HDI Bare Board Testing: metodi standard e avanzati per garantire qualità e affidabilità

Le schede nude ad alta densità di interconnessione (HDI) sono la spina dorsale dell'elettronica moderna, consentendo i disegni compatti e ad alte prestazioni presenti nei dispositivi 5G, negli impianti medici e nei sistemi aerospaziali.A differenza dei PCB standard, le schede HDI presentano microvias (≤ 150 μm), tracce di tono sottile (≤ 50 μm) e densi strati di stack – caratteristiche che richiedono test rigorosi per garantire l'affidabilità.Un singolo difetto nascosto in una scheda HDI può causare un fallimento del segnale, stress termico o guasto totale del dispositivo, rendendo non negoziabile una prova completa.

Questa guida illustra i metodi critici di prova – sia standard che avanzati – necessari per convalidare la qualità delle schede HDI nude.e strumenti avanzati come l'analisi a raggi X e microvia, che fornisce una tabella di marcia per individuare i difetti prima dell'assemblaggio.queste pratiche vi aiuteranno a soddisfare i severi requisiti del settore e fornire prodotti affidabili.

Principali insegnamenti
1.Unicità dell'HDI: Microvias, tracce sottili e strati densi rendono le schede HDI più suscettibili a difetti nascosti (ad esempio, attraverso vuoti, disallineamento dello strato) che i test standard possono perdere.
2.Norme IPC: la conformità alle norme IPC-A-600 (visuale), IPC-6012 (prestazioni) e IPC-2226 (progettazione) è obbligatoria per le schede HDI affidabili, in particolare nelle applicazioni di classe 3 (aerospaziale, medica).
3.Strati di prova: combinare le prove superficiali (AOI) con i controlli interni (radiografia) e la convalida elettrica (sonda volante) per coprire tutti i potenziali difetti.
4Metodi avanzati: l'ispezione a raggi X e la prova di stress microvia sono fondamentali per rilevare problemi nascosti nei progetti HDI a più strati.
5.Cost vs. Quality: Investire in test approfonditi riduce i guasti sul campo del 60/70%, compensando i costi iniziali attraverso minori richieste di rifacimento e garanzia.

Perché è importante testare l'HDI su tavola nudo
Le schede HDI spingono i limiti della produzione di PCB, con caratteristiche come microvias da 0,1 mm e 3/3 mil traccia/spazio.

1. difetti nascosti
a. Microvia void: anche piccole sacche d'aria (≥ 10% del volume via) indeboliscono le connessioni elettriche e aumentano la resistenza, portando alla perdita di segnale nei progetti ad alta frequenza.
b. Disallineamento dello strato: uno spostamento di 0,05 mm tra gli strati in una scheda HDI a 12 strati può interrompere le connessioni in circuiti densi (ad esempio, BGA a passo di 0,4 mm).
c. Delaminazione: una scarsa laminazione negli strati interni (spesso invisibile ai test di superficie) provoca l'ingresso di umidità e il fallimento termico nel tempo.

2Conseguenze per l'industria
a.Dispositivi medici: una singola crepa in un PCB pacemaker potrebbe causare il fallimento del dispositivo e danneggiare il paziente.
b.Sistemi aerospaziali: la delaminazione dello strato nelle schede HDI dell'avionica può non funzionare sotto stress termico ad alte altitudini.
c.5G Infrastruttura: le deviazioni di impedenza da tracce non testate causano riflessione del segnale, riducendo il raggio di rete del 20-30%.

Norme IPC per le prove di HDI bare board
La conformità agli standard IPC garantisce una qualità coerente in tutta la produzione HDI.

Differenza di classe:

Classe 1: elettronica di consumo (ad esempio, giocattoli) con esigenze di affidabilità di base.
Classe 2: dispositivi commerciali (ad esempio smartphone) che richiedono prestazioni costanti.
Classe 3: applicazioni ad alta affidabilità (aerospaziale, medica) con tolleranza zero per i difetti.

