एचडीआई पीसीबी में माइक्रोविया विश्वसनीयताः विनिर्माण सर्वोत्तम अभ्यास और विफलता की रोकथाम

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उच्च-घनत्व इंटरकनेक्ट (एचडीआई) पीसीबी में, माइक्रोवियास लघु नायक हैं जो लघु-नायक हैं। ये छोटे छेद - अक्सर एक मानव बाल (50-150μm) से अधिक व्यापक नहीं हैं - घने परत कनेक्शन जो आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स को संभव बनाते हैं, 5G स्मार्टफोन से लेकर मेडिकल प्रत्यारोपण तक। लेकिन महान घनत्व के साथ बड़ी जिम्मेदारी आती है: एक एकल माइक्रोविया विफलता एक पूरे डिवाइस को अक्षम कर सकती है, जिससे महंगा याद या सुरक्षा जोखिम होता है। इंजीनियरों और निर्माताओं के लिए, माइक्रोविया विश्वसनीयता को समझना-क्या विफलताओं का कारण बनता है, उन्हें कैसे रोकना है, और कमजोरियों के लिए कैसे परीक्षण करना है-उच्च प्रदर्शन वाले एचडीआई पीसीबी को वितरित करने के लिए महत्वपूर्ण है। यह गाइड माइक्रोविया विश्वसनीयता के विज्ञान को तोड़ता है, डिजाइन से विनिर्माण तक, और यह सुनिश्चित करने के लिए कार्रवाई योग्य रणनीतियाँ प्रदान करता है कि ये छोटे घटकों को समय की कसौटी पर खड़े हों।

प्रमुख takeaways
1.Microvias विनिर्माण दोष (voids, गरीब चढ़ाना), यांत्रिक तनाव (झुकने, थर्मल साइकिलिंग), और सामग्री बेमेल के कारण - HDI पीसीबी क्षेत्र विफलताओं के 35-40% का सामना करने के कारण विफल रहता है।
2.Reliable Microvias को सटीक ड्रिलिंग (± 5μM सहिष्णुता), समान चढ़ाना (95%+ कवरेज), और संगत सामग्री (कम CTE सब्सट्रेट, डक्टाइल कॉपर) की आवश्यकता होती है।
3. पारंपरिक विनिर्माण विधियों की तुलना में अनुक्रमिक फाड़ना और लेजर ड्रिलिंग विफलता दर को 60% तक कम करती है।
4. क्रॉस-सेक्शनल एनालिसिस, थर्मल साइकिलिंग, और बेंड टेस्टिंग सहित-क्षेत्र में पहुंचने से पहले 90% अव्यक्त माइक्रोविया दोषों की पहचान करता है।

माइक्रोविया क्या हैं और वे महत्वपूर्ण क्यों हैं?
Microvias HDI PCB में छोटे, मढ़वाया छेद होते हैं जो पूरे बोर्ड में प्रवेश किए बिना तांबे की परतों को जोड़ते हैं। वे तीन मुख्य प्रकारों में आते हैं:
ब्लाइंड माइक्रोवियास: एक बाहरी परत को एक या एक से अधिक आंतरिक परतों से कनेक्ट करें, लेकिन विपरीत पक्ष से कम रोकें।
दफन माइक्रोविया: दो या अधिक आंतरिक परतों को कनेक्ट करें, दृश्य से छिपा हुआ।
स्टैक्ड माइक्रोवियास: कई माइक्रोवियास तीन या अधिक परतों को जोड़ने के लिए लंबवत रूप से स्टैक्ड किए गए, बड़े थ्रू-होल की आवश्यकता को कम करते हैं।
उनकी भूमिका एचडीआई डिजाइनों में अपूरणीय है:
अंतरिक्ष दक्षता: माइक्रोविया 3-5x उच्च घटक घनत्व को सक्षम करते हुए, पारंपरिक थ्रू-होल VIAS के स्थान को 1/10 वें स्थान पर ले जाते हैं।
सिग्नल प्रदर्शन: लघु, प्रत्यक्ष पथ पारंपरिक पीसीबी में लंबे समय की तुलना में सिग्नल हानि को 40% तक कम करते हैं।
विश्वसनीयता: कम कनेक्टर और कम निशान कंपन-प्रवण उपकरणों (जैसे, मोटर वाहन सेंसर) में कम विफलता जोखिमों को कम करते हैं।
5 जी बेस स्टेशन के लिए 12-लेयर एचडीआई पीसीबी में, एक एकल वर्ग इंच में 500+ माइक्रोविआस हो सकता है-100 जीबीपीएस सिग्नल स्पीड बनाए रखने के लिए महत्वपूर्ण। इस परिदृश्य में 1% विफलता दर प्रत्येक 100 निष्क्रिय में 5 इकाइयों को प्रस्तुत करेगी।

