Chính xác sản xuất PCB, PCB tần số cao, PCB cao tốc, PCB chuẩn, PCB đa lớp và PCB.
Nhà máy dịch vụ tùy chỉnh PCB & PCBA đáng tin cậy nhất.
Thông tin PCB

Thông tin PCB - Phân tích lỗi kết nối hàn FPGA với PCB Board

Thông tin PCB

Thông tin PCB - Phân tích lỗi kết nối hàn FPGA với PCB Board

Phân tích lỗi kết nối hàn FPGA với PCB Board

2022-03-04
View:891
Author:pcb

FPGA được sử dụng trong hầu hết các hệ thống bảng mạch PCB điện tử, bao gồm nhiều lĩnh vực thương mại và quốc phòng, và hầu hết các FPGA sử dụng gói BGA. Ngay khi BGA xuất hiện, nó đã trở thành sự lựa chọn cho các gói pin I/O mật độ cao, hiệu suất cao, linh hoạt và cao cho các chip VLSI như CPU và North Bridge. Nó được đặc trưng bởi: 1. Mặc dù số lượng chân I/O tăng lên, khoảng cách giữa các chân lớn hơn nhiều so với QFP, do đó cải thiện tỷ lệ lắp ráp tốt; 2. Mặc dù tiêu thụ điện năng của nó tăng lên, BGA có thể được hàn bằng phương pháp chip sụp đổ có kiểm soát, được gọi là hàn C4, có thể cải thiện hiệu suất nhiệt điện của nó: 3. Độ dày giảm hơn 1/2 so với QFP và trọng lượng giảm hơn 3/4; 4. Các thông số ký sinh giảm, độ trễ truyền tín hiệu nhỏ, tần số sử dụng được cải thiện đáng kể; 5. Nó có thể được lắp ráp với hàn chung, độ tin cậy cao; 6. Gói BGA vẫn giống như QFP và PGA, chiếm quá nhiều diện tích bề mặt;

