Alex Stepinski是Stepinski公司负责人及总裁，也是Smart Process Design公司的负责人，他设计了领先的PCB工厂，将各种新型系统及技术引入PCB制造。此次采访中，Alex分享了他对高可靠性制造技术的观点、制造商易出现的问题，以及为了提高可靠性制造商需要采取的行动及措施。
Barry Matties：高可靠性与裸板制造的交叉点在哪里？读者应该考虑什么？
Alex Stepinski：重点是使用寿命。这是客户想要实现的目标。他们需要高可靠性，这样产品在现场就不会出现故障，当出现故障时，已经过去很长时间了。必须进行加速测试，以确认产品在“X量”的时间内是可靠的、降低意外事件及早期、潜在故障的风险。
我将高可靠性管理分为两大类：工艺设计和产品设计。在产品设计过程中，制造商控制什么？为获得高可靠性，制造商需要控制KPI。他们应该有模型，或者一套基于先前设计及制造经验的规则，哪些规则有效，哪些规则无效。他们还应该将这些规则与鉴定方法相关联，因为不同的OEM使用的工业科学技术（Industrial Science and Technology，简称IST）是不同的。
可靠性是一组测试条件，可靠性越高，潜在产品价值、支付意愿就越高，因此制造厂必须确保其测试结果与其产品设计属性相关。但是这种精密的回归在很多情况下是缺失的，并且有很多不同的测试、鉴定方法。最主要的问题是：导致失效的缺陷和、或参数条件是什么，它们是否可以标准化？许多人都在谈论HDI失效，而堆叠微导通孔是近年来的常见问题。
实际上有3种失效模式，每家公司都有不同的方法来处理它们。一家大型的、有影响力的、未披露公司名的半导体公司会以一种与典型的制造工厂完全不同的方式处理这些问题。实际上，半导体公司偏向采用由设计导致的失效模式，因此他们购买了专门针对找出设计缺陷的测试设备，并利用了这种设备的优势。但是，大多数正规的制造厂都是从电镀贯穿孔（PTH）开始的，而此类设备并不是为HDI技术而开发的。他们试图用相同的设备完成这两种工艺，当涉及到HDI可靠性时，通常对公司业务并不太有利。
最重要的是，整个过程归结为：使用什么化学药水及设备，采用什么工序？整个制程是什么？铜应该是什么样子的？计划使用的金属化是什么？这可能与杂志宣传的理念不同，因为许多的挑战往往是控制问题和尴尬，但这是实际存在的问题。行业几乎从来没有讨论过被证明可大幅提高堆叠微导通孔可靠性的工艺方法。
Nolan Johnson：制造商仍在努力应对这些挑战，所以这项工作是否缺乏进展？
Stepinski：是的。最近，我在慕尼黑的研讨会上再次参与了可靠性问题的讨论。一家大型欧洲航空航天企业遇到了问题，我被邀请谈谈这个问题，因为这与我2004年在美国看到的问题相同。现在是2023年，他们提出了同样的问题，使用同样的测试方法，几乎相同的测试载体设计。美国机构在20年前也经历了这一过程，拥有几乎相同的堆叠和结构配置，现在实际上并没有超越这一点，但这已经足够了，对话仍然有价值。
我提供了一些关于这个主题的信息，但是在这些可靠性审查会议上，可以看到为什么没有取得任何进展。重点是“合作竞争”，每家公司都是某种竞争对手，我不明白我们怎么能让他们做事。当有人问问题时，每个人都保持沉默，我认为这就是为什么在这个主题上没有取得进展的原因，也是为什么20年后人们仍然在谈论同样的问题。需要有经过深思熟虑的激励机制来管理合作竞争，并提高技术进步生态系统的质量和能力。
Matties：外部企业更容易解决这样的问题吗？
Stepinski：老实说，任何从事HDI制造业务的公司都应该在内部拥有所有的可靠性设备，并在内部进行测试。从宏大计划的角度看，公司这样做并不会花费太多。外部企业（即原始设备制造商、联盟、机构）可能会开发测试载体或程序，但完成开发需要一年或至少几个月的时间。因此，虽然开发测试确实有帮助，但周期太长，对单个公司都没有好处，如果未通过测试，就只会得到设计、质量相关数据。而且，当得到一些数据时，我们已经在研究或使用不同的材料。如果他们在内部有自己的开发系统，并保持领先的技术发展，他们可以在一周内完成。
Andy Shaughnessy：我很惊讶，在委员会和相关行业团体经过4~5年的努力寻找根本原因之后，具有弱界面的微导通孔仍然是问题。他们提出了一些解决方法，比如避免堆叠导通孔，但有时必须堆叠导通孔。
