ميكروفيا
 | تستخدم هذه المقالة عناوين URL عارية ، وهي غير مفيدة وعرضة للتلف . ( سبتمبر 2022 ) |
تُستخدم الفتحات الدقيقة كوصلات بين الطبقات في ركائز التوصيل عالي الكثافة (HDI) ولوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) لاستيعاب كثافة الإدخال/الإخراج العالية (I/O) للحزم المتقدمة. مدفوعة بالقدرة على النقل والاتصالات اللاسلكية، تسعى صناعة الإلكترونيات إلى إنتاج منتجات ميسورة التكلفة وخفيفة الوزن وموثوقة ذات وظائف متزايدة. على مستوى المكونات الإلكترونية، يُترجم هذا إلى مكونات ذات مدخلات/مخرجات متزايدة مع مساحات أصغر (مثل حزم الشريحة القابلة للقلب، وحزم مقياس الشريحة، وملحقات الشريحة المباشرة)، وعلى مستوى لوحة الدائرة المطبوعة وركيزة الحزمة، إلى استخدام وصلات عالية الكثافة (HDIs) (مثل الخطوط والمسافات الدقيقة، والفتحات الأصغر ) . [1]
ملخص
قامت معايير IPC بتعديل تعريف الفتحة الدقيقة في عام 2013 لتصبح ثقبًا بنسبة عمق إلى قطر 1:1 أو أقل، وعمق الثقب لا يتجاوز 0.25 مم. في السابق، كانت الفتحة الدقيقة أي ثقب يقل قطره عن أو يساوي 0.15 مم [2]
مع ظهور الهواتف الذكية والأجهزة الإلكترونية المحمولة، تطورت الفتحات الدقيقة من الفتحات الدقيقة ذات المستوى الواحد إلى الفتحات الدقيقة المكدسة التي تعبر عن طبقات HDI المتعددة. تُستخدم تقنية البناء المتسلسل (SBU) لتصنيع لوحات HDI. عادةً ما يتم بناء طبقات HDI من لوحة أساسية ذات وجهين أو لوحة دوائر مطبوعة متعددة الطبقات يتم تصنيعها بشكل تقليدي. يتم بناء طبقات HDI على جانبي لوحة الدوائر المطبوعة التقليدية واحدة تلو الأخرى باستخدام الفتحات الدقيقة. تتكون عملية البناء المتسلسل من عدة خطوات: تصفيح الطبقات، وتشكيل الفتحات، والطلاء المعدني، وملء الفتحات. هناك خيارات متعددة للمواد و/أو التقنيات لكل خطوة. [3]
يمكن ملء الفتحات الدقيقة بمواد وعمليات مختلفة: [4]
- مملوءة براتينج الإيبوكسي (المرحلة ب) أثناء خطوة عملية التصفيح المتسلسلة
- مملوء بمادة غير موصلة أو موصلة بخلاف النحاس كخطوة معالجة منفصلة
- مطلية ومغلقة بالنحاس المطلي بالكهرباء
- تم طباعة الشاشة بشكل مغلق باستخدام عجينة نحاسية
تتطلب الفتحات الدقيقة المدفونة أن يتم ملؤها، في حين أن الفتحات الدقيقة العمياء الموجودة على الطبقات الخارجية لا تتطلب عادةً أي متطلبات تعبئة. [5] عادةً ما يتم ملء الفتحات الدقيقة المكدسة بالنحاس المطلي بالكهرباء لإنشاء توصيلات كهربائية بين طبقات HDI المتعددة وتوفير الدعم الهيكلي للمستويات الخارجية للفتحات الدقيقة أو للمكون المثبت على وسادة النحاس الخارجية. [6] [7]
موثوقية مايكروفيا
تعد موثوقية بنية HDI أحد القيود الرئيسية لتنفيذها على نطاق واسع بنجاح في صناعة PCB. تعد الموثوقية الحرارية الميكانيكية الجيدة للفتحات الدقيقة جزءًا أساسيًا من موثوقية HDI. درس العديد من الباحثين والمحترفين موثوقية الفتحات الدقيقة في لوحات PCB HDI. تعتمد موثوقية الفتحات الدقيقة على العديد من العوامل مثل معلمات هندسة الفتحات الدقيقة وخصائص المواد العازلة ومعلمات المعالجة.
