Δοκιμασία HDI γυμνού πίνακα: Τυπικές και προηγμένες μεθόδους για την εξασφάλιση της ποιότητας και της αξιοπιστίας

Τα γυμνά πλαίσια υψηλής πυκνότητας διασύνδεσης (HDI) αποτελούν τη ραχοκοκαλιά των σύγχρονων ηλεκτρονικών συσκευών, επιτρέποντας τα συμπαγή, υψηλής απόδοσης σχέδια που βρίσκονται σε συσκευές 5G, ιατρικά εμφυτεύματα και αεροδιαστημικά συστήματα.Σε αντίθεση με τα τυπικά PCB, οι πλακέτες HDI διαθέτουν μικροβύσματα (≤150μm), ίχνη λεπτής ομιλίας (≤50μm) και πυκνά στρώματα ∆ιδεσιμότητες που απαιτούν αυστηρές δοκιμές για την εξασφάλιση της αξιοπιστίας.Ένα μόνο κρυφό ελάττωμα σε μια HDI πλακέτα μπορεί να προκαλέσει βλάβη σήματος, θερμική πίεση ή πλήρης βλάβη της συσκευής, καθιστώντας αδιαπραγμάτευτη την ολοκληρωμένη δοκιμή.

Ο οδηγός αυτός περιγράφει τις κρίσιμες μεθόδους δοκιμών, τόσο τις τυποποιημένες όσο και τις προηγμένες, που απαιτούνται για την επικύρωση της ποιότητας των γυμνών πλακών HDI.και προηγμένα εργαλεία όπως η ανάλυση ακτίνων Χ και μικροβίων, piαρέχει ένα χάρτη πορείας για την ανίχνευση ελαττωμάτων πριν τη συναρμολόγηση.Αυτές οι πρακτικές θα σας βοηθήσουν να ανταποκριθείτε στις αυστηρές απαιτήσεις της βιομηχανίας και να παραδώσετε αξιόπιστα προϊόντα.

Βασικά συμπεράσματα
1.Η μοναδικότητα του HDI: Οι μικροσκοπίες, τα λεπτά ίχνη και τα πυκνά στρώματα καθιστούν τα HDI board πιο ευάλωτα σε κρυμμένα ελαττώματα (π.χ. μέσω κενών, ασυμφωνίας στρωμάτων) τα οποία μπορεί να παραλείψουν οι τυποποιημένες δοκιμές.
2.Τα πρότυπα IPC: Η συμμόρφωση με τα πρότυπα IPC-A-600 (εικόνα), IPC-6012 (αποδόσεις) και IPC-2226 (σχεδιασμός) είναι υποχρεωτική για αξιόπιστες πλακέτες HDI, ειδικά σε εφαρμογές κατηγορίας 3 (αεροδιαστημικές, ιατρικές).
3Δοκιμαστικές στρώσεις: Συνδυάζονται επιφανειακές δοκιμές (AOI) με εσωτερικούς ελέγχους (ακτίνες Χ) και ηλεκτρική επικύρωση (πτητικός ανιχνευτής) για την κάλυψη όλων των πιθανών ελαττωμάτων.
4Προηγμένες μεθόδους: Η επιθεώρηση με ακτίνες Χ και οι δοκιμές αντίστασης μικροβίων είναι κρίσιμες για την ανίχνευση κρυμμένων προβλημάτων σε πολυεπίπεδα σχέδια HDI.
5Κόστος έναντι ποιότητας: Η επένδυση σε διεξοδικές δοκιμές μειώνει τις βλάβες πεδίου κατά 60·70%, αντισταθμίζοντας τα αρχικά κόστη μέσω χαμηλότερων απαιτήσεων επανεργασίας και εγγύησης.

Γιατί έχει σημασία η δοκιμή HDI με γυμνό πίνακα;
Οι πλακέτες HDI σπρώχνουν τα όρια της κατασκευής PCB, με χαρακτηριστικά όπως τα μικροδιαγράμματα 0,1 mm και το 3/3 mil trace/space.

