在今年年初的IPC APEX EXPO 2022展会技术研讨会上，Summit Interconnect公司技术副总裁Gerry Partida发表了题为《微通孔可靠性验证新进展——PCB设计属性和材料结构特性的回流焊仿真》的论文，非常值得一读。这篇关于微通孔可靠性验证的重要论文总结了微通孔制造领域的进展，详细阐述了堆叠微通孔中潜在的缺陷问题。第10期《PCB007中文线上》杂志刊登了该论文。
Partida对1996年引发的争议进行了全面深入的分析。当时部署在现场的带微通孔的PCB出现潜在的电气缺陷，我从2000年开始接触该主题，那时IPC组织了微通孔技术的循环测试。一切看起来都很好，HDI技术得到了广泛的应用。随着微通孔技术的发展，出现了各种类型的微通孔。但所有新型微通孔不一定都像2000年的第一波微通孔那样经过了测试。
正如Gerry总结的， “目前，该行业正面临着微通孔可靠性方面的挑战，尤其是组装过程中PCB回流焊后、返工或现场运行过程中。与过去电气测试的缺点一样，行业在设计有微通孔PCB时，没有评估材料的热性能或设计中的几何形状。制造商生产成品，并根据IPC-6012等成熟性能标准对成品PCB进行评估。当组装后出现难以检测的故障时，制定了IPC-TM-650测试方法 2.6.27，并在IPC-6012E版第3.6节结构完整性中添加了注意事项。通过IPC-TM-650测试方法 2.6.27对D型附连板进行的测试确实验证了成品PCB的组装安全性，但并没有阻止制造商制造不良设计”。
许多研究表明，失效似乎是在微通孔目标焊盘与电镀微通孔的界面处开始的，是普通的“对接接头”。当采用无铅组装回流焊的高温时，该接头上的应力超过了它所能承受的范围，与在较低温度下发生的锡-铅回流焊不同。让所有公司都措手不及的是，回流焊后，接头似乎没问题，可以通过其他性能测试，但在现场运行时却出现了失效。欧洲iMEC为欧洲航天局进行的研究证实了这一现象。他们对微通孔结构的有限元分析显示了该位置处的最大应力，并且应力随着微通孔的堆叠增加和温度的升高而增加。
但论文和演讲的重点是一种可进行堆叠验证和在生产前对可靠性进行预测性仿真的新方法。Gerry说，到目前为止，还没有一种模拟PCB设计的方法来验证材料选择、介质厚度、微通孔尺寸和结构（单个、堆叠或交错微通孔）是否能够经受6次回流焊。但是，随着电气测试的发展以及验证设计及最终测试软件的使用，现在有了可以在PCB堆叠设计过程中验证微通孔结构完整性的软件，然后才能批准设计并将其投入制造。
Gerry解释了Avishtech公司的Gauss Stack仿真软件如何为业界提供验证和构建微通孔设计可靠性的方法，并通过IPC-TM-650测试方法2.6.27验证PCB是否满足结构要求。他演示了该软件可识别微通孔设计结构问题的实际案例，以及该软件如何修改PCB设计几何形状，形成可行的堆叠。
Gerry介绍了软件如何考虑层压材料的Z轴CTE。他提供了一些堆叠的实例，这些堆叠看起来很好，但实际上在无铅回流焊后或很快就会失效。Gerry认为， 通过预测工程和可靠性仿真，可以筛选出不可靠的堆叠，可改变材料类型，使设计几何形状能够通过所需的回流焊测试要求。通过仿真，还可以确定必须通过增加微通孔直径、交错微通孔或改变半固化片来修改微通孔设计。
总结
最后，Gerry重申了在设计周期开始时利用可靠性仿真的优势，包括可靠性设计、减少重新设计和边缘设计的次数，以及创建“基于科学而非有限知识”的设计属性。
如果您是负责处理微通孔故障和可靠性的设计师或制造商，那您很幸运，Gerry将于IPC APEX EXPO 2023展会技术研讨会期间发表一篇新论文，题目为《成功设计中可靠微通孔的堆叠和交错》。
Gerry的论文摘要提出将证明使用3或4个堆叠微孔是可行的，前提是设计考虑了材料膨胀、间距、微通孔直径、回流焊温度和堆叠微通孔长度对可靠性的影响。所以，敬请继续关注。IPC APEX EXPO 2023展会见。
更多内容可点击这里查看，文章发表于《PCB007中国线上杂志》22年12月号，更多精彩原创内容，欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。