माइक्रोविया विफलताओं के सामान्य कारण
माइक्रोवियास विफल होने पर विफल हो जाते हैं जब विनिर्माण दोष या पर्यावरणीय तनाव उनकी यांत्रिक या विद्युत सीमा से अधिक हो जाते हैं। नीचे सबसे आम विफलता मोड हैं:
1। विनिर्माण दोष
यहां तक कि उत्पादन में छोटी खामियों से भयावह विफलताएं हो सकती हैं:
A.voids में चढ़ाना: तांबे के चढ़ाना के दौरान फंसे हवा के बुलबुले या दूषित पदार्थ उच्च प्रतिरोध के साथ कमजोर बिंदु बनाते हैं। Voids> 5% के माध्यम से मात्रा में विफलता के जोखिम में 70% की वृद्धि होती है।
B.underplating: माइक्रोवियास में पतली या असमान तांबा (μ10μm) प्रतिरोध को बढ़ाता है, जिससे उच्च धारा के तहत ओवरहीटिंग और खुले सर्किट होते हैं।
C.Drill Misalignment: माइक्रोवियास ड्रिल्ड ऑफ-सेंटर (> 10μM द्वारा) केवल आंशिक रूप से निशान से जुड़ सकता है, जिससे आंतरायिक कनेक्शन हो सकता है।
D.Resin Smear: माइक्रोविआस के अंदर छोड़ दिया ड्रिलिंग (राल या फाइबरग्लास) से मलबा तांबे को रोकता है, वर्तमान प्रवाह को अवरुद्ध करता है।
आईपीसी के एक अध्ययन में पाया गया कि 60% माइक्रोविया विफलताएं विनिर्माण दोषों का पता लगाती हैं, जिससे प्रक्रिया रक्षा की पहली पंक्ति को नियंत्रित करती है।

2। यांत्रिक तनाव
माइक्रोविया वास्तविक दुनिया के उपयोग में निरंतर यांत्रिक तनाव का सामना करते हैं:
A.Thermal Cycling: HDI PCBs का विस्तार और तापमान परिवर्तन के साथ अनुबंध (-40 ° C से 125 ° C ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों में)। कॉपर (17ppm/° C) और सब्सट्रेट (FR-4: 14–20ppm/° C) के बीच थर्मल विस्तार (CTE) के बेमेल गुणांक तनाव पैदा करते हैं जो माइक्रोविया चढ़ाना को दरार करता है।
बी। 0.5 मिमी बेंड त्रिज्या में 0.1 मिमी माइक्रोविया 10,000 चक्रों के बाद दरारें विकसित कर सकता है यदि ठीक से डिज़ाइन नहीं किया गया है।
C.vibration: एयरोस्पेस या औद्योगिक उपकरणों में, 20G कंपन माइक्रोविया कनेक्शन को ढीला कर सकते हैं, खासकर अगर चढ़ाना पतला या असमान है।

