2025-09-05
هیئت مدیره های بدون پوشه High-Density Interconnect (HDI) ستون فقرات الکترونیک مدرن هستند و طراحی های فشرده و با عملکرد بالا را که در دستگاه های 5G، ایمپلنت های پزشکی و سیستم های هوافضا یافت می شود، امکان پذیر می کنند.بر خلاف PCB های استاندارد، تخته های HDI دارای میکروویا (≤150μm) ، ردیف های باریک (≤50μm) و لایه های متراکم است که نیاز به آزمایش دقیق برای اطمینان از قابلیت اطمینان دارند.یک نقص پنهان در یک صفحه HDI می تواند باعث خرابی سیگنال شود، استرس حرارتی، یا خرابی کامل دستگاه، که آزمایش جامع را غیرقابل مذاکره می کند.
در این راهنما روش های تست انتقادی که هم استاندارد و هم پیشرفته هستند و برای اعتبارسنجی کیفیت لوح های HDI مورد نیاز هستند، شرح داده شده است.و ابزار پیشرفته ای مثل اشعه ایکس و تجزیه و تحلیل میکروویا، ارائه نقشه راه برای تشخیص نقص ها قبل از مونتاژ.این شیوه ها به شما کمک می کند تا نیازهای سختگیرانه صنعت را برآورده کنید و محصولات قابل اعتماد را ارائه دهید.
نکات کلیدی
1منحصر به فرد بودن HDI: میکروویا، ردپای های ظریف و لایه های متراکم باعث می شود که تخته های HDI نسبت به نقایص پنهان (به عنوان مثال، از طریق حفره ها، عدم تراز لایه) که آزمایش های استاندارد ممکن است از دست بدهند، حساس تر باشند.
2. استانداردهای IPC: انطباق با IPC-A-600 (بصری) ، IPC-6012 (کارایی) و IPC-2226 (طراحی) برای تخته های HDI قابل اعتماد، به ویژه در برنامه های کلاس 3 (هوافضا، پزشکی) ، اجباری است.
3لایه های آزمایش: آزمایش سطح (AOI) را با چک های داخلی (شعاع ایکس) و اعتباربخشی الکتریکی (ساند پرنده) برای پوشش تمام نقص های احتمالی ترکیب کنید.
4روش های پیشرفته: بازرسی اشعه ایکس و آزمایش استرس میکروویا برای شناسایی مشکلات پنهان در طرح های HDI چند لایه بسیار مهم است.
5هزینه در مقابل کیفیت: سرمایه گذاری در آزمایش کامل باعث کاهش 60٪ تا 70٪ شکست در زمینه می شود و هزینه های اولیه را از طریق کاهش هزینه های تعمیر مجدد و تضمین کاهش می دهد.
چرا تست های HDI بر روی تخته های برهنه اهمیت دارد؟
تخته های HDI محدودیت های تولید PCB را با ویژگی هایی مانند 0.1 میلی متر میکروویا و 3/3 میلی متر ردی / فضا افزایش می دهند. این پیشرفت ها خطرات منحصر به فرد قابلیت اطمینان را ایجاد می کنند که نیاز به آزمایش تخصصی دارند:
1نقص های پنهان
a.خلاء های میکروویا: حتی جیب های کوچک هوا (≥10٪ از حجم) ارتباطات الکتریکی را تضعیف می کنند و مقاومت را افزایش می دهند، که منجر به از دست دادن سیگنال در طرح های فرکانس بالا می شود.
ب. اشتباه تراز لایه: یک تغییر 0.05 میلی متر بین لایه ها در یک صفحه HDI 12 لایه می تواند ارتباطات را در مدارهای متراکم (به عنوان مثال BGA های 0.4 میلی متر) قطع کند.
c. Delamination: لامیناسیون ضعیف در لایه های داخلی (اغلب برای تست های سطحی نامرئی) باعث نفوذ رطوبت و شکست حرارتی در طول زمان می شود.
2عواقب صنعت
a. دستگاه های پزشکی: یک ترک واحد از طریق PCB در یک تنظیم کننده ضربان قلب می تواند منجر به خرابی دستگاه و آسیب به بیمار شود.
