HDI PCB의 마이크로비아 신뢰성: 제조 모범 사례 및 고장 방지

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고밀도 상호 연결 (HDI) PCB에서, 마이크로 비아들은 소형화의 알려지지 않은 영웅입니다.이 작은 구멍은 종종 사람의 머리카락보다 넓지 않습니다 (50~150μm) 현대 전자 장치를 가능하게 하는 밀도가 높은 층 연결을 가능하게합니다하지만 높은 밀도와 함께 큰 책임이 있습니다. 단 하나의 마이크로비아 장애가 전체 기기를 비활성화시킬 수 있고, 비용이 많이 드는 리콜이나 안전 위험을 초래할 수 있습니다.엔지니어와 제조업체, 마이크로 비아 신뢰성을 이해하는 것은 고성능 HDI PCB를 공급하는 데 필수적입니다.이 안내서는 마이크로비아 신뢰성의 과학을 설명합니다., 디자인에서 제조까지, 그리고 이러한 작은 구성 요소가 시간의 시험을 견딜 수 있도록 실행 가능한 전략을 제공합니다.

주요 내용
1미크로바이어는 제조 결함 (공허, 부적절한 접착), 기계적 스트레스 (굽기, 열 순환) 및 재료 불일치로 인해 실패합니다. HDI PCB 필드 오류의 35~40%를 유발합니다.
2신뢰성 있는 미크로비아는 정밀한 파도 (±5μm 허용), 균일한 접착 (95%+ 커버) 및 호환성 물질 (CTE가 낮은 기판, 유연 구리) 을 필요로 합니다.
3.차례 래미네이션과 레이저 드릴링은 전통적인 제조 방법에 비해 60%의 실패율을 감소시킵니다.
4횡단단 분석, 열 사이클링 및 구부러진 테스트를 포함한 테스트는 현장에 도달하기 전에 숨겨진 미크로비아 결함의 90%를 식별합니다.

미크로비아 는 무엇 이며 왜 중요 합니까?
미크로비아는 HDI PCB에 작은, 접착된 구멍으로 전체 보드를 침투하지 않고 구리 층을 연결합니다. 그들은 세 가지 주요 유형으로 제공됩니다:
블라인드 마이크로 비아: 외부 층을 하나 이상의 내부 층에 연결하지만 반대쪽에서 멈추십시오.
묻힌 미생물: 두 개 이상의 내부 층을 연결하여 눈에 띄지 않습니다.
쌓인 미크로비아: 세 개 이상의 층을 연결하기 위해 수직으로 쌓인 여러 개의 미크로비아, 더 큰 구멍의 필요성을 줄입니다.
그들의 역할은 HDI 설계에서 대체할 수 없습니다.
공간 효율성: 마이크로 비아들은 전통적인 뚫린 비아의 10분의 1을 차지하며 3~5배 더 높은 부품 밀도를 가능하게 합니다.
신호 성능: 짧고 직접적인 경로는 전통적인 PCB에서 더 긴 绕路 연결에 비해 신호 손실을 40% 감소시킵니다.
신뢰성: 더 적은 커넥터와 더 짧은 흔적은 진동에 취약한 장치 (예를 들어 자동차 센서) 의 고장 위험을 줄입니다.
5G 베이스 스테이션을 위한 12층 HDI PCB에서, 하나의 평방인치에는 100Gbps 신호 속도를 유지하기 위해 각각 500+개의 마이크로비야가 포함될 수 있다.이 시나리오에서 1%의 실패율은.

미크로비아 장애 의 흔 한 원인
미크로바이어 는 제조 결함 또는 환경 스트레스 요인이 기계적 또는 전기적 한계를 초과 할 때 고장납니다. 아래는 가장 일반적인 고장 방식입니다.
1제조 결함
생산의 작은 결함조차도 재앙적인 실패로 이어질 수 있습니다.
a.포장 속 공허함: 구리포장 중에 갇힌 공기 거품이나 오염 물질은 높은 저항을 가진 약한 지점을 만듭니다.
b.하위 표면: 미세 자루에 있는 얇은 또는 불규칙한 구리 (≤10μm) 는 저항을 증가시켜 과열 및 높은 전류 아래의 열린 회로로 이어집니다.
c. 드릴의 오차: 중심에서 벗어난 (> 10μm) 미크로비아가 흔적에 부분적으로만 연결될 수 있으며, 간헐적인 연결을 유발할 수 있습니다.
d.레신 스미어: 미크로비아 내부에 남아있는 굴착 (레신 또는 유리섬유) 의 잔해는 구리를 고립하여 전류 흐름을 차단합니다.
IPC의 한 연구결과에 따르면, 마이크로 비오의 60%가 제조 결함으로 인해 발생하는 것으로 밝혀졌으며, 이 때문에 프로세스 컨트롤은 방어의 첫 번째 라인입니다.