1Κρυμμένα ελαττώματα
α.Μικροβιακά κενά: Ακόμη και μικρές τσέπες αέρα (≥ 10% του όγκου μέσω) αποδυναμώνουν τις ηλεκτρικές συνδέσεις και αυξάνουν την αντίσταση, οδηγώντας σε απώλεια σήματος σε σχέδια υψηλής συχνότητας.
β.Ασφάλεια ευθυγράμμισης στρωμάτων: Μια μετατόπιση 0,05 mm μεταξύ των στρωμάτων σε μια πλακέτα HDI 12 στρωμάτων μπορεί να σπάσει τις συνδέσεις σε πυκνά κυκλώματα (π.χ. BGA διαστάσεως 0,4 mm).
c. Αποστρωματισμός: Η κακή επικάλυψη των εσωτερικών στρωμάτων (συχνά αόρατη στις επιφανειακές δοκιμές) προκαλεί εισροή υγρασίας και θερμική βλάβη με την πάροδο του χρόνου.

2. Επιπτώσεις στη βιομηχανία
α. Ιατρικές συσκευές: Μία μόνο ρωγμή μέσω PCB ενός βηματοδότη μπορεί να οδηγήσει σε βλάβη της συσκευής και του ασθενούς.
β.Αεροδιαστημικά συστήματα: Η αποστρωματοποίηση στρωμάτων στις πίνακες HDI αεροηλεκτρονικών μπορεί να αποτύχει υπό θερμική πίεση σε μεγάλα υψόμετρα.
c.5G υποδομή: Οι αποκλίσεις παρεμπόδισης από μη δοκιμασμένα ίχνη προκαλούν αντανάκλαση σήματος, μειώνοντας την εμβέλεια του δικτύου κατά 20-30%.

Πρότυπα IPC για τις δοκιμές HDI γυμνών πλακών
Η συμμόρφωση με τα πρότυπα IPC εξασφαλίζει συνεπή ποιότητα σε όλη την κατασκευή HDI.

Διακρίσεις κατηγορίας:

Τάξη 1: Καταναλωτικά ηλεκτρονικά προϊόντα (π.χ. παιχνίδια) με βασικές ανάγκες αξιοπιστίας.
Τάξη 2: Εμπορικές συσκευές (π.χ. smartphones) που απαιτούν σταθερή απόδοση.
Τάξη 3: Εφαρμογές υψηλής αξιοπιστίας (αεροδιαστημικές, ιατρικές) με μηδενική ανοχή σε ελαττώματα.

Τυποποιημένες μεθόδους δοκιμής για γυμνά πλάκα HDI
Οι τυποποιημένες δοκιμές αποτελούν το θεμέλιο του ελέγχου ποιότητας HDI, με επίκεντρο τα ελαττώματα της επιφάνειας και τη βασική ηλεκτρική ακεραιότητα.
1Αυτοματοποιημένη οπτική επιθεώρηση (AOI)
Η AOI χρησιμοποιεί κάμερες υψηλής ανάλυσης (5 ′′ 10 μm / pixel) για την σάρωση επιφανειών HDI, συγκρίνοντας εικόνες με αρχεία σχεδιασμού (Gerbers) για την ανίχνευση:

α.Ελαττώματα επιφάνειας: γρατζουνιές, διαφορά ευθυγράμμισης της μάσκας συγκόλλησης, εκτεθειμένο χαλκό.
β.Προβλήματα ιχνηλασίας: Ανοίγει, στενώνει ή αραιώνει (≤ 70% του ονομαστικού πλάτους).
c.Προβλήματα με τα pad: Λείπουν τα pad, λάθος μέγεθος ή οξείδωση.

Βέλτιστη πρακτική: Χρησιμοποιήστε 3D AOI για τις πλάκες HDI για τη μέτρηση του πάχους της μάσκας συγκόλλησης και την ανίχνευση λεπτών διακυμάνσεων της επιφάνειας (π.χ. καταθλίψεις 5μm σε ίχνη).

