一年前，Happy Holden在“2018年高可靠性论坛研讨会”[1]报道中介绍了J.R. Strickland 和Jerry Magera的演讲内容，他们展示了MSI Applied Technology公司正在进行的研究：即他们如何克服在标准质量保证检测流程中未检测出的堆叠微导通孔失效风险。他们的报告为IPC白皮书《IPC-WP-023》[2]提供了依据，该文件阐述了与堆叠微导通孔相关的可靠性问题，并提供了从多家印制电路制造商收集的数据。
业界意识到这类问题对可靠性造成的影响已经有一段时间了——早在2010年，与温度相关的间歇性开路就已经是一种明显的现场故障——显然，行业急需开发出一种简单的质量控制方法。2011年，人们采用了基于多次回流焊的四线阻抗测量测试法，成功解决了上述问题。微导通孔的交错式布局是能够有效避免这种问题，但这种做法会占用宝贵的空间，而如今设计中的密度却是日益在增加。
《IPC-WP-023》引起了人们强烈的兴趣，所以组成了IPC V-TSL-MVIA“弱界面微导通孔失效技术解决方案”专委会，来研究引起微导通孔界面失效的潜在原因，并提供主要信息资源。
在今年的IPC APEX EXPO展会上，V-TSL-MVIA专委会举办了一个参会人数非常多的开放式论坛[3]，解释了该专委会的目标——讨论问题、收集和整理行业数据，并且通过确定根本原因来制定问题解决方案并实施纠正措施。论坛提出针对各主题形成不同的团队，包括仿真和建模、特性表征和测试方法、层压板材料、结构设计要素、冶金法、化学工艺、孔形成，以及数据收集。
J.R. Strickland在论坛上做了报告，介绍了当前人们对微导通孔弱界面失效的理解以及如何减少这种失效，其中涉及最佳操作方法就是尽可能交错布局导通孔，并且堆叠高度不要超过两层导通孔。他还清晰地演示了一个案例：测试在制板上一个导通孔在回流焊期间出现开路，随后又在冷却过程中重新建立连接，实现连通，因此就可以通过传统的电气测试。而且失效位置也不一定总是出现在特定的“弱”界面。
MSI看到过失效位置出现在填充铜和化学镀铜之间、化学镀铜和电解铜之间，以及化学镀铜和铜焊盘之间的实例。文章末尾的参考文献[4]给出了MSI的PPT文件链接。Happy Holden介绍了行业调查的早期结果。文章末尾的参考文献[5]中也给出Happy Holden的PPT文件链接。需要进一步强调的是，任何有兴趣与IPC分享经验的人都可以发邮件与技术转让部主管Chris Jorgensen联系，他的邮箱是ChrisJorgensen@ipc.org
今年三月初，IPC在I-Connect007上发表了一篇名为《IPC关于高性能产品导通孔可靠性的警告》的完整版新闻稿[6]，文章开头段落如下：
“电子行业对印制电路板微导通孔密度和信号完整性的要求越来越高，这也显现出了人们对高性能产品中微导通孔结构可靠性的担忧。很多IPC的OEM会员公司都向IPC反映过一些高端硬件中出现了微导通孔失效案例，而这些失效直到电路板裸板生产、检验和验收以后才被发现。其中很多出现在产品中的失效情况，都通过了符合现有的《IPC-601印制线路板认证和性能规范》的传统生产批量验收测试。IPC收集到的数据表明，仅使用热应力显微切片和光显微镜的传统检验方法，已经无法保证能够有效检测出已电镀失效的微导通孔。”
这篇新闻稿在发布下列警告声明之前也参考了IPC-WP-023、IPC V-TSL-MVIA团队的研究成果以及IPC APEX EXPO开放式论坛中的内容，这段声明也将被纳入即将发布的《IPC-6012E刚性印制线路板的认证和性能规范》中：
“在过去的几年里，出现了很多生产后微通孔失效的情况。一般情况下，这种失效出现在回流焊期间；但在室温下常常是无法检测出这种失效的（潜伏状态）。在组装过程中这些失效出现得越晚，为此付出的代价就越高。如果直到产品投入使用以后都没能发现，那就会成为更大的成本风险，更重要的是，这还可能会带来安全风险。”
此外新闻稿还宣布，IPC未来会将重点从传统的显微切片评估转向基于性能的验收测试。
Holden详细地评论了Altium公司在4月1日发表的行业专家系列文章[7]。他表示，新的IPC热应力对流回流焊组装仿真测试方法可以帮助OEM检测出潜在的微导通孔失效，并防止他们在检测过程中漏检缺陷。IPC-TM-650的测试方法2.6.27A要求测试附连板中的菊花链带有真正在电路中使用的特征，测试附连板要经受焊膏回流焊曲线达到230°C或260°C的峰值温度，同时还要连接一个四线电阻测量装置，完成6次完整的回流焊周期，完成6次回流焊后，阻抗增加不能大于5%。Holden还表示他会在5月14日至16日于马里兰州巴尔的摩举办的IPC年度高可靠性论坛研讨会上进一步讨论这个主题[8]。该论坛向IPC会员和非会员开放，他鼓励人们尽可能出席这场论坛。
