Marc Carter在IPC高可靠性论坛上做了关于《堆叠微导通孔/弱界面可靠性研究》的演讲。本文总结了Marc的演讲文稿，列出了其中的一些重点，以方便读者更清晰地了解演讲内容。

Marc Carter是Aeromarc LLC公司的所有人、公司总裁，同时还是I-Connect007的专栏作家。他自1984年开始进入电子互连行业，担任过制造材料、组装材料、工艺、环境合规性以及供应链管理等各种职务，足迹遍布世界各地。多年来，Marc 有幸与多个职能部门的行业巨人合作，收获了宝贵的经验知识。他先后在大型军用航空航天OEM、印制电路材料公司从事现场和研发工作，目前作为制造商代理的独资经营者，代表多家高科技军用航空材料供应商进行培训教学工作。

 

背景

行业已认识到微导通孔和弱界面领域缺乏共享信息，现已展开了若干项目的研究。这项有关堆叠微导通孔和弱界面可靠性问题的研究为期3年，分为3个阶段，是一项反复迭代的行业与学术界合作研究项目，旨在为未来设计和采购提供指南工具。

我们使用的方法并不能涵盖所有因素。目标没有那么高，而是希望在可以管控的阶段去探索这个问题，每个阶段可以立刻提供有用的经验信息，并根据已获取的经验来优化后续工作。以下是项目组目前的团队成员：

制造：Calumet Electronics公司和Electrotek Corporation公司

仿真：ANSYS （Sherlock）公司

统计数据：密歇根理工大学（MTU），电气与计算机工程系

测试：Foresite Inc.公司和Robisan Laboratory实验室

项目协调：Aeromarc LLC公司

行业采用微导通孔技术已有十几年，但很多人对微导通孔及高可靠性应用有着错误的认识。人们普遍认为微导通孔是最稳健的互连形式。很多情况下确实如此，微导通孔出现问题的概率性很低。但是，微导通孔失效会延迟出现且无法用传统方式检测出，这一问题非常棘手。考虑到密度，设计师分别加入了2层、3层、4层或更多层堆叠微导通孔，但并没有充分考虑如此设计可能导致哪些新的失效机制。先入为主的认知往往导致诊断错误。有的公司因此苦恼了很多年，直到他们开始对比其他制造商的制造说明才意识到微导通孔弱界面导致的失效不是自身特有的问题，是行业普遍存在的问题。

虽然可以从IPC协会获取指南建议，也有公司提供他们内部的指南，但我们现在处处受控。行业都了解摩托罗拉的红色、黄色和绿色结构，其中就涉及到限制复杂程度，同时又要非常认真地去验证物料源的品质，因为并不是所有人都同样善于把控这类问题。过度筛选和过于保守地拒绝某一批量的产品，虽然可以控制问题，但也限制了发展的空间。

很多OEM都对他们的物料源和现场生产能力信心满满。但如果能力有限，特别是在处理更复杂的结构时，会限制北美地区的行业产能。因此而导致的失效和产品被拒情况，也会进一步造成交付延期等问题。如今，最严重的影响就是生产计划延迟问题。

我们在筛查技术方面取得了很大进步。有效的筛查可以防止生产中漏检导致现场出现失效。我们已经取得了一定进展，但在了解多个因素影响机理之间的相互作用方面做得还不够。文章最后列出了一些相关文献。此项目旨在增加此类失效机理的公开信息。

 

项目历程

我们在2019年年中展开了相关讨论，根据一些候选组织提供的信息（多数组织的意见是现在没有权威行业机构可以提供可以使用的数据），我们了解到一些大型OEM和印制电路网络公司做了很多优质的测试。但由于商业领域内很多信息受到专利IP的保护，所以很难分享这些信息。目前这种情况得到了缓解，但在我们刚着手做时，真的是令人棘手的问题，VTSL数据分类微导通孔小组曾希望能深入研究现有大量数据，但也因为无法绕过各个组织的IP政策而受到阻挠。

