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Analisi di guasto del collegamento di saldatura tra FPGA e scheda PCB
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Analisi di guasto del collegamento di saldatura tra FPGA e scheda PCB

Analisi di guasto del collegamento di saldatura tra FPGA e scheda PCB

2022-03-04
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Author:pcb

Gli FPGA sono utilizzati nella maggior parte dei sistemi elettronici Scheda PCBsistemi, tra cui molti campi commerciali e di difesa, e la maggior parte degli FPGA usano pacchetti BGA. Non appena è apparsa la BGA, è diventata la scelta per l'alta densità, ad alte prestazioni, multifunzionale e alto I/Imballaggio pin di chip VLSI come CPU e ponte nord-sud. Le sue caratteristiche sono::
1. Anche se il numero di I/Aumento dei perni O, la spaziatura dei pin è molto più grande di quella di QFP, thus improving the assembly yield;
2. Anche se il suo consumo energetico aumenta, BGA può essere saldato dal metodo controllato del chip di collasso, denominata saldatura C4, which can improve its electrothermal performance:
3. Lo spessore è ridotto di più di 1/2 rispetto al QFP, e il peso è ridotto di più di 3/4;
4. I parametri parassitari sono ridotti, il ritardo di trasmissione del segnale è piccolo, e la frequenza di utilizzo è notevolmente migliorata;
5. La saldatura complanare può essere utilizzata per il montaggio, with high reliability;
6. Il pacchetto BGA è ancora lo stesso di QFP e PGA, che occupa troppa superficie di substrato;

Scheda PCB

I guasti alle giunture di saldatura si verificano frequentemente negli FGPA, in tutti i tipi di prodotti commerciali e di difesa. Quando l'FPGA è confezionato in un pacchetto BGA, il FPGA è suscettibile a guasti di connessione alla saldatura. La causa del guasto della saldatura non può essere isolata, la diagnosi precoce è molto difficile, e guasti intermittenti possono aumentare nel tempo fino a quando l'apparecchiatura fornisce prestazioni inaffidabili o diventa inutilizzabile. Tuttavia, come spesso accade, questo problema può essere risolto, ed è Ridgetop-Group SJ-BIST. In generale, il guasto alla saldatura significa che il giunto saldato si rompe in determinate condizioni a causa di vari fattori (quali: stress, temperatura, materialee, qualità della saldatura e condizioni di lavoro effettive, ecc.). Una volta che il giunto fallisce, i componenti strettamente collegati tra loro saranno parzialmente separati, strappato ed espanso, con conseguente danneggiamento della struttura saldata, causare tempi di inattività delle apparecchiature e compromettere la normale produzione.

Quali fattori possono causare il guasto di una connessione saldata?
Motivi comuni di guasto:

1) Guasti correlati allo stress - per i dispositivi in funzione

Di solito, i difetti del materiale stesso (come l'disomogeneità della composizione chimica, micro-crepe locali), crepe calde e fredde, penetrazione incompleta, inclusioni di scorie, pori e sottostrati nella saldatura a causa di vari motivi, ecc., durante il processo di saldatura. L'elevata sollecitazione residua nella zona vicina della cucitura (compresa la sollecitazione strutturale della trasformazione di fase della saldatura e della zona interessata dal calore), così come l'ammorbidimento della struttura ad alta temperatura durante il processo di saldatura e la fragilità dopo il raffreddamento, sono le cause principali di insufficienza articolare, e contribuire anche al fallimento del giunto. La frattura fragile o l'espansione dell'articolazione fornisce le condizioni. Il metodo attuale per prevedere il guasto delle connessioni saldate è il modello di degradazione statistica. Tuttavia, dato che le statistiche sono significative solo quando esistono un gran numero di campioni, I modelli basati su statistiche sono nel migliore dei casi una soluzione stopgap. SJ-BIST di Raytor Group può fornire un servizio diretto, mezzi in tempo reale di misurazione e previsione dei guasti delle connessioni saldate.


