BGA PCB 솔더링 조인트의 일반적인 오류 범주 (2023)

BGA PCB 기술 유선 IC에 비해 많은 장점이 있습니다., 와 같은:
• 더 작은 하우징
• 더 높은 패킹 밀도
• 더 높은 핀 밀도
• 향상된 신호 전송 속성
• 회로 기판에 대한 더 나은 열 결합
이러한 구성 요소의 최신 형태, VFBGA를 가능하게 하는 것과 같은 (아주 좋은 BGA) 한편 피치가 0.5mm 미만인 수천 개의 연결 핀.
BGA PCB 구성 요소는 해당 납땜 공정에서 조립됩니다., 많은 요인이 역할을 함. 이 프로세스의 결과는 일반적으로 무광택입니다..
• 볼과 회로 기판 사이의 높은 수준의 책임
• 높은 기계적 장기 안정성
• 볼 본체의 높은 구조적 무결성
• 높은 전도성
• 높은 전기 신호 무결성
• 인접 핀에 대한 높은 절연 저항
이 시점에서 물리적 상태와 그에 따른 전기적 특성 간의 상호 작용이 명확합니다..
참조 모델은 구조적 관계를 단순화된 방식으로 보여줍니다.. 그것은 정적을 기반으로, 단순 오믹을 사용한 방향성 신호. 칩에서 우세한 조건 (본드 와이어, 기타) 잘 알려진 것처럼 무시됩니다..
납땜 공정 중 기계적 수준과 전기적 수준 간의 정적 참조 모델, 볼의 땜납은 땜납 페이스트와 함께 녹아 회로 기판 표면과 금속간 영역의 화학 반응을 형성합니다.. 또한, 칩과 볼 본체 사이에 금속간 물질 영역이 있습니다., 어느, 하나, 칩 제조업체에서 발음하며 그도 확인해야 합니다.. 이것은 일반적으로 송신기와 수신기 사이에 있어야 하며 밀리옴 수준에서 안정적이어야 합니다..
그러나 모든 이론은 모호합니다. 왜냐하면 실제로 체계적이고 무작위적인 오류가 발생하고 이로 인해 전기적 매개변수가 크게 변경되며 하나의 빛나는 솔더 조인트가 결코 오류가 없음을 보장할 수 없기 때문입니다.. 그들은 희박하거나 뚱뚱한 솔더 조인트의 감각에서 솔더 본체의 가시적 변형에서 다양합니다., 전기 접촉이 있는 곳, 광학적으로 잘 정의된 솔더 조인트까지, 또는 산발적으로 떨어지는 전기 접촉.
표준 IPC-A-610E는 BGA PCB 솔더링 조인트 역할 평가에서 중요한 역할을 합니다.. 전자 어셈블리에 대한 허용 기준을 지정하고 BGA PCB 부품에 대한 기준도 지정합니다.. 따라서 이 표준에 대한 솔더 조인트의 적합성을 입증할 수 있는 생산 시스템 솔루션이 필요합니다.. 이것은 또한 구조적으로 불안정한 솔더 조인트를 야기하여 기계적 응력 아래에서 파손되어 전기 전도도 손실이 방지됩니다.. 하나, 많은 오류가 있다는 점에 유의해야합니다., 솔더 바디의 모양, 극한값에서만 전기적 영향을 받음.
여기서 언급할 가치가 있는 것은 "Head in Pillow" 및 "Black Pad" 알려진 현상입니다.. 전자의 효과로, 솔더 페이스트와 솔더가 녹지 않고 quasi-barrier 층이 형성됩니다.. 하나, 솔더 조인트의 광학은 일반적으로 그렇지 않음을 나타냅니다.. 주요 원인, 이 경우, 볼 표면의 오염.
블랙 패드의 문제는 회로 기판에 더 가깝습니다.. 여기에서 볼은 솔더 페이스트와 반응하지만 그 아래에는 전도성이 감소되거나 완전히 부족한 레이어도 생성됩니다..