ب.سیستم های هوافضا: از هم پاشیدن لایه در صفحه های HDI هوافضا در ارتفاعات بالا می تواند تحت فشار حرارتی شکست بخورد.
زیرساخت های c.5G: انحرافات امپدانس از ردیف های آزمایش نشده باعث بازتاب سیگنال می شود و محدوده شبکه را به میزان 20-30٪ کاهش می دهد.
استانداردهای IPC برای آزمایش های HDI Bare Board
انطباق با استانداردهای IPC کیفیت ثابت را در تولید HDI تضمین می کند. در زیر مهمترین استانداردها و الزامات آنها آورده شده است:
استاندارد IPC | منطقه فوکوس | الزامات اصلی HDI |
---|---|---|
IPC-A-600 | بازرسی بصری/مکانیکی | حداقل حلقه حلقه ای (≥ 0.1mm برای میکروویا) ، فاصله رسانا (≥ 50μm) ، یکنواخت پوشش. |
IPC-6012 | عملکرد / قابلیت اطمینان | قابلیت جوش (≥95٪ رطوبت) ، مقاومت پوست مس (≥1.5 N / mm) ، مقاومت در برابر شوک حرارتی (-55 °C تا 125 °C برای 100 چرخه). |
IPC-2226 | قوانین طراحی HDI | نسبت ابعاد میکروویا (≤1: 1) ، دستورالعمل های ساخت بدون هسته، الزامات انباشت برای یکپارچگی سیگنال. |
IPC-TM-650 | روش های آزمایش | روش های تجزیه و تحلیل میکروسیکشن، چرخه حرارتی و آزمایش یکپارچگی. |
تمایز کلاس:
کلاس 1: لوازم الکترونیکی مصرفی (به عنوان مثال اسباب بازی) با نیازهای اساسی قابلیت اطمینان.
کلاس 2: دستگاه های تجاری (به عنوان مثال گوشی های هوشمند) که نیاز به عملکرد ثابت دارند.
کلاس 3: کاربردهای بسیار قابل اطمینان (هوافضا، پزشکی) با تحمل صفر برای نقص.
روش های استاندارد آزمایش برای تخته های HDI
آزمایش های استاندارد پایه کنترل کیفیت HDI را تشکیل می دهند، با تمرکز بر نقص های سطحی و یکپارچگی الکتریکی اساسی.
1بازرسی نوری خودکار (AOI)
AOI از دوربین های با وضوح بالا (5 ′′ 10μm / پیکسل) برای اسکن سطوح HDI استفاده می کند و تصاویر را با فایل های طراحی (Gerbers) مقایسه می کند تا تشخیص دهد:
a. نقص های سطحی: خراش ها، عدم تراز ماسک جوش، مس در معرض.
ب.مسائل ردیابی: باز شدن، کوتاه شدن یا نازک شدن (≤70٪ از عرض اسمی).
c. مشکلات پد: کمبود پد، اندازه نادرست یا اکسیداسیون.
نقاط قوت AOI | محدودیت های AOI |
---|---|
سریع (۱/۲ دقیقه در هر پانل) | نمی تواند نقایص داخلی را تشخیص دهد (به عنوان مثال، از طریق حفره ها). |
بدون تماس (بدون خطر آسیب) | مبارزه با مناطق سایه دار (به عنوان مثال، تحت BGA). |
سازگاری با حجم بالا | برای مقایسه دقیق نیاز به فایل های طراحی واضح دارد. |
بهترین شیوه: استفاده از AOI سه بعدی برای تخته های HDI برای اندازه گیری ضخامت ماسک جوش و تشخیص تغییرات ظریف سطح (به عنوان مثال، افت 5μm در ردیف).
2آزمایش فضاپیما
سیستم های سنجه پرنده از سنجه های رباتیک برای تأیید تداوم الکتریکی در سراسر تخته های HDI استفاده می کنند، بررسی:
a. باز می شود (آثار شکسته/از طریق اتصالات).
ب.شورت ها (قرود غیرمنتظره بین شبکه ها).
c. انحرافات مقاومت (≥10٪ بالاتر از مشخصات طراحی).
