BGA PCB技術 與有線 IC 相比具有許多優點, 如:
•較小的外殼
•更高的包裝密度
•更高的插針密度
•改善了信號傳輸特性
•更好地與電路板熱耦合
這些組件的最新形式, 例如啟用VFBGA (非常好的BGA) 同時數千個連接插針，間距小於0.5mm.
BGA PCB組件在相應的焊接過程中組裝, 有很多因素在起作用. 這個過程的結果通常是啞光.
•球和電路板之間的高責任等級
•高機械長期穩定性
•球體的高結構完整性
•高導電性
•高電信號完整性
•對相鄰引腳的高絕緣電阻
在這一點上，物理狀態和由此產生的電特性之間的相互作用是清楚的.
參考模型以簡化的方式顯示了結構關係. 它基於靜態, 帶有簡單歐姆的定向信號. 芯片中普遍存在的條件 (鍵合線, 等等) 被忽略，眾所周知.
焊接過程中機械和電氣水平之間的靜態參考模型, 焊球的焊錫與焊錫膏融化，並與電路板的金屬間區域形成化學反應. 還, 芯片和球體之間有一個金屬間區域, 哪一個, 然而, 在芯片製造商處宣告，也必須由他檢查. 這通常應該在發射器和接收器之間，並且應該穩定在毫歐級別.
但所有的理論都是灰色的，因為在實踐中系統和隨機都會發生錯誤，這些錯誤會導致電氣參數發生巨大變化，而且一個閃亮的焊點絕不是沒有錯誤的保證. 它們範圍從焊接體的可見變形（在稀薄或胖焊點的意義上來說）, 有電接觸的地方, 多達光學定義明確的焊點，無, 或偶爾掉落的電接觸.
標準IPC-A-610E在評估BGA PCB焊接接頭的作用中起著重要作用. 它規定了電子組件的驗收標準，也規定了BGA PCB組件的標準. 因此，對於生產系統而言，必須有解決方案，以確保焊點符合該標準，可以證明. 這也會導致結構不穩定的焊點在機械應力下斷裂，從而避免導電性損失. 然而, 仍然需要指出的是，許多錯誤, 焊錫體的形狀, 僅具有極高的電效應.
這裡值得一提的是“Head in Pillow”和“Black Pad”已知現象. 具有前效, 焊料不會與焊膏融化，並形成準阻擋層. 然而, 焊點的光學原理通常無法顯示. 主要原因, 在這種情況下, 是球表面的污染.
黑色焊盤的問題更多地在於電路板上. 在這裡，反應球與焊膏反應，但在其下方還會形成一層導電性降低或完全缺乏的層.
BGA PCB焊點的典型錯誤類別概述
| 嚴重程度 | 機械的 / 光學的 出場 |
電的 出場 |
潛在的 原因 |
| 有毛病 Lotkorpus |
錯誤的球形 – 表面不正確 – 毛孔 (空洞) – 位置錯誤 – 焊球距離錯誤 – 缺乏共面性 |
– RBK幾乎不變 – RBK =∞ (開放式連接) – 球之間短路 |
– BGA芯片 (球) – 焊膏質量 – 焊膏應用 – 組裝偏移 – Lötprofil – 墊設計 |
| 責任弱點 在球和 錫膏 “頭枕” |
– 正確的球形 – 污染層 球和焊錫膏之間 – 無機械 承載能力 |
米=∞ (開放式連接) – 臨時聯繫 機械負荷 |
BGA芯片 (球) – 焊膏質量 – Lötprofil |
| 責任弱點 焊點之間 和電路板 “黑墊” |
– 正確的球形 – 污染層 球和焊錫膏之間 – 金屬間帶裂紋 – 深色墊變色 – 低機械 彈力 (拆除) |
– 米=∞ (開放式連接) – 導致機械應力 臨時聯繫 – RIZ在正常範圍內, 連接中斷 加載 (開式焊點) |
– PCB質量 – 焊接輪廓 |
然而, 它們的分辨率較低，因此在檢測金屬間區域的責任弱點方面存在問題. AXOI設備將AXI和AOI集成在一個系統中
由於高密度 BGA 組件的導體軌道完全嵌入電路板推動它，它們還能夠使錯誤放置的芯片上的 BGA PCB 焊點失效.