bảng pcb

Trong tất cả các loại sản phẩm thương mại và quốc phòng, sự cố mối hàn thường xảy ra trong FGPA. Khi FPGA được đóng gói trong gói BGA, FPGA dễ bị lỗi kết nối hàn. Nguyên nhân của sự cố hàn không thể bị cô lập, phát hiện sớm là rất khó khăn và sự cố liên tục có thể leo thang theo thời gian cho đến khi hiệu suất thiết bị không đáng tin cậy hoặc không thể hoạt động. Tuy nhiên, như thường xảy ra, vấn đề này có thể được giải quyết và đó là Ridgetop Group SJ-BIST. Nói chung, thất bại hàn là khi một khớp hàn bị gãy trong một số điều kiện nhất định do các yếu tố khác nhau (chẳng hạn như ứng suất, nhiệt độ, vật liệu, chất lượng hàn và điều kiện làm việc thực tế, v.v.). Một khi các khớp bị hỏng, các bộ phận được kết nối chặt chẽ với nhau sẽ tách ra, xé và mở rộng một phần, gây ra thiệt hại cho cấu trúc hàn, gây ra thời gian chết của thiết bị và ảnh hưởng đến sản xuất bình thường. Những yếu tố nào có thể làm cho kết nối hàn thất bại? Nguyên nhân thường gặp của sự cố: 1) Sự cố liên quan đến căng thẳng của thiết bị trong quá trình hoạt động thường là các khuyết tật của chính vật liệu trong quá trình hàn (chẳng hạn như thành phần hóa học không đồng đều, vết nứt vi mô cục bộ), vết nứt nóng và lạnh, không thấm nước, xỉ kẹp, lỗ khí và vết cắt đáy hàn do các nguyên nhân khác nhau, v.v. Ứng suất dư cao trong khu vực mối hàn gần (bao gồm cả sự thay đổi pha của mối hàn và ứng suất cấu trúc trong vùng ảnh hưởng nhiệt), cũng như làm mềm và làm mát các cấu trúc ở nhiệt độ cao trong quá trình hàn, là nguyên nhân cơ bản của sự thất bại của khớp và là nguyên nhân gây ra sự thất bại của khớp. Sự đứt gãy giòn hoặc mở rộng của khớp cung cấp các điều kiện. Phương pháp hiện tại để dự đoán sự thất bại của các kết nối hàn là mô hình xuống cấp thống kê. Tuy nhiên, vì số liệu thống kê chỉ có ý nghĩa khi có một số lượng lớn các mẫu, các mô hình dựa trên thống kê tốt nhất chỉ là các biện pháp tạm thời. SJ-BIST của Tập đoàn Raytor có thể cung cấp một phương pháp trực tiếp, thời gian thực để đo lường và dự đoán sự cố của kết nối hàn. 2) Thất bại liên quan đến sản xuất sản xuất. Bởi vì sự cố của mối hàn cũng xảy ra trong quá trình sản xuất. Ridegtop Group SJ-BIST có thể phát hiện FPGA không được cài đặt. Những lỗi liên quan đến sản xuất này có những thách thức phát hiện riêng. Kiểm tra trực quan là phương pháp hiện đang được sử dụng để xác định lỗi trong môi trường sản xuất. Nhược điểm chính là không có khả năng kiểm tra và kiểm tra các mối hàn. Kiểm tra trực quan được giới hạn ở các điểm hàn ở hàng bên ngoài của FPGA, trong khi kích thước tấm và các cụm lắp đặt bề mặt khác hạn chế khả năng hiển thị thêm. Khi mật độ mảng đóng gói BGA tăng lên, độ lệch bóng hàn trở nên nghiêm ngặt hơn. Trong gói BGA sân mịn, có hàng ngàn quả bóng hàn với khoảng cách 1,0mm và đường kính bóng 0,60mm. Trong trường hợp này, điều chỉnh pad và hàn không đầy đủ trở thành nguyên nhân chính gây ra sự cố vỡ và ngắt kết nối một phần của pad. Ngay cả việc kiểm tra tia X 100% cũng không đảm bảo tìm thấy một điểm bị gãy khi hàn không làm ướt mặt nạ. Một khiếm khuyết khác liên quan đến sự xâm nhập của các quả bóng hàn và mao mạch vào các lỗ thông qua mạ mà không dễ nhận ra ngay cả với hình ảnh X-quang. Là một phần mềm nhúng, Ridgetop Group SJ-BIST là lý tưởng cho giám sát FPGA bảng mạch PCB trong môi trường sản xuất. Định nghĩa của lỗi kết nối gói BGA (đối với chu kỳ nhiệt): Định nghĩa của ngành về lỗi kết nối gói BGA là: 1) điện trở đỉnh lớn hơn 300 ohms và kéo dài 200 nano giây hoặc hơn. 2) 10 hoặc nhiều sự kiện lỗi xảy ra sau 1 sự kiện lỗi. Loại lỗi hàn: 1) Phát hiện lỗi thời gian thực của kết nối hàn giữa FPGA và bảng PCB làm việc nứt bóng. Theo thời gian, các mối hàn có thể tạo ra các vết nứt do thiệt hại do ứng suất tích lũy. Các vết nứt là phổ biến ở các cạnh nơi thiết bị được hàn vào PCB. Các vết nứt có thể làm cho các quả bóng hàn tách ra khỏi các bộ phận của gói BGA hoặc PCB. Một vị trí crack điển hình nằm giữa gói BGA và quả bóng hàn, và một vết nứt điển hình khác nằm giữa bảng PCB và quả bóng hàn. Thiệt