ایده آل برای تخته های HDI چون:
a. هیچ گونه لوازم سفارشی مورد نیاز نیست (برای نمونه های اولیه یا حجم کم مورد نیاز است).
ب.بررسی به فضاهای تنگ (به عنوان مثال، نقاط آزمایش 0.2 میلی متر بین میکروویا).
نقاط قوت فضاپیما | محدودیت های فضاپیما |
---|---|
انعطاف پذیر (با تغییرات طراحی سازگار است) | آهسته (30-60 دقیقه در هر تخته برای HDI پیچیده). |
هیچ هزینه ثابت | محدود به نقاط آزمایش قابل دسترسی (شبکه های پنهان را از دست می دهد). |
نکته: ترکیب با آزمایش اسکن مرزی (JTAG) برای صفحه های HDI با لایه های داخلی غیر قابل دسترسی، پوشش آزمایش را 40٪ 50٪ بهبود می بخشد.
3آزمایش قابلیت جوش
تخته های HDI با پد های باریک (≤0.3mm) نیاز به جوش دقیق برای جلوگیری از خرابی های مونتاژ دارند. آزمایشات شامل:
a.آزمایش غوطه ور شدن: غوطه ور کردن پد های نمونه در جوش ذوب شده (245 °C ± 5 °C) برای بررسی خیس شدن (حداقل 95٪ پوشش مورد نیاز برای کلاس 3).
b. مقاومت سطحی: اندازه گیری سطح اکسیداسیون (≤ 0.5Ω/sq برای پایان ENIG) برای اطمینان از جوش قابل اعتماد.
پوشش سطح | مدت عمر قابل سولدر شدن | مسائل مشترک |
---|---|---|
ENIG | 12 ماه و بیشتر | پد سیاه (نیکل خوردگی) از پوشش ضعیف. |
HASL | 6-9 ماه | توزیع نابرابر جوش بر روی پد های نازک |
OSP | ۳/۶ ماه | اکسیداسیون در محیط های مرطوب |
روش های پیشرفته آزمایش نقص های پنهان
تست های استاندارد 30 تا 40 درصد نقص های صفحه HDI را از بین می برند. روش های پیشرفته برای بررسی ویژگی های داخلی مورد نیاز است.
1بازرسی اشعه ایکس (AXI)
سیستم های اشعه ایکس از روی تخته های HDI نفوذ می کنند تا نقایص پنهان را نشان دهند و آنها را برای:
a. تجزیه و تحلیل میکروویا: تشخیص خلا (≥5٪ از حجم) ، پوشش ناقص یا ترک ها در بشکه ها.
ب.اصطلاح لایه ها: تأیید ثبت بین لایه های داخلی (تضامن ±0.05mm برای کلاس 3).
ج. اتصال BGA Pad: بررسی مفاصل جوش در زیر اجزای (مهم برای تخته های HDI با BGA های جاسازی شده).
نوع نقص | با اشعه ایکس قابل تشخیصه؟ | قابل تشخیص توسط AOI؟ |
---|---|---|
حفره های میکروویا | آره | نه |
جداسازی لایه های داخلی | آره | نه |
شلوار کوتاه BGA | آره | نه |
رقیق شدن ردیابی (سطح) | نه | آره |
توجه به تکنولوژی: اشعه ایکس توموگرافی کامپیوتری (CT) تصاویر سه بعدی از تخته های HDI را فراهم می کند و به مهندسان اجازه می دهد از طریق ضخامت دیوار و شکاف های لایه با دقت ± 1μm اندازه گیری کنند.
2تست استرس میکروویا
مایکروویا ها ضعیف ترین نقاط در تخته های HDI هستند، مستعد شکست در معرض استرس حرارتی یا مکانیکی هستند.
a.آزمایش استرس اتصال (IST): استفاده از جریان به مایکروویا های گرم (125 °C ± 5 °C) در حالی که مقاومت را کنترل می کند. افزایش > 5٪ نشان دهنده ترک است.
ب. چرخه حرارتی: قرار دادن تخته ها در معرض -40 درجه سانتیگراد تا 125 درجه سانتیگراد برای 500 چرخه، سپس بررسی میکروویا برای ترک ها از طریق میکروسیکشن.