3। सामग्री असंगति
माइक्रोविया सामग्री के बीच मजबूत बंधनों पर भरोसा करते हैं - जब ये बॉन्ड टूटते हैं तो -बालक होते हैं:
ए। पोर आसंजन: कॉपर चढ़ाना और सब्सट्रेट (जैसे, एफआर -4 या पॉलीमाइड) के बीच कमजोर संबंध विशेष रूप से थर्मल तनाव के तहत, परिसीमन का कारण बनता है।
B.CTE बेमेल: उच्च CTE (जैसे, मानक FR-4) के साथ सब्सट्रेट हीटिंग के दौरान तांबे की तुलना में अधिक विस्तार करते हैं, माइक्रोवियास को अलग करते हैं।
C.Corrosion: नमी या रसायन (जैसे, फ्लक्स अवशेष) माइक्रोविया चढ़ाना, ऑक्सीकरण तांबे और बढ़ते प्रतिरोध में प्रवेश करते हैं।

विनिर्माण प्रक्रियाएं माइक्रोविया विश्वसनीयता को कैसे प्रभावित करती हैं
कारखाने में विश्वसनीय माइक्रोवियास का मार्ग शुरू होता है। प्रमुख विनिर्माण चरण- ड्रिलिंग, चढ़ाना, और फाड़ना -विफलता दर को प्रभावित करते हैं।

1। ड्रिलिंग: सटीक मामले
माइक्रोवियास को लेजर या यांत्रिक तरीकों का उपयोग करके ड्रिल किया जाता है, लेकिन लेजर ड्रिलिंग विश्वसनीयता के लिए हावी है:
A.Laser ड्रिलिंग: UV लेजर (355nm तरंग दैर्ध्य) ± 5μm सहिष्णुता, न्यूनतम राल स्मीयर, और चिकनी दीवारों के साथ स्वच्छ, सटीक छेद बनाते हैं - 50-100μm माइक्रोवियास के लिए आदर्श।
बी। मैकेनिकल ड्रिलिंग: बड़े माइक्रोवियास (100-150μm) के लिए काम करता है, लेकिन राल स्मीयर और असमान दीवारों को जोखिम देता है, जिससे चढ़ाना दोष बढ़ जाता है।

2। चढ़ाना: वर्दी कवरेज सुनिश्चित करना
कॉपर चढ़ाना माइक्रोवियास का जीवन -जीवन है - एक निरंतर, मोटी परत के बिना, वे वर्तमान का संचालन करने में विफल रहते हैं। विश्वसनीय चढ़ाना की आवश्यकता है:
A.electroless कॉपर डिपोजिशन: एक पतली (0.5-1μm) बेस लेयर जो वाया दीवारों का पालन करती है, बाद में इलेक्ट्रोप्लेटिंग स्टिक सुनिश्चित करती है।
B.electroplating: चालकता और शक्ति के लिए 15-25μm (न्यूनतम) के लिए तांबे की मोटाई का निर्माण। चढ़ाना एक समान होना चाहिए, जिसमें कोई "पिनहोल" या voids नहीं होता है।
C.ANNEALING: थर्मल साइकिलिंग को समझने के लिए महत्वपूर्ण, भंगुरता को कम करने के लिए 150-200 डिग्री सेल्सियस तक तांबे को गर्म करना।
आईपीसी मानकों को 95%+के कवरेज की आवश्यकता होती है - <90% कवरेज के साथ vias फेल 5x अधिक बार फील्ड परीक्षण में विफल हो जाता है।

3। फाड़ना: अनुक्रमिक बनाम पारंपरिक
लेमिनेशन (बॉन्डिंग लेयर्स एक साथ) माइक्रोविया संरेखण और तनाव को प्रभावित करता है:
A. अनुक्रमिक फाड़ना: एक समय में HDI परतों का निर्माण, प्रत्येक नई परत को लेजर मार्करों का उपयोग करके पिछले एक के साथ संरेखित किया गया। यह ± 5μM संरेखण प्राप्त करता है, माइक्रोविया मिसलिग्न्मेंट को रोकता है जो शॉर्ट्स या खुलता है।
B. BATCH FAMINATION: एक ही बार में सभी परतों को दबाना, जो ± 25μm मिसलिग्न्मेंट को जोखिम में डालता है - पारंपरिक पीसीबी के लिए स्वीकार्य लेकिन 8+ लेयर एचडीआई में माइक्रोविया के लिए घातक।
अनुक्रमिक लेमिनेशन 12-लेयर एचडीआई पीसीबी में माइक्रोविया विफलता दरों को 60% तक कम कर देता है, जिससे यह एयरोस्पेस और मेडिकल अनुप्रयोगों के लिए मानक बन जाता है।