2기계적 스트레스
미크로비아는 실제 사용에서 지속적인 기계적 스트레스에 직면합니다:
a.열기 사이클: HDI PCB는 온도 변화 (자동차 응용 프로그램에서 -40 °C에서 125 °C) 에 따라 팽창하고 수축합니다.구리 (17ppm/°C) 와 기판 (FR-4) 사이의 열 팽창 계수 (CTE) 가 일치하지 않습니다.: 14~20ppm/°C) 는 미크로비아 접착제를 균열시키는 스트레스를 만듭니다.
b.굽기/굽기: 딱딱하고 플렉스한 HDI PCB (예: 접이 가능한 전화기) 에서, 플렉스 영역의 마이크로 비아들은 반복적인 굽기를 견딜 수 있습니다. 0.5mm 굽기 반경의 0.1mm 마이크로 비아에는 10 년 후에 균열이 발생할 수 있습니다.1000 회로, 제대로 설계되지 않은 경우.
c. 진동: 항공우주 또는 산업 장치에서 20G 진동은 마이크로 비아 연결을 느슨하게 할 수 있습니다. 특히 접착이 얇거나 불규칙하다면요.

3물질적 불일치성
미크로비아는 재료들 사이의 강한 결합에 의존합니다. 이 결합이 깨지면 고장이 발생합니다.
a.미약한 접착력: 구리 접착제와 기판 (예: FR-4 또는 폴리아미드) 사이의 약한 결합은 특히 열 스트레스로 인해 탈라미네이션을 유발합니다.
b.CTE 불일치: 높은 CTE (예: 표준 FR-4) 를 가진 기판은 가열 중에 구리보다 더 확장하여 미생물을 분리합니다.
(c. Corrosion: 수분 또는 화학물질 (예: 플럭스 잔류) 는 미크로비아 접착제를 침투하여 구리를 산화시키고 저항을 증가시킵니다.

제조 과정이 미생물 신뢰성에 어떻게 영향을 미치는가
신뢰성 있는 마이크로 비아로의 길은 공장에서 시작됩니다. 주요 제조 단계인 뚫기, 접착 및 라미네이션은 실패율에 직접적인 영향을 미칩니다.

1钻探: 정확성 문제
미크로비아는 레이저 또는 기계적 방법을 사용하여 뚫어집니다. 그러나 레이저 뚫림은 신뢰성을 위해 지배합니다.
a.레이저 뚫기: UV 레이저 (355nm 파장) 는 ±5μm 용도, 최소한의 樹脂 스미어 및 매끄러운 벽과 함께 깨끗하고 정확한 구멍을 만듭니다. 50~100μm 마이크로 비아에 이상적입니다.
b.기계 뚫기: 더 큰 미세 뚫기 (100~150μm) 를 위해 작동하지만 樹脂 smear 및 불규칙한 벽을 위험, 접착 결함을 증가.

2접착: 균일한 보장을 보장합니다.
구리 접착제 는 미크로 비아 의 생명력 이다. 연속적 인 두꺼운 층 이 없으면 전류 를 전도 할 수 없다. 신뢰성 있는 접착제 는 다음 과 같은 것 들 을 요구 한다.
a.전자 없는 구리 퇴적: 후속 가전화 스틱을 보장하기 위해 트와이 벽에 붙는 얇은 (0.5μm) 기본 층.
b.전자판: 전도성과 강도를 위해 구리 두께를 15μ25m (최저) 로 만들어야 한다. 판은 균일해야 하며,?? 핀홀?? 또는 공백이 없어야 한다.
c. 앙일링: 구리를 150~200°C로 가열하여 깨지기성을 줄이는데 열순환에 견딜 수 있습니다.
IPC 표준은 95% + 90% 커버리지를 요구하며 <90% 커버리지를 가진 비아들은 현장 테스트에서 5배 더 자주 실패합니다.