2Δοκιμασμός ιπτάμενου ανιχνευτή.
Τα συστήματα ιπτάμενων ανιχνευτών χρησιμοποιούν ρομποτικά ανιχνευτές για να επαληθεύσουν την ηλεκτρική συνέχεια σε HDI πλαίσια, ελέγχοντας:

α.Ανοίγει (σπασμένα ίχνη/μέσω συνδέσεων).
β.Σύνδεσμοι (μη προγραμματισμένες συνδέσεις μεταξύ των δικτύων).
γ. Αποκλίσεις αντίστασης (≥ 10% πάνω από τις σχεδιαστικές προδιαγραφές).

Ιδανικό για HDI πλακέτες επειδή:

α.Δεν απαιτούνται προσαρμοσμένα εξαρτήματα (κρίσιμα για πρωτότυπα ή μικρές εκδόσεις).
β. Οι ανιχνευτές μπορούν να έχουν πρόσβαση σε στενά κενά (π.χ. σημεία δοκιμής 0,2 mm μεταξύ μικροβίων).

Συμβουλή: Συνδυασμός με δοκιμές μετρήσεων ορίων (JTAG) για HDI πλακίδια με απρόσιτα εσωτερικά στρώματα, βελτιώνοντας την κάλυψη δοκιμής κατά 40·50%.

3Δοκιμασία συγκολλητικότητας
Οι HDI με λεπτές πλάκες (≤ 0,3 mm) απαιτούν ακριβή συγκόλληση για την αποφυγή αποτυχιών συναρμολόγησης.

α.Δοκιμή βύθισης: βύθιση των τεμαχίων δείγματος σε λιωμένη συγκόλληση (245 °C ± 5 °C) για τον έλεγχο της υγρασίας (απαιτείται κάλυψη ≥ 95% για την κατηγορία 3).
β.Αντίσταση επιφάνειας: μέτρηση των επιπέδων οξείδωσης (≤ 0,5Ω/τ.α. για επιχρίσεις ENIG) για την εξασφάλιση αξιόπιστης συγκόλλησης.

Προηγμένες μεθόδους δοκιμής για κρυμμένα ελαττώματα
Οι τυποποιημένες δοκιμές αποτυγχάνουν στο 30% έως 40% των ελαττωμάτων των HDI.

1. Έλεγχος ακτίνων Χ (AXI)
Τα συστήματα ακτινογραφίας διεισδύουν στις πλάκες HDI για να αποκαλύψουν κρυμμένα ελαττώματα, καθιστώντας τα απαραίτητα για:

α. Ανάλυση μικροβίων: ανίχνευση κενών (≥ 5% του όγκου), ελλιπούς επικάλυψης ή ρωγμών μέσω βαρελιών.
β.Σύνοψη στρωμάτων: Ελέγχος της εγγραφής μεταξύ των εσωτερικών στρωμάτων (διαφορά ± 0,05 mm για την κατηγορία 3).
c.Συνδέσεις BGA Pad: Ελέγχος των συνδέσεων συγκόλλησης υπό τα εξαρτήματα (κρίσιμη για τις HDI πλακέτες με ενσωματωμένες BGA).

Σημείωση για την τεχνολογία: Η Χ-ακτίνα υπολογιστικής τομογραφίας (CT) παρέχει τρισδιάστατες εικόνες των πλακών HDI, επιτρέποντας στους μηχανικούς να μετρούν μέσω του πάχους του τοίχου και των κενών στρώματος με ακρίβεια ±1μm.

2- Μικροβιακό τεστ άγχους.
Οι μικροβίδες είναι τα πιο αδύναμα σημεία των πλακών HDI, ευάλωτα σε αποτυχίες υπό θερμική ή μηχανική πίεση.