2) Carenze legate alla produzione manifatturiera

Perché durante il processo di produzione si verificano guasti ai giunti di saldatura. Ridegtop-Group SJ-BIST può rilevare FPGA non montati. Questi guasti legati alla produzione hanno il proprio set di sfide di rilevamento. L'ispezione visiva è il metodo attualmente utilizzato per determinare i guasti in un ambiente di produzione. Lo svantaggio principale è l'incapacità di testare e ispezionare i giunti di saldatura. L'ispezione visiva è limitata ai giunti di saldatura sulla riga esterna del FPGA, mentre le dimensioni della scheda e altri componenti di montaggio superficiale limitano ulteriormente la visibilità. Man mano che aumenta la densità del pacchetto array BGA, la deviazione della sfera di saldatura diventa più rigorosa. Pacchetti BGA a passo fine, Ci sono migliaia di palle di saldatura con 1.passo 0 mm e 0.Diametro palla 60mm. In queste condizioni, insufficiente sintonizzazione e saldatura del pad diventano le principali cause di disconnessione del pad e disconnessione parziale. Anche un'ispezione a raggi X al 100% non è garantita per trovare una rottura del giunto di saldatura quando la saldatura non bagna il pad. Un altro difetto che coinvolge sfere di saldatura e penetrazione capillare in fori placcati non è facile da identificare, anche con immagini a raggi X. Come un soft core incorporato, Ridgetop-Group SJ-BIST è davvero adatto per Scheda PCBMonitoraggio FPGA in un ambiente di produzione.

Definizione di guasto del collegamento del pacchetto BGA (per il ciclo termico):

La definizione del settore di guasto alla connessione del pacchetto BGA è:

1) Resistenza di picco superiore a 300 ohm per 200 ns o più.

2) 10 o più eventi di guasto si verificano 10% del tempo dopo 1 evento di guasto.


Tipi di guasti di saldatura:

1) Crack della palla di saldatura

Rilevamento di guasti in tempo reale delle connessioni saldate tra un FPGA funzionante e un PCB Scheda. Nel tempo, Le saldature possono sviluppare crepe a causa di danni da stress accumulato. Le crepe sono comuni sul bordo in cui il dispositivo è saldato al PCB. Le crepe possono causare la separazione delle sfere di saldatura da parti del pacchetto BGA o PCB. Una tipica posizione di fessura è tra il pacchetto BGA e le sfere di saldatura, e un'altra crepa tipica è tra il Scheda PCB e le palle di saldatura. Danni continui a una sfera di saldatura incrinata possono portare a un altro tipo di guasto - frattura della sfera di saldatura.

2) Rottura della palla di saldatura

Rilevamento di guasti in tempo reale delle connessioni saldate tra un FPGA funzionante e un PCB Scheda. Una volta che c'è una crepa, stress successivo può causare la rottura della palla di saldatura. La frattura provoca la palla di saldatura e il Scheda PCB separare completamente, con conseguente stato di circuito aperto per lungo tempo, contaminazione e ossidazione della superficie di frattura. Il risultato finale è da una connessione degradata ad un circuito aperto intermittente corto fino ad un circuito aperto più lungo.

3) Sfere di saldatura mancanti

Tensioni meccaniche successive che portano a crepe, e infine fratture, può anche portare a dislocazione delle sfere di saldatura fratturate. Non solo una palla di saldatura mancante fallisce la connessione di quel pin, ma una palla di saldatura mal posizionata potrebbe bloccarsi in un'altra posizione causando un corto inimmaginabile in un altro circuito.


Segni elettrici di guasto della sfera di saldatura: l'apertura e la chiusura periodica delle fratture della sfera di saldatura possono portare a guasti intermittenti del segnale elettrico. Vibrazioni, movimento, variazioni di temperatura, o altre sollecitazioni possono causare l'apertura e la chiusura di sfere di saldatura rotte, con conseguente guasto intermittente dei segnali elettrici. I materiali flessibili utilizzati dalla Scheda PCB Anche la fabbrica rende possibile questo segnale intermittente, come rottura di apertura e chiusura causata da stress vibratorio, e l'imprevedibile apertura e chiusura dei circuiti a sfera di saldatura causano segnali intermittenti. Questi guasti intermittenti sono difficili da diagnosticare. Inoltre, la I/Il circuito buffer O intorno al FPGA rende quasi impossibile misurare il valore di resistenza della rete di saldatura. Un dispositivo che non funziona in un FPGA funzionante può passare senza alcun difetto (NTF) sul banco di prova perché i giunti di saldatura sono temporaneamente collegati. Molti utenti trovano che FPGA non funziona correttamente, ed è per questo motivo che l'FPGA funzionerà normalmente premendo P a mano.

Rilevamento di guasti in tempo reale della connessione saldata tra FPGA e Scheda PCB SJ-BIST rileva lo stato della saldatura in tempo reale. Attualmente, tecniche quali l'ispezione visiva, ottica, I test a raggi X e di affidabilità utilizzati nella produzione sono difficili da lavorare perché la riflessione è elettrica. Gli errori di guasto del segnale sono in gran parte invisibili quando il dispositivo non è alimentato. Attraverso la rilevazione precoce di guasti imminenti, SJ-BIST supporta la manutenzione delle apparecchiature in base alle condizioni e riduce i guasti intermittenti. La sua sensibilità e sensibilità superiori consentono a SJ-BIST di rilevare e fallire resistenze elevate fino a 100 ohm entro due cicli di clock senza falsi allarmi. Come soluzione scalabile, può essere collegato al test hub esistente di un utente senza aggiungere risorse aggiuntive.