拋棄了諸如ICT和FPT之類的可靠方法多年. 突破性的所謂邊界掃描方法, 基於IEEE1149.x的協議已標準化，無需適配器即可工作. 從討論的生產要求開始, 複雜 BGA 組件的結晶主要集中在兩種技術上 – AXI形式的X射線系統 / AXOI和電氣測試設備邊界掃描系統. 下文將對這兩個過程進行更詳細的研究.
即使X射線技術基本上能夠使用BGA，也要充分利用X射線的潛力. 看球只是必要的技術基礎. 實際的客戶利益主要取決於技術設備設計.
X射線系統直接或直接在生產線中用於現代SMD生產中，用於全自動X射線檢查 (AXI) 用過的. 總之, BGA Assembly的SMD生產線中使用的AXI系統符合許多基本標準, 如:
•根據IPC-A-610E的完整檢查
•低滑
•幻影錯誤率低 (錯誤警報)
•生產線節拍率方面的吞吐量 (在線操作)
•自動錯誤檢測
•簡單的程序生成
•直觀的用戶指南
•支持統計過程控制 (最高人民法院)
IPC-A-610E解決了諸如與BGA PCB組件焊球偏移相關的標準, 焊球距離, 锡球形狀, 和毛孔 (氣袋) 在焊接中.
要檢查特別有效以滿足基於斷層合成的IPC-A-610 3D AXI系統的要求, 例如. GÖPELelectronic的OptiCon X-Line 3D.
具有集成AOI選項的OptiCon X-Line 3D (AXOI)
焊接良好的BGA球,
圓度還可以
區域確定
灰度值OK
焊球嚴重
圓度NOK
區域NOK
灰度值OK
測量好和壞的焊點
圖中的例子 3 展示一個球的例子及其球的圖像處理評估. 圖片顯示了通過中間的部分 BGA焊接 球.
下面的示例表明，所施加的焊料量會影響空隙的形成.
BGA – 50% 焊錫量, 低排尿
BGA – 100% 焊錫量, 低排尿, 更大的球面積
BGA – 200% 焊錫量, 可識別的強烈排尿
空隙的表示
通常, 無效測試不使用該體積, 但空白區域肯定. 主要是空隙面積與球面積有關，因此發出的空隙百分比.
左下方的示例顯示了自動確定空隙. IPC-A610E在整個焊點中的最大空隙比例限制為 25 百分.
自動確定空隙面積與BGA面積的比例; 空缺= 27.4%; 測量平面=球心
自動確定空隙面積與BGA面積的比例; 空缺= 27.4%;
測量平面=球心
兩個球之間短路; 這些也可以通過電氣測試來檢測
無效組件的表示, 短路, 和非平面BGA
除了評估形狀, 在場, 和焊球的毛孔, 根據圖 5 還評估了焊球之間的短路.
如果對該BGA PCB施加機械或熱應力, 它將失敗. 這樣的傾斜位置可以包括: 導致雜散的組件擱置在BGA之下.
錯誤的情況 “頭枕” 效果已經討論過了. 也被稱為同義詞 “預告片”. 安全地且能夠進行可重複測試的這種故障情況的一種方法是使用“淚滴”墊設計. 在這方面, BGA PCB的連接墊不是圓形的, 但眼淚狀.
具有淚滴設計的BGA的X射線圖像; 圓形的焊接是拖車
具有淚滴設計的BGA的X射線圖像; 圓形的焊接是拖車
通過淚滴設計檢測拖車
如果球融化並與下面的焊錫膏結合, 它的形狀像典型的水滴狀. 如果沒有建立連接, 球保持其圓形形狀，並且可以測量，例如圓度, 軸比或球被選出.
淚珠形狀會縮短兩個焊盤之間的距離，並可能導致最小電氣絕緣距離的傷害.
現在, 球形評估通常不足以使其與眾不同. 如果一側有組件, 您可以使用高分辨率2.5D X射線斜向輻射檢查焊盤和焊球之間的過渡. 如果在這裡可以識別出狹窄, 這表明有拖車.
ScopeLine MX-1000用於半自動BGA分析 (MXI)
沒有針更好
這是複雜BGA組件X射線檢查的補充合作夥伴邊界掃描程序的首選.
該設計集成的測試電子設備通過所謂的測試總線驅動器進行串行化. 虛擬針實際上是邊界掃描單元, 形式為移位寄存器 (邊界掃描寄存器) 可以互連. 通過BGA焊點的電氣測試，成功解決了電池問題的同步處理. 然而, 故障位置不能用於精確確定定向連接, 然後再次需要MXI之類的過程.