hại liên tục của các quả bóng hàn nứt có thể dẫn đến một loại lỗi khác - phá vỡ quả bóng hàn. 2) Phá vỡ quả bóng hàn phát hiện lỗi kết nối hàn giữa FPGA làm việc và bảng PCB trong thời gian thực. Một khi vết nứt xảy ra, ứng suất tiếp theo có thể khiến quả bóng bị vỡ. Sự phá vỡ dẫn đến sự tách biệt hoàn toàn của bóng hàn và bảng PCB, dẫn đến tình trạng mạch hở trong một thời gian dài, ô nhiễm bề mặt gãy và oxy hóa. Kết quả cuối cùng là sự suy giảm chất lượng kết nối, ngắn mạch không liên tục, tất cả các cách để mở lâu hơn.3) Việc thiếu các quả bóng hàn sau đó căng thẳng cơ học dẫn đến các vết nứt, cuối cùng là vỡ, và cũng có thể dẫn đến sự sai lệch của các quả bóng hàn bị hỏng. Không chỉ một quả bóng hàn bị mất có thể làm hỏng kết nối của chân đó, mà một quả bóng hàn bị lệch có thể bị kẹt ở một vị trí khác, dẫn đến một mạch khác bị đoản mạch không thể tưởng tượng được. Dấu hiệu điện của sự cố bóng hàn: Việc mở và đóng định kỳ của sự cố bóng hàn có thể dẫn đến sự cố tín hiệu điện liên tục. Rung động, chuyển động, thay đổi nhiệt độ hoặc các ứng suất khác có thể làm cho các quả bóng bị hỏng mở và đóng, dẫn đến sự cố liên tục của tín hiệu điện. Các vật liệu linh hoạt được sử dụng trong các nhà máy bảng PCB cũng làm cho tín hiệu không liên tục này có thể, chẳng hạn như ngắt kết nối và đóng do ứng suất rung và mở và đóng không thể đoán trước của mạch bóng hàn dẫn đến tín hiệu không liên tục. Sự cố gián đoạn này rất khó chẩn đoán. Ngoài ra, các mạch đệm I/O xung quanh FPGA làm cho nó gần như không thể đo được giá trị điện trở của mạng hàn. Các thiết bị bị lỗi trong FPGA làm việc có thể vượt qua băng ghế thử nghiệm mà không tìm thấy bất kỳ lỗi nào (NTF) vì các mối hàn được kết nối tạm thời. Nhiều người dùng thấy FPGA không hoạt động chính xác và đó là lý do tại sao FPGA được nhấn bằng tay để hoạt động chính xác. Phát hiện lỗi thời gian thực của FPGA với kết nối hàn bảng PCB: SJ-BIST phát hiện trạng thái hàn trong thời gian thực. Hiện nay, các kỹ thuật như kiểm tra trực quan, quang học, tia X và kiểm tra độ tin cậy được sử dụng trong sản xuất rất khó hoạt động vì phản xạ là điện. Lỗi tín hiệu phần lớn là vô hình khi thiết bị không được cấp nguồn. Bằng cách phát hiện sớm các lỗi sắp xảy ra, SJ-BIST hỗ trợ bảo trì thiết bị dựa trên trạng thái và giảm các lỗi liên tục. Độ nhạy và độ nhạy vượt trội của nó cho phép SJ-BIST phát hiện và vô hiệu hóa điện trở cao thấp tới 100 ohms trong hai chu kỳ đồng hồ mà không đưa ra báo động sai. Là một giải pháp có thể mở rộng, nó có thể kết nối với trung tâm thử nghiệm hiện có của người dùng mà không cần thêm tài nguyên bổ sung. FPGA được sử dụng trong hầu hết các hệ thống điện tử, bao gồm nhiều lĩnh vực thương mại và quốc phòng, và hầu hết các FPGA sử dụng gói BGA. Ngay khi BGA xuất hiện, nó đã trở thành sự lựa chọn cho các gói pin I/O mật độ cao, hiệu suất cao, linh hoạt và cao cho các chip VLSI như CPU và North Bridge. Nó được đặc trưng bởi: 1. Mặc dù số lượng chân I/O tăng lên, khoảng cách giữa các chân lớn hơn nhiều so với QFP, do đó cải thiện tỷ lệ lắp ráp tốt; 2. Mặc dù tiêu thụ điện năng của nó tăng lên, BGA có thể được hàn bằng phương pháp chip sụp đổ có kiểm soát, được gọi là hàn C4, có thể cải thiện hiệu suất nhiệt điện của nó: 3. Độ dày giảm hơn 1/2 so với QFP và trọng lượng giảm hơn 3/4; 4. Các thông số ký sinh giảm, độ trễ truyền tín hiệu nhỏ, tần số sử dụng được cải thiện đáng kể; 5. Nó có thể được lắp ráp với hàn chung, độ tin cậy cao; 6. Gói BGA vẫn giống như QFP và PGA, chiếm quá nhiều diện tích bề mặt; Trong tất cả các loại sản phẩm thương mại và quốc phòng, sự cố mối hàn thường xảy ra trong FGPA. Khi FPGA được đóng gói trong gói BGA, FPGA dễ bị lỗi kết nối hàn. Nguyên nhân của sự cố hàn không thể bị cô lập, phát hiện sớm là rất khó khăn và sự cố liên tục có thể leo thang theo thời gian cho đến khi hiệu suất thiết bị không đáng tin cậy hoặc không thể hoạt động. Tuy nhiên, như thường xảy ra, vấn đề này có thể được giải quyết và đó là Ridgetop Group SJ-BIST. Nói chung, thất bại hàn là khi một khớp hàn bị