माइक्रोविया विश्वसनीयता को बढ़ावा देने के लिए डिजाइन रणनीतियाँ
इंजीनियर सक्रिय डिजाइन विकल्पों के साथ विफलताओं को रोक सकते हैं:
1। माइक्रोविया आकार और प्लेसमेंट का अनुकूलन करें
A.Size: बड़े माइक्रोवियास (100-150μm) छोटे लोगों (50-75μm) की तुलना में विनिर्माण विविधताओं को अधिक क्षमा कर रहे हैं, लेकिन अधिक स्थान लेते हैं। विश्वसनीयता के साथ संतुलन घनत्व - अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए 75-100μM का उपयोग करें।
B.spacing: क्रॉसस्टॉक और यांत्रिक तनाव से बचने के लिए माइक्रोविया को कम से कम 2x उनके व्यास को अलग रखें (जैसे, 75μm VIAS के लिए 150μM रिक्ति)।
C.BEND ज़ोन: कठोर-फ्लेक्स HDIS में, फ्लेक्स-प्रेरित तनाव को कम करने के लिए मोड़ अक्षों से माइक्रोवियास 500μm+ दूर रखें।

2। संगत सामग्री चुनें
ए। फ्लेक्स ज़ोन के लिए, पॉलीमाइड (CTE 20ppm/° C) पॉलिएस्टर की तुलना में बेहतर तांबे से मेल खाता है।
B.Copper प्रकार: लुढ़का हुआ तांबा (बनाम इलेक्ट्रोडेपोसिटेड) अधिक नमनीय है, झुकने या थर्मल साइकिलिंग के दौरान क्रैकिंग का विरोध करता है।
C.Adhesives: डीलैमिनेशन को कम करने के लिए कॉपर (17ppm/° C) के करीब CTE के साथ एपॉक्सी या ऐक्रेलिक चिपकने का उपयोग करें।

3। उच्च-तनाव वाले क्षेत्रों को सुदृढ़ करता है
A.Thermal VIAS: गर्मी को फैलाने के लिए गर्मी स्रोतों (जैसे, पावर एम्पलीफायरों) के पास बड़े "थर्मल माइक्रोवियास" (100μM) को जोड़ें, सिग्नल माइक्रोवियास पर थर्मल तनाव को कम करने के लिए।
B. Copper पैड: तनाव को वितरित करने और सब्सट्रेट में आसंजन में सुधार करने के लिए 50-100μm कॉपर पैड के साथ माइक्रोवियास को घेरें।
C.avoid 90 ° कोण: वर्तमान भीड़ को कम करने के लिए 45 ° कोण पर माइक्रोविया में मार्ग का निशान होता है, जो हॉटस्पॉट का कारण बनता है।

माइक्रोविया विश्वसनीयता को मान्य करने के लिए परीक्षण के तरीके
अव्यक्त दोषों को पकड़ने के लिए कठोर परीक्षण के बिना कोई डिजाइन पूरा नहीं होता है:
1। क्रॉस-सेक्शनल विश्लेषण
माइक्रोविआस को स्लाइस करना और एक माइक्रोस्कोप के तहत उनकी जांच करने से पता चलता है:
चढ़ाना मोटाई और एकरूपता।
Voids, पिनहोल, या राल स्मीयर।
तांबे और सब्सट्रेट के बीच आसंजन।
IPC-TM-650 2.1.1 को Cross15μM चढ़ाना मोटाई और <5% शून्य क्षेत्र को सत्यापित करने के लिए क्रॉस-सेक्शन की आवश्यकता होती है।

