Les microvies s'utilitzen com a interconnexions entre capes en substrats d'interconnexió d'alta densitat (HDI) i plaques de circuits impresos (PCB) per adaptar-se a l'alta densitat d'entrada/sortida (E/S) dels paquets avançats.
Les microvies són rellevants en la fabricació d'electrònica.
Impulsada per la portabilitat i les comunicacions sense fil, la indústria electrònica s'esforça per produir productes assequibles, lleugers i fiables amb una funcionalitat més gran. A nivell de components electrònics, això es tradueix en components amb més E/S amb àrees de petjada més petites (per exemple, paquets flip-chip, paquets a escala de xip i connexions directes de xip), i a nivell de placa de circuits impresos i substrat de paquet, en l'ús d'interconnexions d'alta densitat (HDI) (per exemple, línies i espais més fins i vies més petites). miniatura|Exemple de PCB
Visió general Els estàndards de l'IPC van revisar la definició de microvia el 2013 a un forat amb una relació profunditat-diàmetre d'1:1 o menys, i una profunditat del forat que no superi els 0,25 mm. Anteriorment, una microvia era qualsevol forat de diàmetre inferior o igual a 0,15 mm .
Amb l'arribada dels telèfons intel·ligents i altres dispositius electrònics portàtils, les microvies han evolucionat de microvies d'un sol nivell a microvies apilades que creuen múltiples capes HDI. La tecnologia d'acumulació seqüencial (SBU) s'utilitza per fabricar plaques HDI. Les capes HDI se solen construir a partir d'una placa central de doble cara fabricada tradicionalment o una PCB multicapa. Les capes HDI es construeixen a banda i banda de la PCB tradicional una per una amb microvies. El procés SBU consta de diversos passos: laminació de capes, formació de vies, metal·lització i ompliment. Hi ha múltiples opcions de materials i/o tecnologies per a cada pas.
Les microvies es poden omplir amb diferents materials i processos:B. Birch, “Reliability Testing for Microvias in Printed Wire Boards”, Circuit World, Vol. 35, No. 4, p. 3 – 17, 2009
Omplert amb resina epoxi (etapa b) durant un pas del procés de laminació seqüencial Omplert amb material no conductor o conductor que no sigui coure com a pas de processament separat Tancat amb coure electroplacat Serigrafiat tancat amb pasta de coure
Les microvies enterrades s'han d'omplir, mentre que les microvies cegues a les capes externes normalment no tenen cap requisit d'ompliment. Una microvia apilada normalment s'omple amb coure electrodeposat per fer interconnexions elèctriques entre múltiples capes HDI i proporcionar suport estructural per al(s) nivell(s) exterior(s) de la microvia o per a un component muntat a la placa de coure més externa.
Fiabilitat de les microvies La fiabilitat de l'estructura HDI és una de les principals limitacions per a la seva implementació generalitzada amb èxit a la indústria de PCB. Una bona fiabilitat termomecànica de les microvies és una part essencial de la fiabilitat de HDI. Molts investigadors i professionals han estudiat la fiabilitat de les microvies en PCB HDI. La fiabilitat de les microvies depèn de molts factors, com ara els paràmetres de geometria de les microvies, les propietats del material dielèctric i els paràmetres de processament.
La recerca sobre la fiabilitat de les microvies s'ha centrat en l'avaluació experimental de la fiabilitat de les microvies sense farciment d'un sol nivell, així com en l'anàlisi d'elements finits sobre les distribucions d'esforços/deformacions en microvies d'un sol nivell i l'estimació de la vida útil a la fatiga de les microvies. Les fallades de les microvies identificades a partir de la recerca inclouen la separació interfacial (separació entre la base de la microvia i el pad objectiu), esquerdes de canó, esquerdes de cantonada/genoll i esquerdes del pad objectiu (també conegudes com a arrencada de microvies). Aquestes fallades resulten de les tensions termomecàniques causades per la desajust del coeficient d'expansió tèrmica (CTE), en la direcció del gruix de la PCB, entre la metal·lització en una estructura de microvies i els materials dielèctrics que envolten el metall. El següent paràgraf destaca part de la recerca sobre la fiabilitat de les microvies.