Gli FPGA sono utilizzati nella maggior parte dei sistemi elettronici, tra cui molti campi commerciali e di difesa, e la maggior parte degli FPGA usano pacchetti BGA. Non appena è apparsa la BGA, è diventata la scelta per l'alta densità, ad alte prestazioni, multifunzionale e alto I/Imballaggio pin di chip VLSI come CPU e ponte nord-sud. Its features are:
1. Anche se il numero di I/Aumento dei perni O, la spaziatura dei pin è molto più grande di quella di QFP, thus miglioramento della resa del montaggio;
2. Anche se il suo consumo energetico aumenta, BGA può essere saldato dal metodo controllato del chip di collasso, denominata saldatura C4, che può migliorare le sue prestazioni elettrotermiche:
3. Lo spessore è ridotto di più di 1/2 rispetto al QFP, e il peso è ridotto di più di 3/4;
4. I parametri parassitari sono ridotti, il ritardo di trasmissione del segnale è piccolo, e la frequenza di utilizzo è notevolmente migliorata;
5. La saldatura complanare può essere utilizzata per il montaggio, con elevata affidabilità;
6. Il pacchetto BGA è ancora lo stesso di QFP e PGA, che occupa troppa superficie di substrato;

I guasti alle giunture di saldatura si verificano frequentemente negli FGPA, in tutti i tipi di prodotti commerciali e di difesa. Quando l'FPGA è confezionato in un pacchetto BGA, il FPGA è suscettibile a guasti di connessione alla saldatura. La causa del guasto della saldatura non può essere isolata, la diagnosi precoce è molto difficile, e guasti intermittenti possono aumentare nel tempo fino a quando l'apparecchiatura fornisce prestazioni inaffidabili o diventa inutilizzabile. Tuttavia, come spesso accade, questo problema può essere risolto, ed è Ridgetop-Group SJ-BIST. In generale, Guasto di saldatura significa che il giunto saldato si rompe in determinate condizioni a causa di vari fattori (quali: stress, temperatura, materiale, qualità della saldatura e condizioni di lavoro effettive, ecc.). Una volta che il giunto fallisce, i componenti strettamente collegati tra loro saranno parzialmente separati, strappato ed espanso, con conseguente danneggiamento della struttura saldata, causare tempi di inattività delle apparecchiature e compromettere la normale produzione.

Quali fattori possono causare il guasto di una connessione saldata?

Motivi comuni di guasto:

1) Guasti correlati allo stress - per dispositivi in funzione

Di solito, i difetti del materiale stesso (come l'disomogeneità della composizione chimica, micro-crepe locali), crepe calde e fredde, penetrazione incompleta, inclusioni di scorie, pori e sottostrati nella saldatura a causa di vari motivi, ecc., durante il processo di saldatura. L'elevata sollecitazione residua nella zona vicina della cucitura (compresa la sollecitazione strutturale della trasformazione di fase della saldatura e della zona interessata dal calore), così come l'ammorbidimento della struttura ad alta temperatura durante il processo di saldatura e la fragilità dopo il raffreddamento, sono le cause principali di insufficienza articolare, e contribuire anche al fallimento del giunto. La frattura fragile o l'espansione dell'articolazione fornisce le condizioni. Il metodo attuale per prevedere il guasto delle connessioni saldate è il modello di degradazione statistica. Tuttavia, dato che le statistiche sono significative solo quando esistono un gran numero di campioni, I modelli basati su statistiche sono nel migliore dei casi una soluzione stopgap. SJ-BIST di Raytor Group può fornire un servizio diretto, mezzi in tempo reale di misurazione e previsione dei guasti delle connessioni saldate.


2) Carenze legate alla produzione manifatturiera

Perché i guasti ai giunti di saldatura si verificano anche durante il processo di produzione. Ridegtop-GrouSJ-BIST può rilevare FPGA non montati. Questi guasti legati alla produzione hanno il proprio set di sfide di rilevamento. L'ispezione visiva è il metodo attualmente utilizzato per determinare i guasti in un ambiente di produzione. Lo svantaggio principale è l'incapacità di testare e ispezionare i giunti di saldatura. L'ispezione visiva è limitata ai giunti di saldatura sulla riga esterna del FPGA, mentre le dimensioni della scheda e altri componenti di montaggio superficiale limitano ulteriormente la visibilità. Man mano che aumenta la densità del pacchetto array BGA, la deviazione della sfera di saldatura diventa più rigorosa. Pacchetti BGA a passo fine, Ci sono migliaia di palle di saldatura con 1.passo 0 mm e 0.Diametro palla 60mm. In queste condizioni, insufficiente sintonizzazione e saldatura del pad diventano le principali cause di disconnessione del pad e disconnessione parziale. Anche un'ispezione a raggi X al 100% non è garantita per trovare una rottura del giunto di saldatura quando la saldatura non bagna il pad. Un altro difetto che coinvolge sfere di saldatura e penetrazione capillare in fori placcati non è facile da identificare, anche con immagini a raggi X. Come un soft core incorporato, Ridgetop-Group SJ-BIST è davvero adatto per Scheda PCBMonitoraggio FPGA in un ambiente di produzione.