Metodi di prova standard per le tavole nude HDI
I test standard costituiscono la base del controllo di qualità dell'HDI, concentrandosi sui difetti superficiali e sull'integrità elettrica di base.
1. Ispezione ottica automatizzata (AOI)
AOI utilizza telecamere ad alta risoluzione (5 ‰ 10 μm / pixel) per scansionare le superfici HDI, confrontando le immagini con i file di progettazione (Gerbers) per rilevare:

a. difetti superficiali: graffi, disallineamento della maschera di saldatura, rame esposto.
b.Problemi di traccia: apertura, cortocircuito o assottigliamento (≤ 70% della larghezza nominale).
c. Problemi con i cuscinetti: mancanti, dimensioni errate o ossidazione.

La misurazione delle emissioni di CO2 è effettuata in base a una metodologia basata su una metodologia basata su una metodologia basata su una metodologia basata su una metodologia basata su una metodologia basata su una metodologia basata su una metodologia basata su una metodologia basata su una metodologia basata su una metodologia basata su una metodologia basata su una metodologia basata su una metodologia basata su una metodologia basata su una metodologia basata su una metodologia basata su una metodologia basata su una metodologia basata su una metodologia basata su una metodologia basata su una metodologia.

2Test di sonde volanti.
I sistemi di sonda volante utilizzano sonde robotiche per verificare la continuità elettrica tra le schede HDI, verificando:

a. si apre (tracce rotte/connessioni via cavo).
b.Shorts (connessioni non intenzionali tra reti).
c. deviazioni di resistenza (≥ 10% rispetto alle specifiche di progettazione).

Ideale per le schede HDI perché:

a. Non sono necessari apparecchi personalizzati (critico per i prototipi o le serie a basso volume).
b. Le sonde possono accedere a spazi ristretti (ad esempio, punti di prova di 0,2 mm tra le microvias).

Suggerimento: combinare con il test di scansione dei confini (JTAG) per le schede HDI con strati interni inaccessibili, migliorando la copertura del test del 40-50%.

3. Prova di saldabilità
Le schede HDI con pad di passo sottile (≤0,3 mm) richiedono una precisione di saldabilità per evitare guasti di montaggio.

a.Prove di immersione: immersione dei tamponi di campionamento in saldatura fusa (245 °C ± 5 °C) per controllare l'umidità (richiesta copertura ≥ 95% per la classe 3).
b.Resistenza superficiale: misurazione dei livelli di ossidazione (≤ 0,5Ω/mq per le finiture ENIG) per garantire una saldatura affidabile.

Metodi avanzati di prova per i difetti nascosti
I test standard non rilevano il 30-40% dei difetti nelle schede HDI. Sono necessari metodi avanzati per ispezionare le caratteristiche interne.

1. Ispezione a raggi X (AXI)
I sistemi a raggi X penetrano le schede HDI per rivelare i difetti nascosti, rendendole indispensabili per:

a.Analisi dei microbi: rilevamento di vuoti (≥ 5% del volume), rivestimento incompleto o crepe nelle botti.
b.Allineamento degli strati: verifica dell'iscrizione tra gli strati interni (tolleranza ± 0,05 mm per la classe 3).
c. Connessioni BGA Pad: controllo delle giunzioni di saldatura sotto i componenti (critico per le schede HDI con BGA incorporate).

Nota tecnologica: la tomografia computerizzata (TC) a raggi X fornisce immagini 3D di schede HDI, consentendo agli ingegneri di misurare attraverso lo spessore della parete e gli spazi vuoti dello strato con una precisione di ± 1 μm.

2. Microvia Stress Testing
Le microvias sono i punti più deboli delle schede HDI, soggette a guasti sotto stress termico o meccanico.

a. Interconnect Stress Testing (IST): applicazione di corrente a microvias di calore (125 °C ± 5 °C) mentre si monitora la resistenza.
b.Ciclismo termico: esposizione delle tavole a -40°C a 125°C per 500 cicli, quindi controllo delle microvias per la presenza di crepe mediante microsettazione.

Data Point: le microvias impilate (3+ strati) falliscono 3 volte più spesso rispetto alle microvias a livello singolo sotto stress termico.

3. Prova ambientale
Le schede HDI in ambienti difficili (ad esempio sotto cappuccio automobilistico, impianti industriali) richiedono una convalida aggiuntiva:

a.Resistenza all'umidità: 85°C/85% RH per 1000 ore (IPC-TM-650 2.6.3.7) per la prova della crescita di filamenti anodici conduttivi (CAF) nei vias.
b.Socco meccanico: accelerazione di 50 G per 11 ms (MIL-STD-883H) per simulare cadute o vibrazioni.
c. Conservazione ad alta temperatura: 150°C per 1000 ore per verificare la degradazione del materiale.