نقطه داده: مایکروویا های انباشته شده (۳+ لایه) ۳ برابر بیشتر از مایکروویا های تک سطح تحت استرس حرارتی شکست می خورند.
3آزمایشات زیست محیطی
صفحه های HDI در محیط های خشن (به عنوان مثال، زیر هود خودرو، کارخانه های صنعتی) نیاز به اعتبار اضافی دارند:
مقاومت در برابر رطوبت: 85 °C/85٪ RH برای 1000 ساعت (IPC-TM-650 2.6.3.7) برای آزمایش رشد فیلامنت آنودیک رسانا (CAF) در ویاس ها.
b.صدمه مکانیکی: شتاب 50G برای 11ms (MIL-STD-883H) برای شبیه سازی قطرات یا ارتعاش.
c. ذخیره سازی در دمای بالا: 150°C برای 1000 ساعت برای بررسی تجزیه مواد.
نوع آزمایش | معیارهای موفقیت HDI | معیارهای عبور PCB استاندارد |
---|---|---|
چرخه حرارتی | <5 درصد تغییر در مقاومت در میکروویا | تغییر مقاومت <10٪ در سوراخ های عبور |
مقاومت در برابر رطوبت | افزایش CAF (از طریق عایق ≥100MΩ) | هیچ رشد CAF (از طریق عایق ≥10MΩ) |
شوک مکانیکی | هيچ شکافي وجود نداره و از طريق جدايي | هيچ شکاف بزرگي وجود نداره |
بهترین شیوه های آزمایش HDI بر روی تخته های برهنه
1طراحی برای تست (DFT)
شامل ویژگی های آزمایش در طول طراحی HDI برای ساده سازی بازرسی:
a.در تمام لایه های سیگنال نقاط آزمایش 0.2 میلی متری اضافه کنید (که برای دسترسی به سُند به فاصله ≥ 0.5 میلی متری فاصله دارند).
b. شامل فیدوشال ها (قطر ≥1mm) در هر 100mm در امتداد لبه ی تخته برای تراز AOI / اشعه ایکس باشد.
ج. استفاده از میکروویا های بزرگتر (≥80μm) در شبکه های حیاتی برای تسهیل بازرسی اشعه ایکس.
مثال: یک صفحه HDI 12 لایه ای با DFT دارای ویژگی های کاهش زمان آزمایش 30٪ و بهبود تشخیص نقص 25٪ است.
2استراتژی تست طبقه بندی شده
ترکیب روش ها برای پوشش تمام انواع نقص:
a. پیش از لایه بندی: AOI بر روی لایه های داخلی برای گرفتن نقص های ردیابی قبل از لایه بندی.
ب.پاش لایه بندی: اشعه ایکس برای بررسی تراز لایه و کیفیت.
ج. الکتریکی: پرواز سُند + اسکن مرزی برای تداوم.
d.قابل اطمینان: چرخه حرارتی + IST برای اعتبار سنجی میکروویا.
نتیجه: این رویکرد میزان فرار (عایباتی که به مشتریان می رسند) را برای صفحه های HDI کلاس 3 به < 0.1٪ کاهش می دهد.
3آزمایشات خاص مواد
مواد دارای Tg بالا (≥170°C) و Dk پایین (≤3.0) که در صفحه های HDI استفاده می شوند، نیاز به بررسی های تخصصی دارند:
a.Tg Verification: تجزیه و تحلیل مکانیکی حرارتی (TMA) برای تأیید دمای انتقال شیشه (± 5°C از مشخصات).
ب.بررسی ثابت دی الکتریک (Dk): استفاده از یک تحلیلگر شبکه برای اطمینان از ثبات Dk (± 0.05) در عرض 1 ′ 40GHz.