Ogunjimi et al. van examinar l'efecte de les variables del procés de fabricació i disseny sobre la vida útil a fatiga de les microvies, incloent-hi el gruix de la traça (conductor), la capa o capes del dielèctric al voltant de la traça i a la microvia, la geometria de la via, l'angle de la paret de la via, el coeficient de ductilitat del material conductor i el factor de concentració de deformació. Es van crear models d'elements finits amb diferents geometries i es va utilitzar el mètode ANOVA per determinar la importància de les diferents variables del procés. Els resultats de l'ANOVA van mostrar que el factor de concentració de deformació era la variable més important, seguit del factor de ductilitat, el gruix de la metal·lització i l'angle de la paret de la via. Prabhu et al.A. S. Prabhu, D. B. Barker, M. G. Pecht, J. W. Evans, W. Grieg, E. S. Bernard, and E. Smith, “A Thermo-Mechanical Fatigue Analysis of High Density Interconnect Vias,” Advances in Electronic Packaging, Vol. 10, No. 1, 1995 van dur a terme una anàlisi d'elements finits (FEA) en una estructura de microvia HDI per determinar l'efecte del cicle de temperatura accelerat i el xoc tèrmic. Liu et al. i Ramakrishna et al. van dur a terme proves de xoc tèrmic líquid-líquid i aire-aire, respectivament, per estudiar l'efecte de les propietats del material dielèctric i els paràmetres de la geometria de la microvia, com ara el diàmetre de la microvia, l'angle de la paret i el gruix del recobriment, sobre la fiabilitat de la microvia. Andrews et al. van investigar la fiabilitat de les microvies d'un sol nivell mitjançant IST (prova d'estrès d'interconnexió) i van considerar l'efecte dels cicles de reflux de la soldadura sense plom. Wang i Lai van investigar els possibles llocs de fallada de les microvies mitjançant la modelització d'elements finits. Van descobrir que les microvies plenes tenen una tensió més baixa que les microvies sense omplir. Choi i Dasgupta van introduir el mètode d'inspecció no destructiva de les microvies en el seu treball.
Tot i que la majoria de la recerca sobre la fiabilitat de les microvies se centra en microvies d'un sol nivell, BirchB. Birch, “Reliability Testing for Microvias in Printed Wire Boards”, Circuit World, Vol. 35, No. 4, p. 3 – 17, 2009 va provar microvies apilades i esglaonades de diversos nivells mitjançant la prova IST. L'anàlisi de Weibull sobre les dades de la prova va mostrar que les microvies apilades d'un i dos nivells duren més que les microvies de 3 i 4 nivells (per exemple, les microvies apilades de dos nivells van experimentar unes 20 vegades més cicles fins a la fallada que les microvies apilades de 4 nivells). miniatura|una vista en secció transversal d'una microvia amb un buit
Buidatge de microvies Un repte per al desenvolupament de plaques d'interconnexió d'alta densitat és fabricar microvies fiables, especialment per a microvies apilades, sense que això provoqui un ompliment incomplet, clotets o buits en el procés de recobriment de coure.Y. Ning, M. H. Azarian, and M. Pecht, Simulation of the Influence of Manufacturing Quality on Thermomechanical Stress of Microvias, IPC APEX 2014 Technical Conference, March 25–27, 2014 Els autors de han estat investigant el risc de microvies pel que fa a buits i altres defectes mitjançant proves experimentals i anàlisi d'elements finits. Van descobrir que l'ompliment incomplet de coure augmenta els nivells d'estrès a les microvies i, per tant, disminueix la vida útil a fatiga de les microvies.
Pel que fa als buits, les diferents condicions de buits, com ara les diferents mides, formes i ubicacions dels buits, donen lloc a efectes diferents sobre la fiabilitat de les microvies. Els buits petits de forma esfèrica augmenten lleugerament la vida útil a fatiga de les microvies, però les condicions de buits extremes redueixen considerablement la durada de les microvies.
Referències
Categoria:Fabricació de circuits electrònics