于是我们开始问自己“这要怎么办才能解决这类问题？”我们开始邀请一组制造商、测试机构、仿真实验室和大学聚在一起展开讨论。所服务的各个细分市场不同，但其中类似的工艺尤为重要。

如果有2家或以上制造商要制造一款测试载体，最耗时的工作之一就是使各个相关方就结构和布局的细节达成共识，但这个过程无比繁复、艰难、冗长。去年9月，制造公司开始就材料选择问题展开讨论，努力达成共识；我们很快就在早期达成了协议。我们希望最终使用的材料和堆叠结构不仅广泛使用，而且还很容易获取，不一定是最常用的材料和结构也可以。其中也涉及到一些相关方，他们愿意提供测试所需的材料，以获得相应信息做为回报。

去年10月直到今年1月，这两家制造商本着极其开放的态度达成了合作。这些行业同仁习惯了互相帮助，所以取得了良好的结果，对测试载体的具体布局和结构达成了一致意见。熟悉这个行业的人应该也能意识到，我们之所以在这方面如此费力，是因为对于同一个堆叠结构的布局设计，两家不同的制造商也可能会生产出不同的产品，这种不同体现在层压操作、散热焊盘图形、拼板布局和DFM软件。这样就会得到两个不一样的产品。于是不得不让双方都在介质层上做出让步，从而得到相同的预测结构。2月，我们合作的测试实验室继续讨论需要达成一致意见的地方，也就是处理及测试样品的细节。

今年4月末时，我们将项目提案提交给了美国军方位于Rock Island的Cornerstone Group。我必须强调，提交提案时我们已经在这个项目上投入了几千美元和大量时间，因为我们非常关注这个问题。我们在力所能及的范围内做到了最多。但我们需要资金支持，因为这个项目主要是应用于军方，所以我们找到了Cornerstone Group。

 

目标

项目目标是针对弱界面失效机理的诱发因素，提供公众可以获取的信息。如果你想用鱼骨图把每个可能起作用的因素都列举出来，形成完美的设计，那我们还需要投入大量的时间和资金才能完成，这个项目可能要花费数百万美元。所以我们采取的方式是把项目分成若干部分。从可管控的角度来看，迅速获取可行的数据比在10年内得到所有问题的最终答案更可取。因此我们采用了最小阶段方法完成该项目。

我们要帮助确认目前对可靠性设计生产方法以及高密度互连微导通孔电子产品和高可靠性关键应用所用材料的限制。我们不是在生产手机或解决手机相关问题，这只是非常小的细分市场。

我们非常愿意帮助提升预测建模、仿真可靠性和实际结果之间的相关性。这也是为什么ANCYS愿意帮助这个项目的原因之一，他们十分想提高公司对不同高密度堆叠/交错排布式微导通孔结构类型的处理评估能力，也想更自信地提供相对准确的预测。

此项目的每个阶段都为指引后续阶段，在特定结构、材料和制造测试技术等方面提供相应的信息和方向，从而陆续改善预测建模。初次得到的结果会和预测建模的结果进行比对，然后再对建模结果进行调整，第二阶段也会重复同样的操作。

测试项目如图1所示，其中包括1层至4层堆叠和交错式导微通孔。它比iMac ESA结构更具攻击性，但又稍稍弱于Lockheed的结构。我们在第一阶段有意只选择了一种材料。在设计阶段会提供几个常用结构选择的示值读数。交错排布的微导通孔采用了不同偏移量，尺寸也各不相同。

图1：测试载体项目，其中包括堆叠结构、材料、结构和厚度

作者：Marc Carter 是Aeromarc LLC 公司的所有人、公司总裁，同时还是I-Connect007 的专栏作家。

由于篇幅有限，本文节选刊登，更多内容可点击在线阅读，本文发表于《PCB007中国线上杂志》11月号，更多精彩原创内容，欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。

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