Методы проверки массива шариковой решетки

Методы проверки массива шариковой сетки

Постоянный прогресс технологий привел к тому, что электроника стала более компактной и легкой. Чтобы не отставать от этих желаний потребителей, была внедрена технология поверхностного монтажа (SMT). Однако повышенный спрос на эти продукты также потребовал разработки технологий высокой плотности, которые можно было бы быстро собрать. Этот толчок привел к развитию технологии массива шариковых решеток (BGA).

BGA и подобные устройства быстро стали стандартным элементом в современной конструкции печатных плат (PCB). Однако эти устройства, как известно, трудно проверить после сборки. В этой статье мы обсудим проблемы проверки BGA, методы проверки, используемые при контроле качества BGA, и способы избежать распространенных дефектов BGA перед сборкой.

Что такое проверка массива шариковой сетки?

Массив шариковых решеток представляет собой корпус для поверхностного монтажа интегральных схем, который используется для монтажа устройств. Нижняя поверхность BGA покрыта выводами, расположенными в виде сетки, отсюда и название технологии. Вместо проволочных контактов эти соединения выполняются с помощью контактных площадок с шариками припоя. Эти соединения необходимо тщательно припаять, так как они расположены под корпусом.

Однако, как только паяные соединения завершены, они больше не видны для случайного наблюдателя. Поскольку они не видны, для обеспечения их качества требуются более совершенные методы контроля. Именно здесь проверка BGA играет жизненно важную роль.

Инспекция BGA — это процесс, при котором соединения между чипом и печатной платой анализируются для обеспечения качества. Инспекции BGA рассматривают различные аспекты массива шариковых решеток, включая высоту зазора корпуса, качество соединений и многое другое. При контроле BGA визуальный осмотр без посторонней помощи крайне ограничен, поэтому для подробного изучения соединений требуются другие методы.

Эти методы анализа включают в себя электрические испытания, вспомогательный оптический контроль и рентгеновский контроль. Компоненты этих методов будут более подробно обсуждаться далее в этой статье.

Почему важна проверка?

Проверка BGA, как известно, затруднена по одной причине — места пайки расположены под корпусом BGA. Из-за расположения этой функции может быть сложно получить хороший обзор BGA для проверки. Несмотря на эту трудность, проверка BGA необходима по нескольким причинам, в том числе:

• Сложность пайки :Пайка компонентов BGA сложна, так как требует достаточного нагрева массива, чтобы все шарики в сетке расплавились достаточно, чтобы образовались паяные соединения. И плотность соединений, и сложность пайки означают высокую вероятность возникновения дефекта. Проверки помогают экспертам выявлять эти дефекты и избегать отправки неисправных деталей.
• Ненадежные электрические тесты: Электрические тесты пропускают ток через печатную плату, чтобы убедиться, что она электрически исправна. Однако этот тип теста может только определить, включен или выключен ток, когда компоненты BGA подключены. Эти тесты ненадежны, поскольку они могут найти только несколько типов дефектов и не могут точно определить местонахождение любых обнаруженных дефектов. Комплексные проверки, сочетающие этот метод с другими методами, могут дать более полный обзор ошибок и их местонахождения.
• Повторное использование материалов: Если в BGA обнаружен дефект припоя, его можно удалить с помощью ремонтной станции и заменить или отремонтировать для повторного использования. Процесс проверки выявляет дефекты на ранней стадии, поэтому материалы могут быть сохранены таким образом, что сокращает отходы материалов.
• Контроль качества: Сборка BGA SMT зависит от качественных физических соединений, поэтому контроль качества BGA должен включать в себя детальную проверку этих соединений. Проверки также могут выявить общие дефекты и закономерности. Это важно, так как повторяющиеся дефекты могут указывать на проблемы с процессом производства и сборки или даже с конструкцией печатной платы.
• Снижение затрат: Процессы тщательной проверки сводят к минимуму количество дефектов, которые передаются на следующий этап производства. Дефекты, прошедшие проверку, могут обнаружиться в дальнейшем в производственном процессе, что сделает доработку более дорогостоящей. Чем позже будет обнаружен дефект, тем дороже это будет для вашей компании. Вот почему раннее предотвращение и решение проблемы имеют решающее значение.

Из-за важности инспекции инспекционные группы должны использовать в процессе тщательные и эффективные инструменты и методы. Таким образом, эти команды могут выявлять все проблемы и точно определять их местонахождение и причины, прежде чем они станут более серьезными и дорогостоящими проблемами.

