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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. 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 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, and the frequency of use is greatly improved;
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, which occupies too much substrate area;

Scheda PCB

Solder joint failure failures frequently occur in FGPAs, 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, welding failure means that the welded joint breaks under certain conditions due to various factors (such as: 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?
Common failure reasons:
1) Stress-related failures-for devices in operation
Usually, the defects of the material itself (such as chemical composition inhomogeneity, local micro-cracks), 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. The high residual stress in the near seam area (including the structural stress of the phase transformation of the weld and the heat affected zone), 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) Failures related to manufacturing production
Because solder joint failures also occur during the manufacturing process. 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.
Definition of BGA package connection failure (for thermal cycling):

The industry's definition of BGA package connection failure is:
1) Peak resistance greater than 300 ohms for 200 ns or more.
2) 10 or more failure events occur 10% of the time after 1 failure event.

Types of Weld Failures:
1) Solder ball crack
Real-time failure detection of soldered connections between a working FPGA and a Scheda PCB. 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) Solder ball breakage
Real-time failure detection of soldered connections between a working FPGA and a Scheda PCB. 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) Missing solder balls
Subsequent mechanical stresses that lead to cracks, 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. A device that fails in a working FPGA may pass without any fault finding (NTF) on the test bed because the solder joints are temporarily connected. 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 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, and the frequency of use is greatly improved;
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, which occupies too much substrate area;

Solder joint failure failures frequently occur in FGPAs, 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, welding failure means that the welded joint breaks under certain conditions due to various factors (such as: stress, temperatura, material, 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?
Common failure reasons:
1) Stress-related failures - for devices in operation
Usually, the defects of the material itself (such as chemical composition inhomogeneity, local micro-cracks), 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. The high residual stress in the near seam area (including the structural stress of the phase transformation of the weld and the heat affected zone), 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) Failures related to manufacturing production
Because solder joint failures also occur during the manufacturing process. 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.
Definition of BGA package connection failure (for thermal cycling):

The industry's definition of BGA package connection failure is:
1) Peak resistance greater than 300 ohms for 200 ns or more.
2) 10 or more failure events occur 10% of the time after 1 failure event.

Types of Weld Failures:
1) Solder ball crack
Real-time failure detection of soldered connections between a working FPGA and a Scheda PCB. 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) Solder ball breakage
Real-time failure detection of soldered connections between a working FPGA and a Scheda PCB. 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) Missing solder balls
Subsequent mechanical stresses that lead to cracks, 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. A device that fails in a working FPGA may pass without any fault finding (NTF) on the test bed because the solder joints are temporarily connected. 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.