BGA PCB 솔더링 조인트의 일반적인 오류 범주 개요

하나, 그들은 해상도가 낮아 금속간 영역에서 책임 약점을 감지하는 데 문제가 있습니다.. AXOI 장치는 하나의 시스템에서 AXI와 AOI를 결합합니다.
또한 도체 트랙이 회로 기판에 완전히 내장된 고밀도 BGA 어셈블리로 인해 잘못 배치된 칩의 BGA PCB 솔더링 조인트가 파손될 수 있습니다..
ICT 및 FPT와 같은 신뢰할 수 있는 방법을 수년간 제쳐 두십시오.. 이른바 바운더리 스캔 방식을 획기적으로, IEEE1149.x를 기반으로 하는 표준이며 어댑터 없이 작동합니다.. 논의된 생산 요구 사항에서 시작, 복잡한 BGA 어셈블리의 결정화는 두 가지 기술에 중점을 둡니다. – AXI 형태의 X선 시스템 / AXOI 및 전기 테스트 장치 바운더리 스캔 시스템. 두 절차 모두 아래에서 더 자세히 검토됩니다..
X-ray 기술이 기본적으로 BGA를 사용할 수 있더라도 X-Ray의 잠재력을 최대한 활용. 공을 보는 것은 단지 필요한 기술적인 기초일 뿐입니다. 실제 고객 혜택은 주로 기술 장치 설계에 의해 정의됩니다..
X선 시스템은 완전 자동 X선 검사를 위해 생산 라인 내부 또는 옆에서 최신 SMD 생산에 사용됩니다. (악시) 익숙한. 요약해서 말하자면, BGA 어셈블리의 SMD 생산 라인에서 사용하기 위한 AXI 시스템은 여러 기본 기준을 충족합니다., 와 같은:
• IPC-A-610E에 따른 완벽한 검사
• 낮은 슬립
• 낮은 고스트 오류율 (잘못된 경보)
• 생산 라인의 비트율 영역에서의 처리량 (인라인 작업)
• 자동 오류 감지
• 간단한 프로그램 생성
• 직관적인 사용자 안내
• 통계 프로세스 제어 지원 (SPC)
IPC-A-610E는 BGA PCB 부품 솔더 볼 오프셋과 관련된 기준과 같은 기준을 해결합니다., 솔더 볼 거리, 솔더 볼 모양, 그리고 모공 (에어 포켓) 납땜에서.
tomosynthesis 기반 IPC-A-610 3D AXI 시스템의 요구 사항을 충족하는 데 특히 효율적인지 확인해야 합니다., 예를 들어. GÖPEL electronic의 OptiCon X-Line 3D.

AOI 옵션이 통합된 OptiCon X-Line 3D (악소이)

잘 납땜된 BGA 볼,
진원도 OK
영역 확인
회색 값 확인

잘못 납땜된 볼
진원도 NOK
지역 NOK
회색 값 확인

좋은 솔더 조인트와 나쁜 솔더 조인트 측정

그림의 예 3 공 및 공 이미지 처리 평가의 예를 보여줍니다.. 사진은 중간에 있는 부분을 보여줍니다. BGA 납땜 불알.
아래의 예는 적용된 솔더의 양이 보이드 형성에 영향을 미친다는 것을 보여줍니다..

BGA – 50% 솔더 볼륨, 낮은 공극

BGA – 100% 솔더 볼륨, 낮은 공극, 가벼운 더 큰 볼 영역

BGA – 200% 솔더 볼륨, 강한 보이드 인식 가능

보이드의 표현

일반적으로, 보이드 테스트는 볼륨을 사용하지 않습니다., 하지만 빈 공간은 확실히. 주로 보이드 영역은 볼 영역과 관련이 있으므로 발행된 보이드 백분율.

왼쪽 아래 예는 자동 보이드 결정을 보여줍니다.. 전체 솔더 조인트에서 보이드의 최대 비율에 대한 IPC-A610E 한계는 다음과 같습니다. 25 퍼센트.

BGA 면적에 대한 보이드 면적의 비율 자동 결정; 보이드 = 27.4%; 측정면 = 볼 중심

BGA 면적에 대한 보이드 면적의 비율 자동 결정; 보이드 = 27.4%;
측정면 = 볼 중심

두 볼 사이의 단락; 이들은 또한 전기 테스트를 통해 감지될 수 있습니다.

