Типичные категории ошибок для BGA PCB Паяные соединения

Нижняя сторона чипа выражена. Технология BGA PCB имеет много преимуществ по сравнению с проводными ИС, такими как:
• Меньший корпус
• Более высокая плотность упаковки
• Более высокая плотность контактов
• Улучшенные свойства передачи сигнала
• Лучшая тепловая связь с платой

Новейшие формы этих компонентов, такие как VFBGA (Very Fine BGA), обеспечивают несколько тысяч соединительных контактов с шагом менее 0,5 мм.
Компоненты BGA PCB собраны в соответствующем процессе пайки, и многие факторы играют роль. Результатом этого процесса обычно является мат.

• Высокий уровень ответственности между мячом и печатной платой
• Высокая механическая долговременная стабильность
• Высокая структурная целостность шарикового корпуса
• высокая проводимость
• Высокая целостность электрического сигнала
• Высокое сопротивление изоляции для соседних контактов

В этот момент взаимодействие между физическими состояниями и возникающими электрическими свойствами четко.
Эталонная модель показывает структурные отношения в упрощенном виде. Он основан на статическом, направленном сигнале с простым омическим сигналом. Условия, преобладающие в микросхеме (связующие провода и т. Д.), Как правило, игнорируются.

Статическая эталонная модель между механическим и электрическим уровнем во время процесса пайки, припой шариков плавится с паяльной пастой, и он образует химическую реакцию с поверхностью монтажной платы интерметаллической зоны. Кроме того, между микросхемой и корпусом шарика имеется интерметаллическая зона, которая, однако, четко выражена у изготовителя микросхемы и также должна быть проверена им. Обычно это должно быть между передатчиком и приемником должно быть стабильным на уровне миллиом.

Но вся теория является серой, потому что на практике встречаются как систематические, так и случайные ошибки, которые приводят к сильно измененным электрическим параметрам, а также одно блестящее паяное соединение ни в коем случае не гарантирует свободу от ошибок. Они варьируются от видимых деформаций тела припоя в ощущениях скудных или толстых паяных соединений, где есть электрический контакт, до оптически четко определенных паяных соединений без или спорадически падающего электрического контакта.

Стандарт IPC-A-610E играет важную роль в оценке роли паяного соединения BGA PCB. Он определяет критерии приемлемости для электронных сборок, а также определяет критерии для компонентов печатных плат BGA. Таким образом, для производственной системы необходимы решения, которые обеспечивают соответствие паяных соединений этому стандарту. Это также приводит к разрушению структурно нестабильных паяных соединений, где он находится под механическим напряжением, и, таким образом, предотвращается потеря электрической проводимости. Однако следует отметить, что многие ошибки, связанные с формой корпуса припоя, имеют электрические эффекты только при экстремальных значениях.

Здесь следует упомянуть известные явления «Голова в подушке» и «Черная подушка». С первым эффектом припой не плавится вместе с паяльной пастой и образуется квазибарьерный слой. Однако оптика паяного соединения показывает обычно это не так. Основными причинами в этом случае являются загрязнение поверхности шара.

Проблема с черной площадкой больше связана с платой. Здесь реагирует шарик с паяльной пастой, но под ним также создается слой с пониженной или полной недостаточной проводимостью.

Обзор типичных категорий ошибок для паяных соединений BGA PCB

Однако они имеют более низкое разрешение и, следовательно, проблемы в выявлении слабых мест ответственности в интерметаллических зонах. Устройства AXOI объединяют AXI и AOI в одной системе

Они также способны выходить из строя паяных соединений BGA PCB на неправильно установленных микросхемах из-за того, что узлы BGA высокой плотности с дорожками проводников, полностью встроенными в печатную плату, давят на нее.

Отложите надежные методы, такие как ИКТ и ФПТ, на годы. В качестве новаторского метода стандартизирован так называемый метод сканирования границы, который основан на IEEE1149.x и работает без адаптера. Исходя из обсуждаемых производственных требований, кристаллизуются для сложных сборок BGA, ориентируясь на две технологии – рентгеновские системы в форме AXI / AXOI и в качестве системы сканирования границы электрического испытательного устройства. Обе процедуры рассматриваются более подробно ниже.

В полной мере использовать потенциал рентгеновских лучей, даже если рентгеновские технологии в основном могут использовать BGA. Смотреть на шары – это просто необходимая техническая база. Фактическая выгода для клиента в первую очередь определяется конструкцией технологического устройства.