3- 라미네이션: 순차적 대 전통적인
라미네이션 (층을 결합시키는) 은 미크로비아 정렬과 스트레스에 영향을 미칩니다:
a. 순차적인 라미네이션: HDI 층을 하나씩 만들고, 레이저 마커를 사용하여 각 새로운 층이 이전 층에 정렬됩니다. 이것은 ±5μm 정렬을 달성합니다.짧은 바지 또는 열을 일으키는 미크로비아 오차를 예방합니다..
b. Batch lamination: 모든 층을 한꺼번에 압축하여 ±25μm의 비정형화 위험이 있습니다. 전통적인 PCB에 허용되지만 8 + 층 HDI의 미생물에 치명적입니다.
순차 라미네이션은 12층 HDI PCB에서 미크로비아 실패율을 60% 감소시켜 항공 및 의료 응용 분야에 표준화합니다.

미생물 신뢰성을 높이기 위한 설계 전략
엔지니어들은 능동적인 설계 선택으로 장애를 예방할 수 있습니다.
1미크로비아 크기와 배치 최적화
a. 크기: 더 큰 마이크로 비아 (100~150μm) 는 더 작은 것 (50~75μm) 보다 제조 변이를 더 용서하지만 더 많은 공간을 차지합니다.신뢰성있는 균형 밀도 대부분의 응용 프로그램에 75-100μm를 사용.
b. 간격: 크로보이아와 기계적 스트레스를 피하기 위해 미크로보이아를 지름의 최소 2배나 떨어져 두어야 한다 (예를 들어, 75μm 비아에 150μm 간격).
굽기 구역: 딱딱한 플렉스 HDI에서는 굽기 축으로부터 500μm 이상 떨어진 곳에 미크로비아를 배치하여 플렉스 유발 스트레스를 줄이십시오.

2호환성 있는 자료를 선택하세요.
a.지판: 열압력을 최소화하기 위해 CTE가 낮은 재료 (예: 로저스 RO4350, CTE 14ppm/°C) 를 사용하십시오. 플렉스 구역에서 폴리마이드 (CTE 20ppm/°C) 는 폴리에스터보다 구리와 더 잘 일치합니다.
b. 구리 종류: 롤링 된 구리 (전자 퇴적) 는 굽거나 열 사이클 도중 균열을 저항하여 더 유연합니다.
c. 접착제: 엽록체 또는 아크릴 접착제를 사용하여 구리 (17ppm/°C) 에 가까운 CTE를 사용하여 겹이지는 것을 줄이십시오.

3고위압 영역을 강화합니다.
a.열전도: 열을 분산시키기 위해 더 큰 ′′열전도 미크로비아" (100μm) 를 열원 (예를 들어, 전력 증폭기) 근처에 추가하여 신호 미크로비아에 열 스트레스를 줄이십시오.
b. 구리 패드: 스트레스를 분산하고 기판에 붙는 것을 향상시키기 위해 50μ100μm 구리 패드로 마이크로 비아를 둘러싸십시오.
c. 90° 각을 피한다. 하트 스팟을 일으키는 현재 밀집을 줄이기 위해 45° 각의 미세 유선으로 경로를 표시한다.

미크로바이러스 신뢰성을 검증하기 위한 테스트 방법
숨겨진 결함을 발견하기 위한 엄격한 테스트 없이는 디자인이 완성되지 않습니다.
1횡단단 분석
미생물을 잘라내서 현미경으로 검사하면
접착 두께와 균일성
공허함, 구멍, 또는 樹脂 smear.
구리와 기판 사이의 접착
IPC-TM-650 2.1.1 ≥15μm의 접착 두께와 <5%의 빈 부위를 확인하기 위해 가로 절단이 필요합니다.

2열자전거
HDI PCB를 -40°C ~ 125°C로 1000~000 회전 동안 노출시키고, 그 다음 미크로비아 저항을 테스트합니다. 저항이 10% 이상 증가하면 플래팅 균열을 나타냅니다.

3굽기 테스트
딱딱한 플렉스 HDI:
표본을 판 두께의 1배 반지름으로 1만번 이상 굽습니다.
연속성 테스트를 통해 미크로비아를 열 수 있는지 확인하십시오.
신뢰성 있는 미크로비아는 테스트 후 저항 변화가 없어야 합니다.

4엑스레이 검사
3차원 엑스레이 스캔을 통해 숨겨진 결함을 감지합니다.
주파수 미크로비아 정렬 (±5μm 내외로 있어야 한다)
내부층 미세포 (buried vias) 의 빈 공간.
접착 두께 변동.

5용접성 검사
미크로비아는 조립 중에 용접성을 유지해야 합니다:
IPC-TM-650로 테스트 2.4.12 (연금용 침착 테스트) 는 연금용 수분이 균일하게, 빗이 젖지 않는 것을 확인하기 위해 (산화 또는 오염의 징후).