ركزت أبحاث موثوقية الميكروفيا على التقييم التجريبي لموثوقية الميكروفيا غير المملوءة ذات المستوى الواحد، بالإضافة إلى تحليل العناصر المحدودة لتوزيعات الإجهاد/الانفعال في الميكروفيا ذات المستوى الواحد وتقدير عمر تعب الميكروفيا. [8] تشمل أعطال الميكروفيا التي تم تحديدها من البحث انفصال الواجهة (الفصل بين قاعدة الميكروفيا ووسادة الهدف)، وشقوق البرميل، وشقوق الزاوية/الركبة، وشقوق وسادة الهدف (يشار إليها أيضًا باسم سحب الميكروفيا). تنتج هذه الأعطال عن الضغوط الحرارية الميكانيكية الناجمة عن عدم تطابق معامل التمدد الحراري (CTE)، في اتجاه سمك لوحة الدوائر المطبوعة، بين التمعدن في بنية الميكروفيا والمواد العازلة المحيطة بالمعدن. تسلط الفقرة التالية الضوء على بعض أبحاث موثوقية الميكروفيا.
نظر Ogunjimi وآخرون [9] في تأثير متغيرات عملية التصنيع والتصميم على عمر التعب للفتحات الدقيقة، بما في ذلك سمك الأثر (الموصل)، وطبقة أو طبقات العازل حول الأثر وفي الفتحة الدقيقة، وهندسة الفتحة، وزاوية جدار الفتحة، ومعامل ليونة مادة الموصل، وعامل تركيز الانفعال. تم إنشاء نماذج العناصر المحدودة بأشكال هندسية مختلفة، وتم استخدام طريقة تحليل التباين ANOVA لتحديد أهمية متغيرات العملية المختلفة. أظهرت نتائج تحليل التباين ANOVA أن عامل تركيز الانفعال كان المتغير الأكثر أهمية، يليه عامل ليونة، وسمك المعدنة، وزاوية جدار الفتحة. أجرى Prabhu وآخرون [10] تحليل العناصر المحدودة (FEA) على بنية الفتحة الدقيقة HDI لتحديد تأثير دورة درجة الحرارة المتسارعة والصدمة الحرارية. Liu et al. [11] و Ramakrishna et al. [12] أجرى اختبار الصدمة الحرارية من سائل إلى سائل ومن هواء إلى هواء، على التوالي، لدراسة تأثير خصائص المواد العازلة ومعلمات هندسة الثقوب الدقيقة، مثل قطر الثقوب الدقيقة وزاوية الجدار وسمك الطلاء، على موثوقية الثقوب الدقيقة. قام أندروز وآخرون [13] بالتحقيق في موثوقية الثقوب الدقيقة أحادية المستوى باستخدام IST (اختبار إجهاد التوصيل)، ودرسوا تأثير دورات إعادة التدفق للحام الخالي من الرصاص. قام وانج ولاي [14] بالتحقيق في مواقع الفشل المحتملة للثقوب الدقيقة باستخدام نمذجة العناصر المحدودة. وجدوا أن الثقوب الدقيقة المملوءة لها إجهاد أقل من الثقوب الدقيقة غير المملوءة. قدم تشوي وداسجوبتا طريقة فحص الثقوب الدقيقة غير المدمرة في عملهم. [15]
على الرغم من أن معظم أبحاث موثوقية الميكروفياج تركز على الميكروفياجات أحادية المستوى، فقد اختبر بيرش [4] الميكروفياجات المتعددة المستويات المكدسة والمتدرجة باستخدام اختبار IST. أظهر تحليل Weibull على بيانات الاختبار أن الميكروفياجات أحادية المستوى ومزدوجة المستوى تدوم لفترة أطول من الميكروفياجات ثلاثية ورباعية المستويات (على سبيل المثال، شهدت الميكروفياجات المكدسة ثنائية المستوى حوالي 20 مرة دورات فشل أكثر من الميكروفياجات المكدسة رباعية المستويات).