Рентгеновские системы используются в современном производстве SMD непосредственно или рядом с производственной линией для полностью автоматического рентгеновского контроля (AXI). Таким образом, системы AXI для использования в производственных линиях SMD на сборках BGA соответствуют ряду основных критериев, таких как:
• Полный осмотр в соответствии с IPC-A-610E
• Низкое скольжение
• Низкий уровень ошибочных ошибок (ложные тревоги)
• Пропускная способность в области частоты биений производственной линии (линейная операция)
• Автоматическое обнаружение ошибок
• Простая генерация программ
• Интуитивное руководство пользователя
• Поддержка статистического управления процессом (SPC)

IPC-A-610E отвечает критериям, связанным с смещением шарика припоя компонентов BGA, расстоянием шарика припоя, формой шарика припоя и порами (воздушными карманами) в пайке.

Особенно эффективны для удовлетворения требований систем 3D AXI IPC-A-610, основанных на томосинтезе, например. OptiCon X-Line 3D от GÖPEL electronic.

OptiCon X-Line 3D со встроенной опцией AOI (AXOI)

Хорошо спаянный шарик BGA

Хорошо спаянный шарик BGA,
Округлость ОК
Площадь ОК
Серый цвет в порядке

Плохо спаянные шарики

Плохо спаянные шарики
Округлость NOK
Площадь NOK
Серый цвет в порядке

Измерение хороших и плохих паяных соединений

Примеры на рисунке 3 показывают пример оценки шара и его обработки изображения шара. На рисунках показано сечение посередине шариков BGA PCB для пайки.
Приведенный ниже пример показывает, что количество нанесенного припоя влияет на образование пустот.

BGA - 50% объема припоя, низкий уровень мочеиспускания

BGA – 50% объема припоя, низкий уровень мочеиспускания

100% припой, низкое мочеиспускание, немного большая площадь шарика

BGA – 100% припой, низкое мочеиспускание, немного большая площадь шарика

200% solder volume, strong voiding recognizable

BGA – 200% объема припоя, узнаваемое сильное мочеиспускание

Представление пустот

Как правило, в пустом тесте используется не объем, а пустая область, конечно. В основном, область пустот связана с областью мяча и, следовательно, с процентом пустот.

В нижнем левом примере показано автоматическое определение пустот. Предел IPC-A610E для максимальной доли пустот в общем паяном соединении составляет 25 процентов.

Автоматическое определение доли площади пустот на площади BGA; Мочеиспускание = 27,4%; Измерительная плоскость = центр шара

Автоматическое определение доли площади пустот на площади BGA; Мочеиспускание = 27,4%;
Измерительная плоскость = центр шара

Короткие замыкания между двумя шарами; они также могут быть обнаружены с помощью электрического теста.

Представление пустых компонентов, коротких замыканий и неплоских BGA

В дополнение к оценке формы, наличия и пор шариков припоя, согласно фиг.5, также оцениваются короткие замыкания между шариками припоя.
Если эта BGA PCB подвергается механическому или термическому воздействию, ожидается, что она выйдет из строя. Такое наклонное положение может включать в себя: случайные компоненты вызваны, которые останавливаются под BGA.
Сценарий ошибки эффекта «голова в подушку» уже обсуждался. Он также известен под синонимом «трейлер». Одним из способов безопасного сценария сбоя и возможности воспроизводимого тестирования является использование конструкции «каплевидной» площадки. в связи с этим, контактные площадки платы BGA не круглые, а в форме капель.

Рентгеновское изображение BGA с каплевидной конструкцией; круглая ярко выраженная пайка прицепов.

Обнаружение трейлеров по конструкции капли

Если шарик плавится и соединяется с паяльной пастой внизу, он имеет типичную каплевидную форму. Если соединение не установлено, шарик сохраняет свою круглую форму и может быть измерен, например, округлость, осевое соотношение или шарик исключены.

Форма капли уменьшает расстояние между двумя контактными площадками и может привести к травме на минимальном расстоянии электрической изоляции.

Теперь оценки формы шара часто недостаточно, чтобы отличить ее от других. Если на одной стороне есть узлы, вы можете использовать 2,5D рентгеновское наклонное излучение высокого разрешения, чтобы изучить переход между подушкой и шариком припоя. Если здесь видно сужение, это указание на трейлер.

ScopeLine MX-1000 для полуавтоматического анализа BGA (MXI)

Лучше без иголок
Это дополнительный партнер для рентгеновского обследования сложных узлов BGA. Процедура сканирования границы первый выбор.

Эта встроенная в конструкцию тестовая электроника сериализуется через так называемую управляемую шину тестирования. Виртуальные иглы фактически являются ячейками граничного сканирования, которые в форме регистра сдвига (регистра граничного сканирования) могут быть взаимосвязаны. Благодаря электрическому испытанию паяных соединений BGA удается синхронно решать проблемы элемента. Однако местоположение неисправности не может быть использовано для точного определения направленных соединений, поэтому такие процессы, как MXI, снова требуются.