مقایسه روش های آزمایش: چه زمانی از هرکدام استفاده کنیم؟
روش آزمایش | بهترین برای | هزینه (به هر میز) | سرعت | پوشش نقص |
---|---|---|---|---|
AOI | نقص های سطحی، مشکلات ماسک جوش | 0.50 دلار تا 1 دلار00 | سریع (1 دقیقه) | ۳۰ تا ۴۰ درصد نقص های احتمالی |
هواپیمای پرنده | ادامه برق، باز/ کوتاه | دو دلار تا پنج دلار00 | آهسته (30 دقیقه) | 50~60% نقص های احتمالی |
اشعه ایکس (2D) | حفره های میکروویا، تراز لایه | سه دلار تا هفت دلار00 | متوسط (5 دقیقه) | ۷۰ تا ۸۰ درصد نقص های احتمالی |
اشعه ایکس (CT) | 3D از طریق تجزیه و تحلیل، لایه های داخلی | 10 دلار 20 دلار00 | آهسته (15دقيقه) | ۹۰ تا ۹۵ درصد نقص های احتمالی |
IST | قابلیت اطمینان میکروویا در شرایط استرس | 5 دلار تا 10 دلار00 | آهسته (2 ساعت) | تمرکز بر شکست ها |
سوالات عمومی
س: چه تعداد بار باید بر روی تخته های HDI آزمایش اشعه ایکس انجام شود؟
A: 100٪ بازرسی اشعه ایکس برای تخته های HDI کلاس 3 (هوافضا، پزشکی) توصیه می شود. برای کلاس 2 (الکترونیک مصرفی) ، 10 ٪ 20٪ نمونه گیری کافی است، با بازرسی کامل برای لایه های حیاتی (به عنوان مثال،استیک های میکروویا).
سوال: آیا آزمایش های هواپیمایی می توانند جایگزین آزمایش های مدار (ICT) برای صفحه های HDI شوند؟
A: بله، برای اجراهای کم حجم. ICT نیاز به لوازم سفارشی دارد (با هزینه $5,000$15,000$) که برای نمونه های اولیه غیر عملی است، در حالی که سیستم های کاوشگر پرنده با ویژگی های خوب HDI بدون لوازم سازگار هستند.
سوال: شایع ترین نقص پنهان در تخته های HDI چیست؟
ج: خلاهای میکروویا، که اغلب به دلیل پوشش ناقص ایجاد می شوند. بررسی اشعه ایکس 95 درصد از این موارد را تشخیص می دهد، در حالی که آزمایش های استاندارد 80 درصد را از دست می دهد.
سوال: چگونه مانع در صفحه های HDI را تایید کنم؟
A: استفاده از یک رفلکتومتر دامنه زمانی (TDR) برای اندازه گیری مقاومت (50Ω ± 5٪ برای ردیف های RF) در تخته های نمونه. ترکیب با شبیه سازی 3D EM در طول طراحی برای پیش بینی انحرافات.
سوال: تاثیر هزینه های حذف تست های پیشرفته چیست؟
A: نرخ شکست در زمینه از <0.1٪ به 5 ٪ افزایش می یابد، که منجر به ادعاهای گارانتی و آسیب به شهرت می شود. برای یک دسته HDI 10k واحد، این به هزینه های 50،000 $ 200،000 $ تبدیل می شود.
نتیجه گیری
آزمایش های HDI بر روی لوح های برهنه نیاز به ترکیبی استراتژیک از روش های استاندارد و پیشرفته برای رسیدگی به چالش های منحصر به فرد میکروویا، ردیف های نازک و لایه های متراکم دارد.شامل DFT، و استفاده از ابزارها مانند بازرسی اشعه ایکس و IST، تولید کنندگان می توانند اطمینان حاصل کنند که صفحه HDI خود را از نیازهای قابلیت اطمینان حتی از مهمترین برنامه های کاربردی برآورده می کند.
سرمایه گذاری در آزمایش کامل با کاهش کار مجدد، شکست های کمتر در زمینه و اعتماد بیشتر مشتری، سود می دهد.با پیشرفت تکنولوژی HDI ٬ با کوچک تر شدن لوله ها و تعداد لایه های بیشتر ٬ آزمایش های سختگیرانه سنگ بنای تضمین کیفیت در الکترونیک با عملکرد بالا باقی خواهد ماند.
درخواست خود را به طور مستقیم به ما بفرستید