2। थर्मल साइकिलिंग
1,000+ चक्रों के लिए HDI PCB को -40 ° C से 125 ° C तक उजागर करें, फिर माइक्रोविया प्रतिरोध का परीक्षण करें। A> 10% प्रतिरोध वृद्धि दरारें चढ़ाना इंगित करती है।

3। बेंड टेस्टिंग
कठोर-फ्लेक्स एचडीआई के लिए:
1x बोर्ड की मोटाई के त्रिज्या पर 10,000+ बार नमूने झुकाते हैं।
एक निरंतरता परीक्षक का उपयोग करके खोलने के लिए माइक्रोवियास की जाँच करें।
विश्वसनीय माइक्रोवियास को परीक्षण के बाद कोई प्रतिरोध परिवर्तन नहीं दिखाना चाहिए।

4। एक्स-रे निरीक्षण
3 डी एक्स-रे स्कैन छिपे हुए दोषों का पता लगाते हैं:
स्टैक्ड माइक्रोविया संरेखण (± 5μM के भीतर होना चाहिए)।
इनर-लेयर माइक्रोवियास (दफन वियास) में voids।
चढ़ाना मोटाई भिन्नता।

5। सोल्डरबिलिटी टेस्टिंग
विधानसभा के दौरान माइक्रोवियास को मिलाना चाहिए:
IPC-TM-650 2.4.12 (सोल्डर डिप टेस्ट) के साथ परीक्षण करें, जो कि सोल्डर वेट्स को समान रूप से सुनिश्चित करने के लिए, बिना किसी डेवेटिंग (ऑक्सीकरण या संदूषण का संकेत) के साथ।

वास्तविक दुनिया की विफलता के मामले और समाधान
1। मोटर वाहन ADAS सेंसर विफलता
एक टीयर 1 आपूर्तिकर्ता को एचडीआई-आधारित रडार सेंसर में 15% क्षेत्र विफलताओं का सामना करना पड़ा, जो माइक्रोविया दरारों का पता लगाया गया था।
मूल कारण: CO₂ लेजर ड्रिलिंग 75μm माइक्रोवियास के 10% में राल बाईं धब्बा, उचित चढ़ाना को रोकता है।
समाधान: यूवी लेजर ड्रिलिंग पर स्विच किया गया, राल स्मीयर को <2% तक कम करना और <1% पर विफलता।

2। फोल्डेबल फोन फ्लेक्स ज़ोन विफलताएं
एक स्मार्टफोन निर्माता ने देखा कि माइक्रोविया कठोर-फ्लेक्स एचडीआई में 10,000 सिलवटों के बाद खुलता है।
मूल कारण: माइक्रोवियास ने फ्लेक्सिंग के दौरान फटा कुल्हाड़ियों (200μm बनाम अनुशंसित 500μm) को मोड़ने के लिए बहुत करीब रखा।
समाधान: विफलता के बिना 100,000+ सिलवटों को सक्षम करते हुए, माइक्रोवियास और रोल्ड कॉपर का उपयोग किया।

3। चिकित्सा प्रत्यारोपण विश्वसनीयता मुद्दे
माइक्रोविया संक्षारण के कारण योग्यता के दौरान एक पेसमेकर पीसीबी विफल रहा।
मूल कारण: माइक्रोवियास में फंसे फ्लक्स अवशेष शरीर के तरल पदार्थ के साथ प्रतिक्रिया करते हैं, जिससे तांबे का ऑक्सीकरण होता है।
समाधान: एक पोस्ट-प्लेटिंग सफाई चरण (अल्ट्रासोनिक स्नान + डीई पानी कुल्ला) और अनुरूप कोटिंग, 5-वर्षीय स्थायित्व परीक्षणों को पारित करना।