Проверка соединения двух контактов BGA с помощью сканирования границы

С многоточечными соединениями, например Шинные конструкции, с другой стороны, представляют собой точную диагностику неисправностей. Но прелесть процесса граничного сканирования также заключается в его высокой скорости и гибкости при тестировании прототипов.
Сложные системные решения, такие как программная платформа SYSTEM CASCON ™ [6] от GÖPEL electronic, предлагают автоматические генераторы испытательных шаблонов (ATPG), которые тысячи тестов паяных соединений параллельно в течение нескольких секунд и с автоматической диагностикой ошибок штыря могут, без необходимости адаптер. Это вряд ли может быть более рентабельным.
Граничное сканирование является структурным процессом и не зависит от того, что в микросхеме интегрирована функциональная логика. Суть в том, что каждый штифт индивидуален и может быть проверен независимо. Это также делает процесс очень простым в использовании комбинированных стресс-тестов, в которых, например, Из-за теплового напряжения в климатической камере предпринимаются попытки вызвать выход из строя дефектных паяных соединений. Для этого также предлагаются электронные предварительно собранные аппаратные модули GÖPEL, такие как TIC03 из серии SCANFLEX.
Но у Boundary Scan есть свои сильные стороны в лаборатории. Для быстрой проверки прототипа целевая проверка определенных сигналов часто актуальна для разработчика. Здесь графические инструменты, такие как Scan Vision ™, достигают лучших результатов.

Представление макета и схемы для интерактивного переключения выводов

Они позволяют не только создавать перекрестные ссылки между макетом и схемой, но также активировать ячейки граничного сканирования, просто щелкнув по соответствующему контакту.
Результирующие состояния логического сигнала затем передаются из визуализируемых пользователем цветовых схем.
Специальные пакеты, такие как PicoTAP Designer, также доступны для ознакомления с Boundary Scan studio [8] от GÖPEL electronic. Они уже содержат все инструменты, включая ATPG и отладчик, а также необходимое оборудование для немедленного запуска.
Сюда также входит аппаратный модуль для тестирования сигналов ввода / вывода. Особая прелесть этих пакетов, конечно, в их чрезвычайно хорошем соотношении цена / качество.

Компоненты полного пакета PicoTAP Designer Studio

Само существование обсуждаемых технологий и системных решений достаточно для одного производства с наивысшими стандартами качества. Скорее, использование рентгеновских систем и систем граничного сканирования при производстве печатных плат BGA собирает тщательный анализ всей производственной ситуации. Прежде всего, они играют точную информацию об ошибках, с которыми нужно бороться, и их статистической роли в распределении. Всего существует более 100 параметров, которые определяют оптимальную стратегию контроля и испытаний. В связи с этим на данный момент невозможно назвать «стратегию». Но дело в том, что комбинация AXOI и Boundary Scan в BGA обеспечивает 100-процентное покрытие ошибок, и чем больше доля BGA, тем важнее именно эти методы. С сегодняшней точки зрения они являются для узлов высокой плотности в перспективе единственным решением. Как выглядит линия процесса в таких ситуациях, можно увидеть.

Пример использования AXOI, MXI и Boundary Scan в сборочной линии печатной платы BGA

Основная идея состоит в том, чтобы установить датчик за каждым этапом процесса и получать статистическую информацию об ошибке в отношении процессов, возвращаемых обратно. Система AXOI может из-за своей высокой скорости проверки квалифицировать модуль в соответствии с IPC-A-610E и, например, также внутренний мениск, измеренный компонентами TQFP. Все еще отсутствующее покрытие механических неисправностей обеспечивается интегрированной системой AOI. MXI используется для обеспечения точности анализа. Датчики, показанные синим цветом, включены в электронное портфолио продуктов GÖPEL.

Резюме и выводы

Компоненты BGA являются важным компонентом сложных печатных плат и обеспечивают все более высокую плотность интеграции и улучшения электрических параметров. Постоянно уменьшающийся доступ делает использование более подходящих контрмер в форме альтернативных проверок и процедур испытаний крайне необходимыми.
На практике, в частности, машины 3D-AXOI имеют комбинированную систему AXI / AOI и Boundary Scan в качестве метода электрических испытаний для наибольшего потенциала.
Решите проблемы с доступом. Оба метода дополняют друг друга, что позволяет полностью покрыть повреждения при пайке BGA на 100%. Он также предлагает базовую будущую безопасность при сканировании границ в процессе стандартизации в рамках IEEE. Что из GÖPEL electronic разработанная концепция доступа к встроенным системам (ESA) включает эти стандарты и дополняет их дополнительными технологиями для расширения охвата отказов [11]. Тем самым комбинация становится еще более привлекательной.
Однако для оптимального использования обсуждаемых системных решений, прежде всего, важен точный анализ ситуации процесса, потому что, если баггирующая невеста не танцует, она хочет помочь всем технологиям, которые ничего не трогают.