보이드 컴포넌트의 표현, 단락, 및 비평면 BGA

모양을 평가할 뿐만 아니라, 존재, 및 솔더 볼의 기공, 그림에 따르면 5 또한 솔더 볼 사이의 단락이 평가됩니다..
이 BGA PCB가 기계적 또는 열적 스트레스를 받는 경우, 실패할 것으로 예상된다. 이러한 경사 위치에는 다음이 포함될 수 있습니다.: BGA 아래에 놓이는 스트레이 구성 요소가 발생합니다..
의 오류 시나리오 “헤드 인 필로우” 효과는 이미 논의되었습니다. 동의어로도 알려져 있습니다. “트레일러”. 이 실패 시나리오를 안전하게 재현할 수 있는 한 가지 방법은 "티어 드롭(tear-drop)" 패드 디자인을 사용하는 것입니다.. 이와 관련하여, BGA PCB의 연결 패드는 원형이 아닙니다., 하지만 눈물 모양.

눈물방울 디자인이 적용된 BGA의 X선 이미지; 둥근 발음 납땜은 트레일러입니다

눈물방울 디자인이 적용된 BGA의 X선 이미지; 둥근 발음 납땜은 트레일러입니다

눈물방울 디자인으로 트레일러 감지

볼이 녹아서 밑에 있는 솔더 페이스트와 섞이면, 전형적인 눈물방울 모양을 하고 있다. 연결이 설정되지 않은 경우, 공은 원형을 유지하며 진원도와 같은 측정이 가능합니다., 축 비율 또는 볼이 정렬됩니다..

눈물방울 모양은 두 패드 사이의 거리를 줄여 최소한의 전기절연 거리를 손상시킬 수 있습니다..

지금, 공 모양 평가는 종종 그것을 나쁘게 만들기에 충분하지 않습니다.. 한쪽에 어셈블리가 있는 경우, 고해상도 2.5D x-ray 비스듬한 방사선을 사용할 수 있습니다. 패드와 솔더 볼 사이의 전환이. 여기에서 수축을 인식할 수 있는 경우, 이것은 트레일러의 표시입니다.

반자동 BGA 분석을 위한 ScopeLine MX-1000 (MXI)

바늘없는게 낫습니다
이것은 복잡한 BGA 어셈블리의 X선 검사를 위한 보완 파트너입니다. 경계 스캔 절차 우선 선택.

이 디자인 통합 테스트 전자 장치는 소위 테스트 버스 구동 방식을 통해 직렬화됩니다.. 가상 바늘은 실제로 경계 스캔 셀입니다., 시프트 레지스터 형태 (경계 스캔 레지스터) 상호 연결될 수 있습니다. BGA 솔더링 조인트의 전기적 테스트를 통해 셀의 문제를 동시에 처리하는 데 성공합니다.. 하나, 오류 위치는 방향 연결을 정확히 결정하는 데 사용할 수 없습니다., 그런 다음 MXI와 같은 프로세스가 다시 필요합니다..

경계 스캔을 통한 2개의 BGA 핀 연결 테스트

멀티 포인트 연결, 예를 들어. 버스 구조, 반면에, 핀 정확한 결함 진단이 완전히 주어집니다.. 그러나 바운더리 스캔 프로세스의 매력은 프로토타입을 테스트할 때 높은 테스트 속도와 유연성입니다..
소프트웨어 플랫폼 SYSTEM CASCON ™과 같은 정교한 시스템 솔루션 [6] GÖPEL 전자 제공 자동 테스트 패턴 생성기 (ATPG) 몇 초 만에 수천 개의 솔더 조인트를 병렬로 테스트하고 자동 핀 오류 진단을 통해, 어댑터가 필요 없이. 이보다 더 가성비가 좋을 수 없다.
경계 스캔은 구조적 프로세스이며 칩 통합 기능 로직의 프로세스와는 독립적입니다.. 결론은 각 핀이 개별적이며 독립적으로 테스트할 수 있다는 것입니다.. 이것은 또한 프로세스를 사용하기 매우 쉽게 만듭니다. 예를 들어. 기후 챔버의 열 스트레스로 인해 결함이 있는 솔더 조인트가 실패하도록 시도합니다.. 또한 이 GÖPEL 전자 사전 조립 하드웨어 모듈을 제공합니다., SCANFLEX 시리즈의 TIC03과 같은.
그러나 바운더리 스캔은 실험실에서도 강점을 가지고 있습니다.. 빠른 프로토타입 검증을 위해 특정 신호의 대상 확인은 종종 설계자와 관련이 있습니다.. Scan Vision ™과 같은 그래픽 도구는 최상의 결과를 얻습니다..

