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EspañolGerry Patida氏の「マイクロビア信頼性検証の進展」を分析する
Gerry Patida氏の「重要な」Microvia信頼性論文について、Happy Holdenが語る
読了時間：約2分
はじめに：積層マイクロビアの潜在的欠陥の問題
本論文(原文)は、こちらからダウンロード可能です。尚、本論文を簡易日本語訳した文書は下記セクションにてダウンロード可能です。
1996年、マイクロビアを使用した基板に潜在的な電気的欠陥が現れ始めたことをきっかけに始まった本論争を、以来、Partida氏は徹底的に追及している。私がこの話題に精通するようになったのは、2000年にIPCが主催したマイクロビア技術のラウンドロビンテストを実施したときだった。2000年にIPCがマイクロビア技術のラウンドロビンテストを開催し、すべてが良好に見え、HDI技術は急成長した。エレクトロニクスの進化と同様に、この技術も成長し、多様化した。しかし、過去に行われたラウンドロビンテストのように、すべてのバリエーションでテストされている訳ではない。
現在のエレクトロニクス業界では、マイクロビアの信頼性、特に実装時やリワーク時、あるいは現場での作業時のリフロー後の信頼性について、同様の課題に直面している」とGerry氏は説明する。かつての電気試験の欠点と同様に、業界は材料の熱特性や設計上の形状を評価することなく、マイクロビアを使用したPCBを設計した。ファブリケーターは完成品を製造し、完成したPCBをIPC-6012などの確立された性能基準で評価した。組立て後に検出困難な故障が発生した場合、試験方法 IPC-TM-650 2.6.27 が確立され、IPC-6012の3.6章, Structural Integrity に注意が追加された。IPC-TM-650 2.6.27によるDクーポンのテストは、完成したプリント基板が組立てに安全であることを検証したが、完全なる解決にはならかなった。
※本コラムは、iconnect-007に掲載された記事を、権利者の許可の元、ジャパンユニックスが翻訳掲載しています。元記事は、こちら
(Author: Happy Holden, I-Connect007)
マイクロビアで発生する故障原因とシミュレーションによる予測
しかし、本論文の最大のポイントは、スタックアップ検証と信頼性の予測的な製造前シミュレーションの新しい方法である。Gerry氏は、材料の選択、誘電体の厚さ、マイクロビアのサイズ、構成（シングル、スタック、スタッガードマイクロビア）が6倍のリフローに耐えられるかどうかを検証するPCB 設計をシミュレーションする方法はこれまで存在しなかったと説明する。しかし、電気試験の方法が進化し、設計と最終テストを評価するためにソフトウェアを使用するように、現在では、設計が承認された製造プロセスに入る前に、PCBスタック時のマイクロビアの構造的完全性を検証するソフトウェアがある。
Gerry氏は、シミュレーション・ソフトウェアが、どのようにマイクロビア設計の検証と製造を行い、IPC-TM-650 2.6.27 のテストによってPCB が構造要件を満たしていることを検証する方法を業界に提供できることを説明する。本論文では、このソフトウェアがマイクロビア設計の構造的問題を特定した実際のケースと、このソフトウェアがどのようにPCB設計ジオメトリを修正し、スタックを動作させることができるかを示している。Gerry氏は、このソフトウェアが積層材料のZ軸方向のCTEをどのように考慮するかを説明した。
一見問題ないように見えるスタックアップが、鉛フリーリフローで、あるいはその直後に故障してしまう例を挙げている。予測工学と信頼性シミュレーションを使えば、信頼性の低いスタックアップを選別し、設計形状が要求されるリフローテスト要件に合格するような材料タイプに変更することが可能になる」と、Gerry氏は主張する。また、シミュレーションによって、マイクロビアの直径を大きくしたり、マイクロビアをずらしたり、プリプレグの選択を変更するなど、マイクロビア設計を修正する必要があると判断することも可能になる。
Gerry氏は、設計サイクルの初期に信頼性シミュレーションを活用することの利点として、信頼性を考慮した設計、再設計や限界設計の回数の削減、「不確かな知識ではなく科学に基づいた」設計属性の作成などを改めて説明した。
マイクロビアの不具合や信頼性を扱う設計者や製造者の方々へ、朗報がある。Gerry氏は、IPC APEX EXPO 2023に再び登場し、技術会議の中で新しい論文「Microvia Reliability Stacking and Staggering for a Successful Design」を発表する予定である。Gerry氏のアブストラクトでは、材料の膨張、ピッチ、マイクロビア径、リフロー温度、積層マイクロビアの長さなどの信頼性への影響を考慮した設計であれば、3つまたは4つの積層マイクロビアを使用することが可能であることを示す提案をしている。
マイクロビア信頼性検証の次の進展-PCB設計属性と材料構造特性のリフローシミュレーション(日本語訳)
今日の高周波、高データレート設計は、従来のPCB設計手法やPCBラミネートで達成可能な限界を押し上げています。これらの設計では、ますますマイクロビアを使用する必要があり、これらの構造ではほとんどミスが許されなくなります。設計の過程で誤算や不適切な選択をすると、標準仕様のリフロープロセスに耐えられないマイクロビアを作ることになりかねません。従来は不可能だった新しいソフトウェアにより、設計プロセスでマイクロビアを選択することが可能になり、設計から製造、運用、長期信頼性まで、製品のライフサイクルのすべてにおいて、開発した設計と仕様に沿った動作を保証することができるようになりました。
本論文の簡易訳版はこちら。
本論文より、図7.260℃における銅1層～3層の積層型マイクロビアの評価
本論文より、図 11.48ネットのIPC-TM-650 2.6.27テスト結果
