Contrôle qualité des boîtiers PGA céramiques pour microprocesseurs

Le défi

Les matrices de broches céramiques (PGA) encapsulent les puces de microprocesseurs haute puissance dans des environnements hermétiques. Ces structures multicouches co-cuites avec des plans métalliques internes et des vias subissent des différences de dilatation thermique lors de la fabrication et du traitement ultérieur. Combinées à la nature fragile de la céramique, ces contraintes peuvent provoquer des fissures qui se propagent jusqu’à la perte d’herméticité. Digital Equipment Corporation devait détecter les défauts dans les boîtiers entrants, pendant l’assemblage, et de manière critique, sur les boîtiers avec des puces actives où les tests destructifs sont impossibles.

La solution

Le test par fréquence de résonance GrindoSonic s’est révélé le plus rapide, le moins coûteux et le mieux adapté à la fabrication en grande série. Les fréquences étaient reproductibles à environ 1 Hz pour les modes les plus bas. La modélisation par éléments finis a guidé la configuration des tests pour chaque mode de vibration. Les tests sur 750 boîtiers non assemblés ont confirmé que les tolérances dimensionnelles de fabrication sont la plus grande source de variabilité de fréquence. Une découverte clé : les décalages de fréquence dus aux fissures suivent des schémas différents selon les modes de vibration par rapport aux décalages dus aux variations dimensionnelles. Mesurer plusieurs modes permet de différencier les deux.

Résultats

Les boîtiers testés avant et après chargement mécanique ont montré des chutes de fréquence corrélées à la longueur des fissures mesurée par C-Scan. Les plus petites fissures détectables étaient d’environ 0,2 pouce (la limite du C-Scan). Pour les tests à fréquence unique, les fissures doivent dépasser environ 0,5 pouce sur toute l’épaisseur pour être distinguées des variations de tolérance dans les boîtiers de 2 pouces. Cependant, la mesure des fréquences de quatre modes de vibration permet de détecter des fissures beaucoup plus petites en distinguant les décalages induits par les fissures des décalages dimensionnels.

Les tests de boîtiers avec puces actives pendant la production ont confirmé que les défauts observés n’étaient pas créés par les tests électriques, une détermination impossible avec toute autre méthode CND.