إفراغ الميكروفيا
أحد التحديات التي تواجه تطوير لوحات التوصيل عالية الكثافة هو تصنيع فتحات دقيقة موثوقة، وخاصة للفتحات الدقيقة المكدسة، دون التسبب في حشو غير مكتمل أو تجاويف أو فراغات في عملية طلاء النحاس. [16] كان مؤلفو [16] يحققون في مخاطر الفتحات الدقيقة من حيث الفراغات والعيوب الأخرى باستخدام كل من الاختبار التجريبي وتحليل العناصر المحدودة. وجدوا أن الحشو النحاسي غير المكتمل يزيد من مستويات الإجهاد في الفتحات الدقيقة وبالتالي يقلل من عمر إجهاد الفتحات الدقيقة.
أما بالنسبة للفجوات، فإن ظروف التجويف المختلفة، مثل أحجام وأشكال ومواقع الفراغات المختلفة، تؤدي إلى تأثيرات مختلفة على موثوقية الفتحات الدقيقة. تؤدي الفراغات الصغيرة ذات الشكل الكروي إلى زيادة طفيفة في عمر إجهاد الفتحات الدقيقة، ولكن ظروف التجويف الشديدة تقلل بشكل كبير من مدة الفتحات الدقيقة.
مراجع
- ^ "كل ما تحتاج إلى معرفته عن الفتحات الدقيقة في تصميم الدوائر المطبوعة". Altium . 2017-05-23 . تم الاسترجاع في 2022-09-29 .
- ^ https://blog.ipc.org/2014/01/10/new-microvia-definition-seeing-broader-usage/
- ^ هابي هولدن وآخرون، دليل التنمية البشرية، الطبعة الأولى. متاح على: http://www.hdihandbook.com/
- ^ ab B. Birch, “Reliability Testing for Microvias in Printed Wire Boards”, Circuit World, المجلد 35، العدد 4، ص 3 – 17، 2009
- ^ IPC-6016، "مواصفات التأهيل والأداء لهياكل الربط عالية الكثافة (HDI)،" مايو 1999
- ^ "Microvia HDI PCB: كل الإرشادات التي تحتاجها لاتخاذ الاختيار الصحيح". www.hemeixinpcb.com . تم الاسترجاع في 2022-09-29 .
- ^ فوربس، جيف. "فتحات الدوائر المطبوعة: فهم تصميم الفتحات الدقيقة". blog.epectec.com . تم الاسترجاع في 2022-09-29 .
- ^ روزبه، بخشي. "تأثيرات الفراغ على تدهور الفتحات الدقيقة في لوحات الدوائر المطبوعة عالية الكثافة تحت الضغوط الحرارية الميكانيكية". بوابة الأبحاث . تم الاسترجاع في 2022-09-29 .
- ^ AO Ogunjimi وS. Macgregor وMG Pech، "تأثير متغيرات عملية التصنيع والتصميم على ملف التعب في فتحات التوصيل عالية الكثافة"، مجلة تصنيع الإلكترونيات، المجلد 5، العدد 2، يوليو 1995، ص 111-119
- ^ AS Prabhu، DB Barker، MG Pecht، JW Evans، W. Grieg، ES Bernard، و E. Smith، "تحليل التعب الحراري الميكانيكي لقنوات التوصيل عالية الكثافة"، التقدم في التغليف الإلكتروني، المجلد 10، العدد 1، 1995
- ^ F. Liu, J. Lu, V. Sundaram, D. Sutter, G. White and DF Baldwin, and Rao R, "Reliability Assessment of Microvias in HDI Printed Circuit Board", IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies, المجلد 25، العدد 2، يونيو 2000، ص 254-259
- ^ جي. راماكريشنا، ف. ليو، و إس كيه سيتارامانا، "التحقيق التجريبي والعددي لموثوقية الميكروفيا"، المؤتمر الثامن بين الجمعيات حول الظواهر الحرارية والميكانيكية الحرارية في الأنظمة الإلكترونية، 2002، ص 932 – 939
- ^ [14] P. Andrews، G. Parry، P. Reid، "المخاوف بشأن بيئة التجميع الخالية من الرصاص"، 2005
- ^ T. Wang وY. Lai، "تحليل الإجهاد لإمكانية كسر الفتحة العمياء في ركيزة البناء"، Circuit World، المجلد 32، العدد 2، 2006، ص: 39-44
- ^ C. Choi و A. Dasgupta، طريقة الفحص غير المدمرة Microvia، وقائع مؤتمر ومعرض الهندسة الميكانيكية الدولي ASME، المجلد 5، 2009، ص 15-22، doi:10.1115/IMECE2009-11779.
- ^ ab Y. Ning, MH 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