Распространенные дефекты BGA

Из-за сложности BGA в процессе пайки может возникнуть множество потенциальных дефектов. Некоторые проблемы, которые могут возникнуть, включают следующее:

• Несовпадение: Смещение происходит, когда печатная плата и BGA смещаются во время оплавления и соединяются в неправильных точках. Это одна из наиболее распространенных проблем, возникающих при сборке BGA.
• Несовместимая высота зазора: BGA устанавливаются поверх печатных плат, и неправильная пайка может привести к установке BGA под кривым углом на поверхности печатной платы. Эта асимметричная высота зазора может поставить под угрозу безопасность соединений.
• Недостающие мячи: Если шарики отсутствуют в BGA, когда он прикреплен к печатной плате, в сборке могут отсутствовать важные точки соединения.
• Несмачиваемые прокладки: В некоторых случаях оплавленная паяльная паста может неправильно смачивать контактную площадку. Это может быть связано с неполным оплавлением или остатками припоя от предыдущих этапов производственного процесса.
• Мосты: Мосты возникают, когда между отложениями пасты остается лишняя паяльная паста. Мосты между точками соединения часто приводят к коротким замыканиям.
• Частичное переформатирование: В некоторых случаях оплавление может не полностью покрывать плату. Это часто происходит из-за недостаточного оплавления припоя, человеческой ошибки или механических неисправностей.
• Попкорн: Попкорн возникает, когда шарики сливаются во время процесса пайки. Это обычная проблема для BGA и, как и мосты, приводит к коротким замыканиям.
• Открытые цепи: Размыкание цепи происходит, когда припой не смачивает контактную площадку печатной платы и попадает на шарики припоя и на поверхность компонента. Хотя электрическая проверка может выявить проблему на плате, она не может определить причину проблемы.
• Аннулирование: Пустота возникает, когда поток останавливается перед паяным соединением. Это распространенная проблема в разборных компонентах BGA.

Все эти проблемы могут быть фатальными ошибками для конечного продукта, поэтому их обнаружение с помощью методов и технологий контроля качества является необходимостью. К счастью, современные методы контроля достигли такой степени, что большинство этих дефектов можно выявить с помощью одного или нескольких методов контроля. Однако также важно по возможности избегать этих дефектов перед сборкой.

Соображения по проектированию, позволяющие избежать дефектов BGA

Несмотря на то, что методы контроля развились до такой степени, что они могут обнаруживать множество дефектов до того, как они перейдут в производственный процесс, всегда идеально избегать нарушений. Это требует тщательного планирования от команды дизайнеров. Чтобы максимизировать шансы на успешную пайку соединений на BGA, проектные группы должны учитывать следующее при компоновке печатной платы:

• Отпечатки BGA: Разработчики печатных плат должны убедиться, что у них есть правильный шаблон посадочного места для устройства BGA, которое они хотят использовать. Убедитесь, что посадочное место правильное, и позаботьтесь о том, чтобы точно спроектировать контактную площадку печатной платы, чтобы избежать коротких замыканий и проблем с пайкой во время сборки.
• Управление температурным режимом: Компоновка печатной платы должна учитывать тепловую массу. Близкое расположение BGA может привести к тепловому дисбалансу между сильно населенными и менее населенными частями платы. Например, применение достаточного количества тепла для правильной пайки близко сгруппированных BGA-компонентов может привести к ожогам в менее населенных районах. И наоборот, применение достаточного тепла, чтобы избежать сжигания менее населенных районов, может привести к образованию пустот в BGA.
• По месту размещения: Переходные отверстия или сквозные отверстия являются общими элементами печатных плат, но размещение переходных отверстий может повлиять на поведение припоя в процессе сборки BGA. Переходные отверстия, расположенные рядом с контактной площадкой BGA, могут привести к попаданию избытка припоя с контактной площадки на переходное отверстие, что приведет к короткому замыканию. Чтобы избежать этого, закройте переходные отверстия рядом с контактной площадкой BGA паяльной маской.

Помимо этих конструктивных соображений, вы также должны позаботиться о разработке и проверке надлежащего профиля оплавления перед сборкой. Это включает в себя использование профилировщика для измерения и регистрации диапазона температур в месте соединения BGA шарик/площадка, когда плата проходит через печь оплавления. Это можно сделать с помощью ненужных печатных плат и деталей BGA. Эти данные можно использовать для проверки правильности профиля оплавления пасты и теплового профиля печатной платы, а также для выявления любых конструктивных проблем перед сборкой.

Методы проверки массива шариковых сеток

Целью является предотвращение дефектов, но проверка BGA всегда необходима для анализа соединений между BGA и печатной платой. Поскольку практически невозможно увидеть паяные соединения при непосредственном визуальном наблюдении, этот анализ выполняется с использованием различных методов и инструментов контроля. Эти инструменты и методы развивались с годами, чтобы быть надежными и удобными для пользователя. Хотя эти инструменты нельзя использовать по отдельности для охвата всех аспектов проверки, в сочетании они могут обеспечить всестороннее представление о BGA.

Инструменты и методы проверки часто подразделяются на следующие категории:

1. Электрические испытания

Электрические испытания BGA — это еще один процесс проверки электрических свойств платы. Это отличается от механических испытаний, которые представляют собой разрушающий процесс, при котором BGA подвергают испытаниям на удар и сдвиг для оценки качества паяных соединений под нагрузкой.

Электрические испытания пропускают ток через BGA для анализа электрической стабильности платы. Тест определяет, включен или выключен ток после подключения компонента BGA. Этот тип теста полезен для определения наличия каких-либо электрических проблем, таких как короткое замыкание или обрыв. Однако, как обсуждалось ранее, электрические тесты могут только определить наличие этих дефектов — их нельзя использовать для определения места дефекта на BGA.

