HDI Bare Board Testing: Standaard & Geavanceerde Methoden om Kwaliteit & Betrouwbaarheid te Waarborgen

High-Density Interconnect (HDI) bare boards vormen de ruggengraat van moderne elektronica, waardoor de compacte, hoogwaardige ontwerpen die worden gevonden in 5G-apparaten, medische implantaten en ruimtesystemen mogelijk worden gemaakt.In tegenstelling tot standaard PCB's, HDI-platen zijn voorzien van microvia's (≤150 μm), fijne toonhoogte sporen (≤50 μm) en dichte laagstapels, functies die rigoureuze testen vereisen om de betrouwbaarheid te waarborgen.Een enkel verborgen defect in een HDI-bord kan signalen uitvallen, thermische spanning of totale storing van het apparaat, waardoor een uitgebreide test niet onderhandelbaar is.

In deze gids worden de kritische testmethoden beschreven, zowel standaard als geavanceerd, die nodig zijn om de kwaliteit van HDI-naakte platen te valideren.en geavanceerde hulpmiddelen zoals röntgen- en microvia-analyse, die een routekaart biedt om fouten te detecteren voordat ze worden geassembleerd.Deze praktijken zullen u helpen aan de strenge eisen van de industrie te voldoen en betrouwbare producten te leveren.

Belangrijkste lessen
1.HDI-uniekheid: Microvias, fijne sporen en dichte lagen maken HDI-platen gevoeliger voor verborgen defecten (bijv. via gaten, laagverstoringen) die standaardtests kunnen missen.
2.IPC-normen: Naleving van IPC-A-600 (visueel), IPC-6012 (prestaties) en IPC-2226 (ontwerp) is verplicht voor betrouwbare HDI-boards, met name in toepassingen van klasse 3 (luchtvaart, medische).
3Testlagen: combineren van oppervlaktetoetsen (AOI) met interne controles (röntgen) en elektrische validatie (vliegende sonde) om alle mogelijke defecten te dekken.
4.Geavanceerde methoden: röntgenonderzoek en microvia-stresstesting zijn van cruciaal belang voor het opsporen van verborgen problemen in meerlagige HDI-ontwerpen.
5.Kosten versus kwaliteit: door te investeren in grondige tests worden de storingen op het terrein met 60~70% verminderd, waardoor de aanvankelijke kosten worden gecompenseerd door lagere herwerkings- en garantieclaims.

Waarom HDI-tests met kaal bord belangrijk zijn
HDI-platen verleggen de grenzen van de PCB-productie, met functies zoals 0,1 mm microvias en 3/3 mil trace/space.

1Verborgen gebreken
a.Microvia-leegtes: zelfs kleine luchtzakken (≥ 10% van het via-volume) verzwakken elektrische verbindingen en verhogen de weerstand, wat leidt tot signaalverlies bij hoogfrequente ontwerpen.
b. Verkeerde uitlijning van de lagen: een verschuiving van 0,05 mm tussen de lagen in een HDI-bord met 12 lagen kan verbindingen in dichte circuits verbreken (bijvoorbeeld BGA's met een toonhoogte van 0,4 mm).
c. Delaminatie: Slechte laminatie in de binnenste lagen (vaak onzichtbaar voor oppervlaktetoetsen) veroorzaakt vocht binnendringen en thermische storingen na verloop van tijd.

2. Gevolgen voor de industrie
a.Medische apparaten: een enkele scheur in een pcb-systeem met een pacemaker kan leiden tot storing van het apparaat en schade aan de patiënt.
b.Luchtvaart- en ruimtesystemen: delaagdelaminatie in HDI-platformen voor avionics kan mislukken bij thermische stress op grote hoogte.
c.5G-infrastructuur: impedantieafwijkingen van niet-geteste sporen veroorzaken signaalreflectie, waardoor het bereik van het netwerk met 20-30% wordt verminderd.

IPC-normen voor HDI-naakte platenonderzoek
De naleving van de IPC-normen zorgt voor een consistente kwaliteit in de hele HDI-productie.

Klasse onderscheidingen:

Klasse 1: consumentenelektronica (bijv. speelgoed) met basisbetrouwbaarheidseisen.
Klasse 2: Commerciële apparaten (bijv. smartphones) die een consistente prestatie vereisen.
Klasse 3: toepassingen met een hoge betrouwbaarheid (luchtvaart, geneeskunde) met een nul-verdraagzaamheid voor defecten.