作为IPC高可靠性论坛的序曲，IPC名人堂成员同时担任I-Connect007专栏作家的Dennis “Denny” Fritz在4月17日召开了一场技术含量非常高的IPC网络研讨会，主题为弱界面堆叠微导通孔的可靠性。现在已经可以在YouTube上观看完整的网络研讨会视频 [9]。Fritz阐释，产品级的失效是无法预测的，而且过去的标准测试方法已经检测不出这类失效。行业之前采取的是遏制策略，IPCV-TSL-MVIA团队之前的任务就是要找到引起失效的根本原因并确定适当的纠正措施。
Fritz强调，这次网络研讨会的初衷不是使设计师和用户恐慌，从而不敢采用微导通孔结构——这种结构依然是一种非常可靠的PCB互连设计途径。这次网络研讨会旨在警诫PCB行业目前存在与多层堆叠微导通孔相关的潜在可靠性问题，这种问题不会出现在交错式微导通孔设计中。网络研讨会的进一步目标是通过IPC标准来确定出现这类现象的根本原因，呼吁行业向IPC汇集数据，通过最近采用的设计参数、测试协议和产品分类来报告业界迄今为止减少弱界面微导通孔问题的最佳方法。
接下来Fritz讨论了业界引用IPC-WP-023时过去和现在存在的一些理解问题，并展示了一些实际的显微切片。他解释称，鱼骨图之前是用于将造成问题的所有潜在原因可视化并进行分类，从而汇集数据、去除无关因素。Fritz还介绍了人们是如何应用数据挖掘技术来确定庞大测试数据组中的图形，并且回顾了微导通孔可靠性建模与仿真方法。
研讨会上还提出了一个信息调查方式可以为IPC V-TSL-MVIA团队提供数据，并且发明出了一种编码系统来保护个体贡献者的身份。随后，Fritz列出了分别从事仿真和建模、特性表征与测试方法、层压板材料、结构设计要素、冶金学、化学工艺、孔形成和数据收集等领域的专门工作组，并简要介绍了他们采用的策略和工作目标，以及他们的长远目标——通过指导设计、材料选择和工艺处理来实现密度更高的可靠结构。
参考文献
- Holden, H. “The IPC High-reliability Forum for Mil-aero and Automotive Sectors,” PCB007 Magazine, August 2018
- “IPC-WP-023: IPC Technology Solutions White Paper on Performance-based Printed Board OEM Acceptance, Via Chain Continuity Reflow Test—The Hidden Reliability Threat.”
- Jorgensen, C. “Microvia Subcommittee Brings Industry Together, Hosts Open Forum.”
- Strickland, J.R., & Magera, J. “Microvia Weak Interface Failures: Current Understanding and Mitigation.”
- IPC TSL Microvia Team, Holden, H., Carter, M., & Baccam, J. “Data Collection Process for the Weak Microvia Interface Problem.”
- “IPC Issues Warning on Microvia Reliability for High-performance Products,” March 7, 2019.
- Holden, H. “The IPC Warning About Microvia Reliability for High-performance Products,” April 1, 2019.
- IPC High-Reliability Forum and Microvia Summit.
- IPC Webinar: IPC High-Reliability Forum and Microvia Summit.