Migliori pratiche per la sperimentazione HDI su schede nude

1Progettazione per la verificabilità (DFT)
integrare le caratteristiche di prova durante la progettazione dell'HDI per semplificare l'ispezione:

a. Aggiungere punti di prova di 0,2 mm su tutti gli strati di segnale (distanti ≥ 0,5 mm tra loro per l'accesso alla sonda).
b.Includere fiduciali (diametro ≥ 1 mm) ogni 100 mm lungo il bordo della scheda per l'allineamento AOI/RAX.
c. Utilizzare microvias più grandi (≥ 80 μm) nelle reti critiche per facilitare l'ispezione a raggi X.

Esempio: una scheda HDI a 12 strati con DFT presenta un tempo di prova ridotto del 30% e una migliore rilevazione dei difetti del 25%.

2. Strategia di test a livelli
Metodi combinati per coprire tutti i tipi di difetti:

a.Pre-laminatura: AOI sugli strati interni per individuare tracce di difetti prima della laminazione.
b. Post-laminatura: radiografia per verificare l'allineamento dello strato e la qualità.
c. elettrico: sonda volante + scansione dei confini per la continuità.
d. Affidabilità: ciclo termico + IST per la convalida di microvia.

Risultato: questo approccio riduce i tassi di fuga (difetti che raggiungono i clienti) a < 0,1% per le schede HDI di classe 3.

3. Prova specifica del materiale
I materiali ad alto Tg (≥ 170°C) e basso Dk (≤ 3,0) utilizzati nelle schede HDI richiedono controlli specializzati:

a.Tg Verificazione: analisi meccanica termica (TMA) per confermare la temperatura di transizione del vetro (± 5°C di specifica).
b.Controla della costante dielettrica (Dk): utilizzando un analizzatore di rete per garantire la stabilità di Dk (± 0,05) su 1 ′ 40 GHz.

Confronto dei metodi di prova: quando usare ciascuno

Domande frequenti
D: Con quale frequenza si deve effettuare l'ispezione a raggi X sulle schede HDI?
R: per le schede HDI di classe 3 (aerospaziale, medicale) si raccomanda un'ispezione al 100% a raggi X. Per la classe 2 (elettronica di consumo) è sufficiente un campionamento del 10~20% con ispezione completa degli strati critici (ad esempio,(campi di microvia).

D: I test con sonde volanti possono sostituire i test in circuito (ICT) per le schede HDI?
R: Sì, per le prove a basso volume. Le TIC richiedono apparecchiature personalizzate (costo $ 5.000 ¢ 15.000 ¢) che sono poco pratiche per i prototipi, mentre i sistemi di sonde volanti si adattano alle caratteristiche di HDI ¢ senza apparecchiature.

D: Qual è il difetto nascosto più comune nelle schede HDI?
R: Microvia vuoti, spesso causati da rivestimento incompleto. L'ispezione a raggi X ne rileva il 95%, mentre i test standard mancano l'80%.

D: Come convalidare l'impedenza nelle schede HDI?
A: utilizzare un riflettrometro a dominio temporale (TDR) per misurare l'impedenza (50Ω ± 5% per le tracce RF) sulle schede di campionamento.

D: Qual è l'impatto sui costi del saltare i test avanzati?
R: I tassi di guasto in campo aumentano da <0,1% a 5 ‰ 10%, con conseguenti reclami di garanzia e danni alla reputazione.

Conclusioni
I test HDI su schede nude richiedono un mix strategico di metodi standard e avanzati per affrontare le sfide uniche di microvias, tracce sottili e strati densi.incorporando DFT, e sfruttando strumenti come l'ispezione a raggi X e l'IST, i produttori possono garantire che le loro schede HDI soddisfino i requisiti di affidabilità anche delle applicazioni più critiche.

L'investimento in test approfonditi produce i suoi frutti grazie a un minor numero di ripetizioni, a meno guasti sul campo e a una maggiore fiducia dei clienti.Mentre la tecnologia HDI continua a progredire, con vie più piccole e un numero di strati più elevato, i test rigorosi rimarranno la pietra angolare dell'assicurazione della qualità nell'elettronica ad alte prestazioni..