실전적 인 실패 사례 및 해결책
1자동차 ADAS 센서 고장
1급 공급업체는 HDI 기반의 레이더 센서에서 15%의 현장 장애를 겪었고, 마이크로 비아 균열로 추적되었습니다.
근본 원인은: CO2 레이저 뚫림으로 75μm 미크로 비아의 10%에 염분 스프레이를 남겼고, 적절한 접착을 방지했습니다.
솔루션: UV 레이저 드릴링으로 전환하여 樹脂 스미어 < 2%로 감소하고 장애가 < 1%로 감소합니다.

2접이식 전화 플렉스 구역 장애
스마트폰 제조업체는 딱딱한 플렉스 HDI에서 1만 번 접은 후 마이크로 비아가 열리는 것을 보았습니다.
근원적 원인: 굽는 동안 구부러지는 곡선 축 (200μm 대 권장 500μm) 에 너무 가깝게 배치 된 미크로비아.
솔루션: 마이크로 비아를 이전하고 롤 된 구리를 사용하여 실패없이 10만 개 이상의 접을 가능하게합니다.

3의료 임플란트 신뢰성 문제
페이시메이커 PCB는 마이크로 비아 염화로 인해 자격 과정에서 실패했습니다.
근본 원인은: 미생물에 갇힌 플럭스 잔류가 체액과 반응하여 구리 산화를 일으킨다.
솔루션: 5 년 내구성 테스트를 통과 한 후 청정 단계 (초음파 목욕 + DI 물 씻기) 와 합동 코팅을 추가했습니다.

FAQ
질문: 믿을 수 있는 가장 작은 미크로비아 크기는 무엇입니까?
A: 상용 제조업체는 UV 레이저 뚫림으로 50μm 마이크로 비아를 안정적으로 생산하지만, 30~40μm 비아의 생산량은 90% 이하로 떨어집니다.대부분의 높은 신뢰성 응용 프로그램은 크기와 출력 균형을 위해 75 ~ 100μm를 사용합니다..

질문: 겹쳐진 미크로비아가 신뢰성에 어떤 영향을 미치나요?
A: 쌓인 미크로비아 (3+층을 연결하는) 는 단일 미크로비아보다 오작동에 더 취약합니다.연속 라미네이션 및 X선 정렬 검사를 사용하여 쌓인 비아스 오프셋 사이의 <5μm 오프셋 > 10μm의 오프셋을 보장하면 실패 위험이 80% 증가합니다..

질문: 미크로비아가 결함이 있는 경우 수리 할 수 있습니까?
A: 일단 미크로비아가 접착되면 빈 공간이나 균열과 같은 결함이 수정 될 수 없습니다. 예방이 중요합니다. 엄격한 프로세스 제어 및 중요한 미크로비아의 100% 검사 (예를 들어,의약품에 사용해야 합니다..

질문: 마이크로 비아들은 가혹한 환경에서 얼마나 오래 지속되나요?
A: 적절한 설계 및 제조로 자동차 또는 항공 우주 PCB의 마이크로 비아가 10~20 년 동안 지속되어야합니다. 의료 임플란트에서 생물 호환성 코팅 (예: 파리렌) 은 수명을 15+ 년까지 연장합니다.

Q: 마이크로 비아들은 높은 주파수에서 신호 무결성에 영향을 미치나요?
A: 예 썩 잘 설계되지 않은 미크로비아 (거울한 벽이나 불규칙한 접착) 는 10GHz 이상에서 신호 반사 및 손실을 유발합니다. 부드러운 벽 레이저 구멍을 뚫은 미크로비아와 낮은 손실 기판을 사용하십시오.로저스) 로 100Gbps까지의 무결성을 유지합니다..

결론
미크로비아는 HDI PCB의 척추이며 현대 전자제품의 밀도와 성능을 가능하게 합니다.그리고 엄격한 테스트- 플래팅 공허점부터 열 스트레스까지 실패 모드를 이해하고, UV 레이저 드릴링, 순차 라미네이션, 재료 일치 등의 솔루션을 구현함으로써제조업체는 가장 혹독한 환경에서 수십 년 동안 사용할 수 있는 마이크로 비아를 생산할 수 있습니다.기술자들에겐 이 교훈은 분명합니다. 마이크로 비아를 후기 생각으로 취급하는 것이 아니라, 가장 진보된 IC와 같은 세부사항에 대한 관심을 필요로 하는 중요한 부품으로 취급합니다.가장 작은 특징은 종종 가장 큰 성공을 결정합니다..