उप पूछे जाने वाले उपवास
प्रश्न: सबसे छोटा माइक्रोविया आकार क्या है जो मज़बूती से निर्मित हो सकता है?
ए: वाणिज्यिक निर्माता मज़बूती से यूवी लेजर ड्रिलिंग के साथ 50μm माइक्रोवियास का उत्पादन करते हैं, लेकिन 30-40μM VIAS के लिए 90% से नीचे की पैदावार। अधिकांश उच्च-विश्वसनीयता अनुप्रयोग आकार और उपज के संतुलन के लिए 75-100μM का उपयोग करते हैं।

प्रश्न: स्टैक किए गए माइक्रोविया विश्वसनीयता को कैसे प्रभावित करते हैं?
एक: स्टैक्ड माइक्रोवियास (3+ परतों को जोड़ना) एकल माइक्रोवियास की तुलना में मिसलिग्न्मेंट के लिए अधिक प्रवण हैं। स्टैक्ड VIAS- ऑफ़सेट के बीच <5μm ऑफसेट सुनिश्चित करने के लिए अनुक्रमिक लेमिनेशन और एक्स-रे संरेखण चेक का उपयोग करें।

प्रश्न: क्या दोषपूर्ण होने पर माइक्रोविया की मरम्मत की जा सकती है?
A: नहीं - एक बार एक माइक्रोविया को चढ़ाया जाता है, voids या दरारें जैसे दोष तय नहीं किए जा सकते हैं। रोकथाम महत्वपूर्ण है: सख्त प्रक्रिया नियंत्रण और महत्वपूर्ण माइक्रोवियास का 100% निरीक्षण (जैसे, चिकित्सा उपकरणों में) आवश्यक हैं।

प्रश्न: कठोर वातावरण में माइक्रोविया कब तक रहता है?
एक: उचित डिजाइन और विनिर्माण के साथ, मोटर वाहन या एयरोस्पेस पीसीबी में माइक्रोवियास 10-20 वर्षों तक चलना चाहिए। मेडिकल इम्प्लांट में, बायोकंपैटिबल कोटिंग्स (जैसे, पैरीलीन) जीवनकाल को 15+ वर्ष तक बढ़ाते हैं।

प्रश्न: क्या माइक्रोविया उच्च आवृत्तियों पर सिग्नल अखंडता को प्रभावित करते हैं?
A: हाँ -स्वीकृत रूप से डिज़ाइन किए गए माइक्रोवियास (किसी न किसी दीवारों या असमान चढ़ाना के साथ) सिग्नल रिफ्लेक्शन और नुकसान> 10GHz पर। 100Gbps तक अखंडता बनाए रखने के लिए चिकनी-दीवार वाले लेजर-ड्रिल किए गए माइक्रोविआस और कम-हानि सब्सट्रेट (जैसे, रोजर्स) का उपयोग करें।

निष्कर्ष
Microvias HDI PCB की रीढ़ है, जो आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स को परिभाषित करने वाले घनत्व और प्रदर्शन को सक्षम करता है। उनकी विश्वसनीयता सटीक विनिर्माण, स्मार्ट डिजाइन और कठोर परीक्षण के एक नाजुक संतुलन पर निर्भर करती है। विफलता मोड को समझने से - थर्मल तनाव से लेकर थर्मल तनाव तक - और यूवी लेजर ड्रिलिंग, अनुक्रमिक लेमिनेशन और सामग्री मिलान जैसे समाधानों को लागू करने से, निर्माता माइक्रोविया का उत्पादन कर सकते हैं जो कठोर वातावरण में दशकों तक उपयोग के लिए खड़े होते हैं। इंजीनियरों के लिए, टेकअवे स्पष्ट है: माइक्रोवियास के बाद के रूप में नहीं, बल्कि महत्वपूर्ण घटकों के रूप में सबसे उन्नत आईसीएस के रूप में विस्तार करने के लिए समान ध्यान देने की आवश्यकता है। एचडीआई पीसीबी की दुनिया में, सबसे छोटी विशेषताएं अक्सर सबसे बड़ी सफलताओं का निर्धारण करती हैं।