Standaardtestmethoden voor blote HDI-platen
Standaardtests vormen de basis van HDI-kwaliteitscontrole, waarbij de nadruk ligt op oppervlaktefouten en elementaire elektrische integriteit.
1Geautomatiseerde optische inspectie (AOI)
AOI gebruikt camera's met een hoge resolutie (510 μm/pixel) om HDI-oppervlakken te scannen, waarbij afbeeldingen worden vergeleken met ontwerppapieren (Gerbers) om te detecteren:

a.Verdraagbare oppervlaktefouten: schrammen, misvorming van het soldeermask, blootgesteld koper.
b. Sporenproblemen: openvallen, kortere broek of dunner worden (≤ 70% van de nominale breedte).
c. Padproblemen: ontbrekende pads, onjuiste grootte of oxidatie.

Best Practice: Gebruik 3D AOI voor HDI-platen om de dikte van het soldeermask te meten en subtiele oppervlaktevariaties te detecteren (bijv. 5 μm-depressie in sporen).

2- Vliegende sonde testen.
Vliegende sondesystemen gebruiken robotsonden om de elektrische continuïteit over HDI-platformen te verifiëren, waarbij wordt gecontroleerd of:

a.opent (gebroken sporen/verbindingen).
b.Shorts (onbedoelde verbindingen tussen netten).
c. Weerstandsafwijkingen (≥ 10% boven de ontwerpspecificaties).

Ideaal voor HDI-platen omdat:

a. Er zijn geen op maat gemaakte armaturen nodig (kritisch voor prototypes of kleine oplagen).
b. Probe's kunnen toegang krijgen tot beknopte ruimtes (bijv. 0,2 mm testpunten tussen microvias).

Tip: Combineer met grensscan-tests (JTAG) voor HDI-platen met ontoegankelijke binnenste lagen, waardoor de testdekking met 40~50% wordt verbeterd.

3. Testen van de soldeerbaarheid
HDI-platen met dunne toonhoogte (≤0,3 mm) vereisen een nauwkeurige soldeerbaarheid om storingen in de montage te voorkomen.

a.Dip-test: onderdompeling van de steekproefblokjes in gesmolten soldeer (245 °C ± 5 °C) om het nat worden te controleren (voor klasse 3 vereist ≥95% dekking).
b.Verdracht op het oppervlak: meting van oxidatieniveaus (≤ 0,5Ω/m2 voor ENIG-afwerkingen) om een betrouwbaar solderen te garanderen.

Geavanceerde testmethoden voor verborgen gebreken
Standaardtests missen 30~40% van de gebreken in HDI-platen.

1. Röntgenonderzoek (AXI)
Röntgensystemen doordringen HDI-platen om verborgen gebreken te onthullen, waardoor ze onmisbaar zijn voor:

a.Microvia-analyse: detectie van leegtes (≥ 5% van het volume), onvolledige bekleding of scheuren via vaten.
b.Layer Alignment: controle van de registratie tussen de binnenste lagen (tolerantie ±0,05 mm voor klasse 3).
c. BGA-padverbindingen: controle van soldeerslijpen onder componenten (kritisch voor HDI-platen met ingebedde BGA's).

Technologische opmerking: Computertomografie (CT) röntgen geeft 3D-beelden van HDI-platen, waardoor ingenieurs met een nauwkeurigheid van ± 1 μm de wanddikte en laagkloof kunnen meten.

2Microvia-stresstest
Microvia's zijn de zwakste punten in HDI-platen, gevoelig voor storing onder thermische of mechanische spanning.

a.Interconnect Stress Testing (IST): het aanbrengen van stroom op microvias (125 °C ± 5 °C) terwijl de weerstand wordt gemonitord. Een toename van > 5% geeft een barst aan.
b.Thermische cycling: 500 cycli lang blootstellen van de planken aan -40°C tot 125°C en vervolgens micro-sectie controleren op scheuren in de microvia.

Gegevenspunt: gestapelde microvias (3+ lagen) falen 3x vaker dan microvias op één niveau onder thermische spanning. IST is cruciaal voor het valideren van deze ontwerpen.

3. Omgevingsonderzoek
HDI-platen in ruwe omgevingen (bijv. onderhoede voor auto's, industriële installaties) vereisen aanvullende validatie:

a.Vochtbestendigheid: 85°C/85% RH gedurende 1000 uur (IPC-TM-650 2.).6.3.7) om te testen op groei van geleidende anodische filamenten (CAF) in vias.
b.Mechanische schok: 50 G versnelling gedurende 11 ms (MIL-STD-883H) om druppels of trillingen te simuleren.
c.opslag bij hoge temperatuur: 150°C gedurende 1000 uur om de afbraak van het materiaal te controleren.