Stepinski：没错。我最近听到的关于微导通孔可靠性的“重大发现”之一是，一些设计师只在大区域内放置了几个微导通孔。当然，它会破裂，因为所有的应力都在一个或两个微导通孔上。这就是现在愚蠢的研究课题。我们已经看到了这种关系，通过改变附连板间距，如果运行具有可变间距的多个附连板，就可以得到精密的值，建立自己的经验模型，而不仅仅是一些理论插值的数据表。现在这应该是任何设计师或制造厂的常识。每个人都知道，或者应该知道不能那样做。这在很大程度上要归咎于缺乏工程资源的复合竞争合作对技术进步的阻碍。
Shaughnessy：材料的变化使构建高可靠性PCB很难，对于这个观点，你怎么看？
Stepinski：我不赞同，材料不是2023年的主要问题，我发现材料供应商提供的数据在很大程度上确实很有帮助。当然，由于缺乏尽职调查，公司在材料选择上总是会大错特错，但我发现材料供应商的问题更像是“由于测量方法，他们的数据是否与您的基准一致”？更主要的问题通常是，“公司的制造流程是否一致？”根据测量系统分析（measurement system analysis，简称MSA），能否使用其数据建模？当公司内部确认工艺配方的结果时，是否验证材料特性？如果公司的制程是一致的，那么可能会看到一些实质性的变化。但我必须说，我刚建立起一些相当先进的工厂，材料的变化非常小，尽管我也有偏见认为它可能不是。问题更多的是未受控的制造厂没有管控绝对关键的主要变量。我认为这些问题经常被掩盖，因为进行失效分析的人员不了解所使用的制程详细清单（由于未受控制，许多制造厂也不了解）。如果制造厂的信噪比由于对配方开发的尽职调查不足或控制力差，那么材料往往会具有“不同”的表现。
Johnson：为了提高可靠性，应该更加关注哪些方面？
Stepinski：被高度忽视的关键点之一是铜晶粒结构。几乎没有公司会谈论或解决此类问题，其中涉及到许多领域。可靠性及信号完整性受固有铜结构的影响很大，对后续加工的影响也很大。这很引人关注。如果从铜箔生产商到终端生产商，以及所有的化学品供应商等相关方进行了解，就会意识到整个行业对实现目标性能的控制是多么少。
Shaughnessy：我一直认为，如果公司生产的是超高速或射频PCB，才需要关心铜晶粒结构。
Stepinski：当然，但发达经济体为了服务全球所需要的电子产品市场时，一切都会像电子产品市场一样发展得越来越快。当产品出现微导通孔失效，实际上没有人真正检测铜晶粒结构是最重要的因素之一。没有符合现代要求的行业标准。所有这些信息都存在，只是没有人知道。如何测量？有公司能适当测量吗？如果想要拥有高可靠性HDI和信号完整性，那么确实需要可测量铜晶粒结构和导通孔界面质量的方法。这可能意味着黏结强度存在数量级的差异。
Matties：你认为现在对制造商来说最大的机遇是什么？
Stepinski：今天最大的机遇是提高制造效率。现在美国PCB行业的制造效率非常低。
Matties：我们不需要重新发明轮子，有很多发展路线图可以提供所需的起点，80/20规则可能也适用于这里。
Stepinski：当然可以。我所看到的最大的不足是基准测试。我经常在世界各地旅行，我看到很少有来自美国公司的人试图学习最好的新理念，以及如何创新。始终是那几家公司，大多数是非技术人员（主要是采购主管或非技术执行官）寻找交易（更注重价格与生命周期价值的对比）。你会看到很多盲目的趋同和抄袭，以及对供应商的依赖，而这些东西不应该被供应商控制。人们以高昂的成本重新发明原能容易取得的解决方案。正如巴顿将军曾经说过的，“如果每个人都以同样的方式思考，那么某些人就没有在思考”。
在我看来，美国PCB行业专注支持国防部的专有市场，他们没有真正的动机去追求最佳实践，因为他们没有理由，只是符合预期目标即可。国防人员也没有以足够详细的方式进行基准测试；这都是相对的。纳税人正在为此买单。我们至少应该以亚洲为基准，在基层建立详细的成本效率，并制定实现某些目标的路线图，以获得回报。到目前为止，基准测试似乎仅在30000英尺或更高的高度，有许多不同程度的分离，并且通常没有专业领域知识。
Matties：另一方面，对于那些想要好产品的公司来说，只能自建专属工厂。
Stepinski：对，起初他们都是想先从市场上采购产品，但结果令人失望。
更多内容可点击这里查看，文章发表于《PCB007中国线上杂志》23年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。