Definizione di guasto al collegamento del pacchetto BGA (per il ciclo termico):

La definizione del settore di guasto alla connessione del pacchetto BGA è:

1) Resistenza di picco superiore a 300 ohm per 200 ns o più.

2) 10 o più eventi di guasto si verificano il 10% del tempo dopo 1 evento di guasto.


Tipi di guasti di saldatura:

1) Crack della palla di saldatura

Rilevamento di guasti in tempo reale delle connessioni saldate tra un FPGA funzionante e un PCB Scheda. Nel tempo, Le saldature possono sviluppare crepe a causa di danni da stress accumulato. Le crepe sono comuni sul bordo in cui il dispositivo è saldato al PCB. Le crepe possono causare la separazione delle sfere di saldatura da parti del pacchetto BGA o PCB. Una tipica posizione di fessura è tra il pacchetto BGA e le sfere di saldatura, e un'altra crepa tipica è tra il Scheda PCB e le palle di saldatura. Danni continui a una sfera di saldatura incrinata possono portare a un altro tipo di guasto - frattura della sfera di saldatura.

2) Rottura della palla di saldatura

Rilevamento di guasti in tempo reale delle connessioni saldate tra un FPGA funzionante e un PCB Scheda. Una volta che c'è una crepa, stress successivo può causare la rottura della palla di saldatura. La frattura provoca la palla di saldatura e il Scheda PCB separare completamente, con conseguente stato di circuito aperto per lungo tempo, contaminazione e ossidazione della superficie di frattura. Il risultato finale è da una connessione degradata ad un circuito aperto intermittente corto fino ad un circuito aperto più lungo.

3) Sfere di saldatura mancanti

Tensioni meccaniche successive che portano a crepe, e infine fratture, può anche portare a dislocazione delle sfere di saldatura fratturate. Non solo una palla di saldatura mancante fallisce la connessione di quel pin, ma una palla di saldatura mal posizionata potrebbe bloccarsi in un'altra posizione causando un corto inimmaginabile in un altro circuito.


Segni elettrici di guasto della sfera di saldatura: l'apertura e la chiusura periodica delle fratture della sfera di saldatura possono portare a guasti intermittenti del segnale elettrico. Vibrazioni, movimento, variazioni di temperatura, o altre sollecitazioni possono causare l'apertura e la chiusura di sfere di saldatura rotte, con conseguente guasto intermittente dei segnali elettrici. I materiali flessibili utilizzati dalla Scheda PCB Anche la fabbrica rende possibile questo segnale intermittente, come rottura di apertura e chiusura causata da stress vibratorio, e l'imprevedibile apertura e chiusura dei circuiti a sfera di saldatura causano segnali intermittenti. Questi guasti intermittenti sono difficili da diagnosticare. Inoltre, la I/Il circuito buffer O intorno al FPGA rende quasi impossibile misurare il valore di resistenza della rete di saldatura. Un dispositivo che non funziona in un FPGA funzionante può passare senza alcun difetto (NTF) sul banco di prova perché i giunti di saldatura sono temporaneamente collegati. Molti utenti trovano che FPGA non funziona correttamente, ed è per questo motivo che l'FPGA funzionerà normalmente premendo P a mano.

Rilevamento di guasti in tempo reale della connessione saldata tra FPGA e Scheda PCB SJ-BIST rileva lo stato della saldatura in tempo reale. Attualmente, tecniche quali l'ispezione visiva, ottica, I test a raggi X e di affidabilità utilizzati nella produzione sono difficili da lavorare perché la riflessione è elettrica. Gli errori di guasto del segnale sono in gran parte invisibili quando il dispositivo non è alimentato. Attraverso la rilevazione precoce di guasti imminenti, SJ-BIST supporta la manutenzione delle apparecchiature in base alle condizioni e riduce i guasti intermittenti. La sua sensibilità e sensibilità superiori consentono a SJ-BIST di rilevare e fallire resistenze elevate fino a 100 ohm entro due cicli di clock senza falsi allarmi. Come soluzione scalabile, può essere collegato al test hub esistente di un utente senza aggiungere risorse aggiuntive su Scheda PCB.