通過邊界掃描連接兩個BGA引腳的連接測試
帶多點連接, 例如. 巴士結構, 另一方面, 是否完全給出了引腳準確的故障診斷信息. 但是邊界掃描過程的魅力還在於其在測試原型時的高測試速度和靈活性.
複雜的系統解決方案，例如軟件平台SYSTEM CASCON™ [6] GÖPELelectronic提供的自動測試碼型發生器 (亞太巡迴賽) 數以千計的測試可以在幾秒鐘內並行測試焊點並具有自動的引腳錯誤診斷功能, 無需適配器. 幾乎沒有更具成本效益的.
邊界掃描是一個結構過程，與芯片集成功能邏輯中的過程無關. 底線是每個引腳都是單獨的，可以獨立測試. 這也使該過程非常易於使用，可以進行聯合壓力測試，例如. 由於氣候室內的熱應力，試圖使有缺陷的焊點失效. 它還為此GÖPEL電子預裝硬件模塊提供, 例如SCANFLEX系列的TIC03.
但是邊界掃描在實驗室中也有其優勢. 為了快速進行原型驗證，對某些信號進行有針對性的檢查通常與設計人員有關. 在這裡，諸如Scan Vision™之類的圖形工具可達到最佳效果.
交互式引腳切換的佈局和示意圖表示
它們不僅允許在佈局和原理圖之間進行交叉引用，而且還可以通過單擊相應的引腳來激活邊界掃描單元.
然後從可視化的用戶可定義的配色方案中傳輸所得的邏輯信號狀態.
還可以使用諸如PicoTAP Designer之類的特殊軟件包來引入Boundary Scan Studio。 [8] 可以從GÖPELelectronic獲得. 它們已經包含了所有工具，包括ATPG和調試器, 以及立即開始使用所需的硬件.
它還包括一個用於測試I的硬件模塊 / O信號. 這些包裝的獨特魅力當然是其極高的性價比.
完整軟件包PicoTAP Designer Studio的組件
到目前為止，所討論的技術和系統解決方案的存在對一個具有最高質量標準的製造商來說還不夠。. 相當, 在BGA PCB組件的生產中使用X射線系統和邊界掃描系統進行全面分析，以了解整個製造情況. 首先, 他們對要糾正的錯誤及其統計分佈權威性角色具有精確的了解. 總共有 100 定義影響最佳檢驗和測試策略的參數. 在這方面, 在這一點上尚無法命名 “這” 戰略. 但是事實是AXOI和BGA的邊界掃描的結合提供了 100 錯誤覆蓋率可以保證，並且BGA的比例越大，這些技術就越重要. 從今天的角度來看, 它們是透視圖中高密度裝配的唯一解決方案. 可以看到這種情況下的生產線是什麼樣的.
使用AXOI的示例, BGA PCB裝配線中的MXI和邊界掃描
基本思想是在每個過程步驟的後面建立一個傳感器，並在反饋的過程中全面統計錯誤信息. AXOI系統由於其高檢查速度而可以根據IPC-A-610E對模塊進行鑑定，並且, 例如, 以及由TQFP組件測量的內部彎液面. 集成的AOI系統可確保仍然缺少機械故障覆蓋率. MXI用於精確分析承諾. 藍色顯示的傳感器全部包含在GÖPEL電子產品組合中.
總結和結論
BGA組件是複雜電路板的重要組件，可實現更高的集成密度並改善電氣參數. 不斷減少的訪問量使得以替代檢查和測試程序的形式使用更合適的對策至關重要.
在實踐中, 3D-AXOI機器, 特別是, 具有組合的AXI / AOI系統和邊界掃描是最大潛力的電氣測試方法
解決訪問問題. 兩種方法相輔相成，可以完美覆蓋 100% 用於BGA焊點. 隨著IEEE框架內標準化工作的進行，它還提供了邊界掃描基本的未來安全性。. GÖPELelectronic的嵌入式系統訪問開發概念 (那) 涉及這些標準，並通過進一步的技術對它們進行補充，以擴展故障範圍 [11]. 從而使組合變得更具吸引力.
為了最佳利用所討論的系統解決方案, 然而, 首先，必須準確地分析過程情況，因為如果越野車新娘不跳舞，則希望幫助所有技術擺弄.