인터랙티브 핀 토글을 위한 레이아웃 및 회로도 표현

레이아웃과 회로도 간의 상호 참조를 허용할 뿐만 아니라 단순히 해당 핀을 클릭하여 경계 스캔 셀을 활성화할 수 있습니다..
결과 논리적 신호 상태는 시각화된 사용자 정의 색 구성표에서 전송됩니다..
경계 스캔 스튜디오 도입을 위해 PicoTAP Designer와 같은 특수 패키지도 사용할 수 있습니다. [8] GÖPEL 전자에서 사용 가능. ATPG 및 디버거를 포함한 모든 도구가 이미 포함되어 있습니다., 즉시 시작하는 데 필요한 하드웨어.
여기에는 I 테스트를 위한 하드웨어 모듈도 포함됩니다. / O 신호. 이 패키지의 특별한 매력은 물론 매우 우수한 가격 대비 성능 비율입니다..

전체 패키지 PicoTAP Designer Studio의 구성 요소

지금까지 논의된 기술 및 시스템 솔루션의 존재 자체로는 최고 품질 표준을 가진 하나의 제조에 충분하지 않습니다.. 차라리, BGA PCB 어셈블리 생산에 X선 시스템 및 경계 스캔 시스템 사용 전체 제조 상황에 대한 철저한 분석. 무엇보다도, 그들은 해결해야 할 오류와 통계적 분포의 권위 있는 역할에 대한 정확한 지식을 가지고 있습니다.. 전체적으로 끝났습니다 100 최적의 검사 및 테스트 전략에 영향을 미치는 매개변수. 이 점에서, 이 시점에서 이름을 지정할 수 없습니다 “그만큼” 전략. 그러나 사실은 BGA에서 AXOI와 경계 스캔의 조합이 100 퍼센트 오류 범위가 보장할 수 있으며 BGA의 비율이 높을수록 이러한 기술이 더 중요합니다.. 오늘날의 관점에서, 그들은 관점에서 유일한 솔루션인 고밀도 어셈블리를 위한 것입니다.. 이러한 상황에서 프로세스 라인이 어떻게 생겼는지 알 수 있습니다..

AXOI 사용 예, BGA PCB 조립 라인의 MXI 및 경계 스캔

기본 아이디어는 각 프로세스 단계 뒤에 센서와 피드백되는 프로세스에 대한 통계적 오류 정보를 전체적으로 설정하는 것입니다.. AXOI 시스템은 높은 검사 속도로 인해 IPC-A-610E 및, 예를 들어, 또한 TQFP 구성 요소에 의해 측정된 내부 메니스커스. 통합 AOI 시스템을 통해 여전히 누락된 기계적 결함 커버리지가 보장됩니다.. MXI는 정밀 분석 약속에 사용됩니다.. 파란색으로 표시된 센서는 모두 GÖPEL 제품 포트폴리오에 포함된 전자 제품입니다..

요약 및 결론

BGA 구성 요소는 복잡한 회로 기판의 중요한 구성 요소이며 더 높은 집적도와 전기적 매개변수의 개선을 가능하게 합니다.. 지속적으로 감소하는 접근으로 인해 대체 검사 및 테스트 절차의 형태로 보다 적절한 대책이 필수적입니다..
실제로, 3D-AXOI 기계, 특히, 결합된 AXI가 있습니다 / AOI 시스템과 Boundary Scan을 최대한의 잠재력을 위한 전기적 테스트 방법으로
액세스 문제 해결. 두 방법 모두 서로를 완벽하게 보완하여 100% BGA 납땜 조인트용. 또한 IEEE 프레임워크 내에서 표준화가 진행됨에 따라 경계 스캔의 근본적인 미래 보안을 제공합니다.. GÖPEL electronic에서 개발한 임베디드 시스템 액세스 개념 (그) 이러한 표준을 포함하고 오류 범위를 확장하는 추가 기술로 보완합니다. [11]. 그래서 더 매력적인 조합.
논의된 시스템 솔루션의 최적 사용을 위해, 하나, 버기 신부가 춤을 추지 않으면 모든 기술이 아무 것도 만지작거리지 않도록 돕고 싶기 때문에 우선 프로세스 상황에 대한 정확한 분석이 필수적입니다..