakır kullanıldı.

3Tıbbi implant güvenilirliği sorunları.
Bir kalp hızlandırıcı PCB, mikrovia korozyonu nedeniyle kalifikasyon sırasında arızalıydı.
Kök nedeni: Mikrovyalarda sıkışmış akış kalıntıları vücut sıvıları ile reaksiyona girdi ve bakır oksidasyonuna neden oldu.
Çözüm: 5 yıllık dayanıklılık testlerinden geçerek, bir plakalama sonrası temizlik adımı (ultrasonik banyo + DI su akıtma) ve uyumlu kaplama eklendi.

Sık Sorulan Sorular
S: Güvenilir bir şekilde üretilebilen en küçük mikrovia boyutu nedir?
A: Ticari üreticiler UV lazer sondajı ile 50μm mikrovyaları güvenilir bir şekilde üretirler, ancak verimler 30~40μm viaslar için% 90'ın altına düşer.Çoğu yüksek güvenilirlik uygulaması, boyut ve verim dengesi için 75 ‰ 100 μm kullanır.

S: Yığılmış mikrolar güvenilirliği nasıl etkiler?
A: Yığılmış mikrolar (3+ katmanı birbirine bağlayan) tek mikrolardan daha fazla hizalama eğilimindedir.Yüklenmiş viaslar arasında <5μm ofset >10μm artan aralıklı laminatör ve X-ışını hizalama kontrollerini kullanmak, arıza riskini% 80 artırır..

S: Mikrovialar kusurluysa tamir edilebilir mi?
Cevap: Mikrovia kaplama yapıldıktan sonra boşluklar veya çatlaklar gibi kusurlar düzeltilmez. Önleme anahtarıdır: sıkı bir süreç kontrolü ve kritik mikrovyaların% 100'ü denetimi (örn.tıbbi cihazlarda) gereklidir..

S: Mikrovialar sert ortamlarda ne kadar dayanır?
A: Uygun tasarım ve üretim ile, otomotiv veya havacılık PCB'lerindeki mikropovalar 10-20 yıl sürmelidir. Tıbbi implantlarda, biyolojik uyumlu kaplamalar (örneğin, parilen) ömrünü 15+ yıla uzatır.

S: Mikrovialar yüksek frekanslarda sinyal bütünlüğünü etkiler mi?
A: Evet Kötü tasarlanmış mikrocikler (sert duvarlı veya düz olmayan kaplama ile) > 10GHz'de sinyal yansıtmalarına ve kaybına neden olur.Rogers) 100Gbps'e kadar bütünlüğü korumak için.

Sonuç
Mikroviya, HDI PCB'lerin omurgasıdır, modern elektronikleri tanımlayan yoğunluğu ve performansı sağlar.ve sıkı testler. Çömlek boşluklarından termal strese kadar hata modlarını anlamak ve UV lazer sondajı, sıralı laminatör ve malzeme eşleşmesi gibi çözümleri uygulamakla,Üreticiler, en zorlu ortamlarda on yıllarca kullanılabilecek mikro-çeviri üretebilirler.Mühendisler için ders açık: Mikrovia'ları sonradan düşünülmüş olarak değil, en gelişmiş IC'ler gibi ayrıntılara aynı dikkati gerektiren kritik bileşenler olarak ele alın.En küçük özellikler genellikle en büyük başarıları belirler..