Beste praktijken voor HDI-naaktbordtesten

1. Ontwerp voor testbaarheid (DFT)
In het kader van het HDI-ontwerp moeten testfuncties worden opgenomen om de inspectie te vereenvoudigen:

a. Voeg 0,2 mm testpunten toe aan alle signaallagen (op een afstand van ≥ 0,5 mm voor toegang tot de sonde).
b.Elke 100 mm langs de rand van het bord moeten fiducials (≥ 1 mm diameter) worden geplaatst voor AOI/X-ray-uitlijning.
c. Gebruik grotere microvias (≥ 80 μm) in kritische netten om röntgenonderzoek te vergemakkelijken.

Voorbeeld: een HDI-bord met 12 lagen en DFT-functies verkort de testtijd met 30% en verbetert de detectie van defecten met 25%.

2. Gestapelde teststrategie
combinatie van methoden om alle soorten gebreken te dekken:

a.Voorlaminatie: AOI op de binnenste lagen om sporen van gebreken te vangen vóór laminatie.
b.Na laminatie: röntgenfoto's om de laaglijning en de kwaliteit te controleren.
c. Elektrisch: vliegende sonde + grensscan voor continuïteit.
d. betrouwbaarheid: thermische cycling + IST voor microvia-validatie.

Resultaat: Deze aanpak vermindert de escape rates (defecten die klanten bereiken) tot < 0,1% voor HDI-platen van klasse 3.

3. Materiaalspecifieke testen
Materialen met een hoge Tg (≥170°C) en een lage Dk (≤3,0) die in HDI-platen worden gebruikt, moeten gespecialiseerd worden gecontroleerd:

a.Tg-verificatie: thermo-mechanische analyse (TMA) om de temperatuur van de glazen overgang te bevestigen (± 5 °C volgens de specificatie).
b.Dielectrische constante (Dk) testen: met behulp van een netwerkanalysator om de stabiliteit van Dk (±0,05) te waarborgen op 1 ′ 40 GHz.

Vergelijking van testmethoden: wanneer elk te gebruiken

Veelgestelde vragen
V: Hoe vaak moet een röntgenonderzoek worden uitgevoerd op HDI-platen?
A: 100% röntgeninspectie wordt aanbevolen voor HDI-platen van klasse 3 (luchtvaart, medische) Voor klasse 2 (consumentenelektronica) is 10~20% bemonstering voldoende, met volledige inspectie van kritieke lagen (bijv.microvia stapels).

V: Kan het testen van vliegende sondes het testen in het circuit (ICT) voor HDI-boards vervangen?
A: Ja, voor een klein volume. ICT vereist aangepaste armaturen (kosten $ 5.000 – $ 15.000) die onpraktisch zijn voor prototypes, terwijl vliegende sonde systemen zich aanpassen aan de fijne kenmerken van HDI – zonder armaturen.

V: Wat is het meest voorkomende verborgen defect in HDI-platen?
A: Microvia-holtes, vaak veroorzaakt door onvolledige bekleding.

V: Hoe valideer ik impedantie in HDI-boards?
A: Gebruik een tijddomeinreflectometer (TDR) om de impedantie (50Ω ± 5% voor RF-spuren) op steekproefplaten te meten.

V: Wat zijn de kosten van het overslaan van geavanceerde testen?
A: Het aantal storingen in het veld neemt toe van <0,1% tot 5 ∼10%, wat leidt tot garantieclaims en reputatiebeschadiging.

Conclusies
HDI-naakte platen testen vereist een strategische mix van standaard en geavanceerde methoden om de unieke uitdagingen van microvia, fijne sporen en dichte lagen aan te pakken.met DFT, en door gebruik te maken van instrumenten zoals röntgeninspectie en IST, kunnen fabrikanten ervoor zorgen dat hun HDI-platen voldoen aan de betrouwbaarheidseisen van zelfs de meest kritieke toepassingen.

De investering in grondige tests levert dividenden op door minder herwerkingen, minder veldfouten en een sterker vertrouwen van de klant.Naarmate de HDI-technologie verder vooruitgaat, met kleinere via's en een hoger aantal lagen, zullen strenge tests de hoeksteen blijven van kwaliteitsborging in hoogwaardige elektronica..