α.Δοκιμαστική αντίστασης διασύνδεσης (IST): Εφαρμογή ρεύματος σε μικροβύσματα θερμότητας (125 °C ± 5 °C) ενώ παρακολουθείται η αντίσταση.
β.Θερμικός κύκλος: έκθεση των πλακών σε θερμοκρασία -40°C έως 125°C για 500 κύκλους, κατόπιν έλεγχος των μικροβίων για ρωγμές μέσω μικροδιατομής.

Στοιχεία: Τα στοιβαγμένα μικροβύσματα (3+ στρώματα) αποτυγχάνουν 3 φορές πιο συχνά από τα μικροβύσματα ενός επιπέδου υπό θερμική πίεση.

3. Περιβαλλοντικές δοκιμές
Τα πλαίσια HDI σε σκληρά περιβάλλοντα (π.χ. κάτω από το καπό αυτοκινήτων, βιομηχανικές εγκαταστάσεις) απαιτούν πρόσθετη επικύρωση:

α.Αντίσταση στην υγρασία: 85°C/85% RH για 1000 ώρες (IPC-TM-650 2.6.3.7) για τη δοκιμή της ανάπτυξης αγωγού ανωτικού νήματος (CAF) σε διαδρόμους.
β. Μηχανολογικό σοκ: επιτάχυνση 50G για 11 ms (MIL-STD-883H) για την προσομοίωση πτώσεων ή δονήσεων.
c. Αποθήκευση σε υψηλή θερμοκρασία: 150°C για 1000 ώρες για τον έλεγχο της αποδόμησης του υλικού.

Βέλτιστες πρακτικές για τις δοκιμές HDI με γυμνό πίνακα

1. Σχεδιασμός για δοκιμή (DFT)
Ενσωμάτωση χαρακτηριστικών δοκιμής κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού HDI για να απλουστευθεί η επιθεώρηση:

α. Προστίθενται σημεία δοκιμής 0,2 mm σε όλα τα στρώματα σήματος (διαχωρισμένα ≥ 0,5 mm μεταξύ τους για πρόσβαση στον ανιχνευτή).
β.Ενσωματώνουν ελαστικά (διάμετρος ≥ 1 mm) κάθε 100 mm κατά μήκος της άκρης του πίνακα για ευθυγράμμιση AOI/ακτίνων Χ.
γ. Χρησιμοποιείται μεγαλύτερη μικροδιαστολή (≥ 80μm) σε κρίσιμα δίχτυα για να διευκολυνθεί η επιθεώρηση με ακτίνες Χ.

Παράδειγμα: Μια πλακέτα HDI 12 στρωμάτων με DFT διαθέτει συντομότερο χρόνο δοκιμής κατά 30% και βελτιωμένη ανίχνευση ελαττωμάτων κατά 25%.

2Στρατηγική δοκιμών σε βαθμίδες
Συνδυασμός μεθόδων για την κάλυψη όλων των τύπων ελαττωμάτων:

α.Προ-πλαναρισμός: AOI στα εσωτερικά στρώματα για την ανίχνευση ελαττωμάτων πριν από την πλάκα.
β.Μετά την επικάλυψη: ακτινογραφία με ακτίνα Χ για την επαλήθευση της ευθυγράμμισης των στρωμάτων και μέσω της ποιότητας.
c. Ηλεκτρική: ιπτάμενος ανιχνευτής + ανίχνευση ορίων για συνέχιση.
δ.Αξιόπιστη: Θερμικός κύκλος + IST για επικύρωση μικροδιαδρομής.

Αποτελέσματα: Η προσέγγιση αυτή μειώνει τα ποσοστά διαφυγής (αποτυχίες που φτάνουν στους πελάτες) σε < 0,1% για τα πλαίσια HDI της κατηγορίας 3.