В то время как электрические испытания являются важным этапом в процессе проверки, подобрать контрольные точки под компонентами BGA сложно. Также трудно выполнить требования оценки с помощью одних только электрических испытаний. Вместо этого электрические тесты часто используются в сочетании с другими методами тестирования для выявления проблем при проверке решетки с шариками.

2. Оптический или визуальный осмотр

Оптический контроль, также называемый визуальным контролем, представляет собой использование оптической технологии для просмотра BGA и его соединений. Этот метод исторически использовал невооруженный глаз или микроскопы, которые давали ограниченные результаты. Тем не менее, использование эндоскопа оказалось особенно ценным для этой техники осмотра.

Эндоскоп изначально был разработан для медицинского применения, но способность технологии визуально осматривать крошечные объекты в ограниченном пространстве делает его идеальным для BGA. Эта технология включает использование камеры с объективом с большим увеличением и подключенного монитора для получения изображений зоны проверки крупным планом. Эта технология часто сочетается с программным обеспечением для визуализации для расширенного захвата изображений и измерения.

Визуальный осмотр с помощью эндоскопа позволяет техникам увидеть внешний ряд соединений между BGA и печатной платой — при хорошем освещении техники также могут увидеть некоторые внутренние ряды. Этот оптический метод помогает определить и оценить общее качество паяного соединения, включая форму соединения, текстуру поверхности и внешний вид, которые могут указывать на различные дефекты.

Оптический контроль также может выявить короткие замыкания, обрывы, мусор и холодный припой и необходим для оценки переделок, поскольку он может определить надлежащее покрытие оплавлением. Однако визуальные возможности этого метода контроля ограничены и не позволяют проводить детальный анализ внутренних соединений.

Последнее замечание об эндоскопах заключается в том, что они являются очень универсальным инспекционным оборудованием. Эндоскопы можно использовать для осмотра паяных соединений BGA, а также различных узлов для поверхностного и сквозного монтажа, которые трудно проанализировать обычными методами.

3. Рентгеновский контроль

Наиболее передовым методом контроля BGA является рентгеновский контроль. Рентгеновские лучи работают, излучая энергию рентгеновских лучей из рентгеновской трубки на доску. Рентгеновские лучи проходят через плату в разном количестве, при этом больше рентгеновских лучей задерживается в плотных областях, таких как паяные соединения. Затем рентгеновские лучи собираются детектором, который преобразует их в видимый свет и генерирует изображение.

На этом изображении места пайки темнее, чем их окружение, что позволяет зрителю увидеть узоры пайки. Полученное изображение будет представлять собой равномерную сетку из одинаковых темных кругов на идеальной плате, где кружки представляют собой места пайки.

Результатом рентгеновского контроля является изображение, на котором сетка шариков и узоры припоя легко видны и проверяются под углом сверху вниз. Более продвинутая технология рентгеновского контроля включает функцию наклона, которая может анализировать форму паяных соединений под разными углами. Эти изображения особенно полезны для наблюдения за изменениями в рисунках и формах припоя, что делает их хорошей технологией для выявления перемычек припоя, попкорна, избытка припоя и подобных дефектов. Однако эта технология не очень хороша для обнаружения открытий.

Как и эндоскопы, технология рентгеновского контроля может использоваться в различных приложениях, не связанных с контролем BGA. Некоторые примеры включают проверку сквозных и сквозных отверстий, анализ дефектов поверхностного монтажа и проверку неэтилированного припоя.

Связаться с Millennium Circuits

При использовании в сочетании друг с другом эффективные и тщательные методы контроля массива шариковых решеток могут значительно сократить количество дефектов, которые не проходят стадию контроля. Сокращая количество дефектов, которые возникают в производственном процессе, предприятия могут уменьшить количество дорогостоящих переделок и отзывов. Тем не менее, всегда лучше избегать дефектов BGA за счет качественного дизайна. Если у вас есть какие-либо вопросы о BGA, методах проверки и способах предотвращения дефектов BGA, свяжитесь со специалистами Millennium Circuits для получения более подробной информации.

Millennium Circuits Limited (MCL) — ведущий поставщик печатных плат в центральной Пенсильвании. Наша цель - предоставить вам лучшие печатные платы по лучшим ценам и предоставить вам знания о печатных платах, необходимые для того, чтобы выделиться среди конкурентов. Благодаря более чем десятилетнему опыту работы, многочисленным наградам и более чем 400 клиентам по всему миру MCL является производителем печатных плат, которому можно доверять.

В MCL мы очень гордимся тем, что помогаем нашим клиентам лучше понять электронику и узнать, как обеспечить максимальное качество и конкурентоспособность на рынке. Мы будем рады предоставить вам любую информацию, необходимую для принятия обоснованных решений в отношении ваших электронных компонентов. Свяжитесь с MCL сегодня, чтобы узнать больше о контроле качества и проверке BGA.