3. Ελέγχου ειδικών υλικών
Τα υλικά υψηλής Tg (≥170°C) και χαμηλής Dk (≤3,0) που χρησιμοποιούνται στις πλάκες HDI απαιτούν ειδικούς ελέγχους:

a.Επιβεβαίωση TG: Θερμομηχανική ανάλυση (TMA) για την επιβεβαίωση της θερμοκρασίας μετάβασης του γυαλιού (± 5°C των προδιαγραφών).
β. Δοκιμή διηλεκτρικής σταθεράς (Dk): Χρησιμοποιώντας αναλυτή δικτύου για να εξασφαλιστεί σταθερότητα Dk (±0,05) σε 1 ′40 GHz.

Σύγκριση Μεθόδων Έλεγχου: Πότε να Χρησιμοποιήσετε Κάθε Μία

Γενικές ερωτήσεις
Ε: Με ποια συχνότητα πρέπει να γίνεται η ακτινογραφική επιθεώρηση των πινάκων HDI;
Α: Συνιστάται 100% επιθεώρηση με ακτίνες Χ για τα πλαίσια HDI της κατηγορίας 3 (αεροδιαστημική, ιατρική).Μικροβιακές στοίβες).

Ε: Μπορούν οι δοκιμές με ιπτάμενα ανιχνευτικά να αντικαταστήσουν τις δοκιμές σε κυκλώματα (ICT) για τις πλακέτες HDI;
Α: Ναι, για μικρού όγκου εκδρομές. Η ΤΠΕ απαιτεί εξατομικευμένα εξαρτήματα (κόστος $5,000-$15,000) τα οποία είναι πρακτικά για πρωτότυπα, ενώ τα συστήματα ιπτάμενων ανιχνευτών προσαρμόζονται στα λεπτά χαρακτηριστικά του HDI χωρίς εξαρτήματα.

Ε: Ποιο είναι το πιο συνηθισμένο κρυφό ελάττωμα στις πλακέτες HDI;
Α: Μικροβιακά κενά, συχνά προκαλούμενα από ελλιπή επικάλυψη.

Ε: Πώς μπορώ να επικυρώσω την αντίσταση σε πλαίσια HDI;
Α: Χρησιμοποιήστε ένα αντανακλαστήρα χρονικού πεδίου (TDR) για τη μέτρηση της παρεμπόδισης (50Ω ± 5% για ίχνη ραδιοσυχνοτήτων) σε πίνακες δειγμάτων. Συνδυάστε με 3D προσομοίωση EM κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού για την πρόβλεψη των αποκλίσεων.

Ε: Ποιο είναι το κόστος της παράλειψης των προηγμένων δοκιμών;
Α: Τα ποσοστά αστοχίας πεδίου αυξάνονται από <0,1% σε 5·10%, οδηγώντας σε αξιώσεις εγγύησης και ζημιές φήμης.

Συμπεράσματα
Η δοκιμή HDI γυμνών πλακών απαιτεί ένα στρατηγικό συνδυασμό τυποποιημένων και προηγμένων μεθόδων για την αντιμετώπιση των μοναδικών προκλήσεων των μικροβίων, των λεπτών σημάτων και των πυκνών στρωμάτων.που ενσωματώνει DFT, και αξιοποιώντας εργαλεία όπως η επιθεώρηση με ακτίνες Χ και η IST, οι κατασκευαστές μπορούν να εξασφαλίσουν ότι οι πλακέτες HDI τους πληρούν τις απαιτήσεις αξιοπιστίας ακόμη και των πιο κρίσιμων εφαρμογών.

Η επένδυση σε διεξοδικές δοκιμές αποδίδει μετρητά μέσω μικρότερης επανεξετάσεως, λιγότερων αποτυχιών στο πεδίο και ισχυρότερης εμπιστοσύνης των πελατών.Καθώς η τεχνολογία HDI συνεχίζει να εξελίσσεται με μικρότερους διαδρόμους και υψηλότερο αριθμό στρωμάτων, οι αυστηρές δοκιμές θα παραμείνουν ο ακρογωνιαίος λίθος της διασφάλισης της ποιότητας στα ηλεκτρονικά υψηλών επιδόσεων.