gãy trong một số điều kiện nhất định do các yếu tố khác nhau (chẳng hạn như ứng suất, nhiệt độ, vật liệu, chất lượng hàn và điều kiện làm việc thực tế, v.v.). Một khi các khớp bị hỏng, các bộ phận được kết nối chặt chẽ với nhau sẽ tách ra, xé và mở rộng một phần, gây ra thiệt hại cho cấu trúc hàn, gây ra thời gian chết của thiết bị và ảnh hưởng đến sản xuất bình thường. Những yếu tố nào có thể làm cho kết nối hàn thất bại? Nguyên nhân thường gặp của sự cố: 1) Thất bại liên quan đến căng thẳng - được sử dụng trong các thiết bị đang hoạt động. Thông thường, trong quá trình hàn, các khuyết tật của chính vật liệu (chẳng hạn như thành phần hóa học không đồng đều, vết nứt vi mô cục bộ), vết nứt nóng và lạnh, không thấm nước, xỉ kẹp, lỗ khí và đáy hàn do nhiều nguyên nhân khác nhau, v.v. Ứng suất dư cao trong khu vực mối hàn gần (bao gồm cả sự thay đổi pha của mối hàn và ứng suất cấu trúc trong vùng ảnh hưởng nhiệt), cũng như làm mềm và làm mát các cấu trúc ở nhiệt độ cao trong quá trình hàn, là nguyên nhân cơ bản của sự thất bại của khớp và là nguyên nhân gây ra sự thất bại của khớp. Sự đứt gãy giòn hoặc mở rộng của khớp cung cấp các điều kiện. Phương pháp hiện tại để dự đoán sự thất bại của các kết nối hàn là mô hình xuống cấp thống kê. Tuy nhiên, vì số liệu thống kê chỉ có ý nghĩa khi có một số lượng lớn các mẫu, các mô hình dựa trên thống kê tốt nhất chỉ là các biện pháp tạm thời. SJ-BIST của Tập đoàn Raytor có thể cung cấp một phương pháp trực tiếp, thời gian thực để đo lường và dự đoán sự cố của kết nối hàn. 2) Thất bại liên quan đến sản xuất sản xuất. Bởi vì sự cố của mối hàn cũng xảy ra trong quá trình sản xuất. Ridegtop Group SJ-BIST có thể phát hiện FPGA không được cài đặt. Những lỗi liên quan đến sản xuất này có những thách thức phát hiện riêng. Kiểm tra trực quan là phương pháp hiện đang được sử dụng để xác định lỗi trong môi trường sản xuất. Nhược điểm chính là không có khả năng kiểm tra và kiểm tra các mối hàn. Kiểm tra trực quan được giới hạn ở các điểm hàn ở hàng bên ngoài của FPGA, trong khi kích thước tấm và các cụm lắp đặt bề mặt khác hạn chế khả năng hiển thị thêm. Khi mật độ mảng đóng gói BGA tăng lên, độ lệch bóng hàn trở nên nghiêm ngặt hơn. Trong gói BGA sân mịn, có hàng ngàn quả bóng hàn với khoảng cách 1,0mm và đường kính bóng 0,60mm. Trong trường hợp này, điều chỉnh pad và hàn không đầy đủ trở thành nguyên nhân chính gây ra sự cố vỡ và ngắt kết nối một phần của pad. Ngay cả việc kiểm tra tia X 100% cũng không đảm bảo tìm thấy một điểm bị gãy khi hàn không làm ướt mặt nạ. Một khiếm khuyết khác liên quan đến sự xâm nhập của các quả bóng hàn và mao mạch vào các lỗ thông qua mạ mà không dễ nhận ra ngay cả với hình ảnh X-quang. Là một phần mềm nhúng, Ridgetop Group SJ-BIST là lý tưởng cho giám sát FPGA bảng mạch PCB trong môi trường sản xuất. Định nghĩa của lỗi kết nối gói BGA (đối với chu kỳ nhiệt): Định nghĩa của ngành về lỗi kết nối gói BGA là: 1) điện trở đỉnh lớn hơn 300 ohms và kéo dài 200 nano giây hoặc hơn. 2) 10 hoặc nhiều sự kiện lỗi xảy ra sau 1 sự kiện lỗi. Loại lỗi hàn: 1) Phát hiện lỗi thời gian thực của kết nối hàn giữa FPGA và bảng PCB làm việc nứt bóng. Theo thời gian, các mối hàn có thể tạo ra các vết nứt do thiệt hại do ứng suất tích lũy. Các vết nứt là phổ biến ở các cạnh nơi thiết bị được hàn vào PCB. Các vết nứt có thể làm cho các quả bóng hàn tách ra khỏi các bộ phận của gói BGA hoặc PCB. Một vị trí crack điển hình nằm giữa gói BGA và quả bóng hàn, và một vết nứt điển hình khác nằm giữa bảng PCB và quả bóng hàn. Thiệt hại liên tục của các quả bóng hàn nứt có thể dẫn đến một loại lỗi khác - phá vỡ quả bóng hàn. 2) Phá vỡ quả bóng hàn phát hiện lỗi kết nối hàn giữa FPGA làm việc và bảng PCB trong thời gian thực. Một khi vết nứt xảy ra, ứng suất tiếp theo có thể khiến quả bóng bị vỡ. Sự phá vỡ dẫn đến sự tách biệt hoàn toàn của bóng hàn và bảng PCB, dẫn đến tình trạng mạch hở trong một thời gian dài, ô nhiễm bề mặt gãy và oxy hóa. Kết quả cuối cùng là sự suy giảm chất lượng kết nối, ngắn mạch không liên tục, tất cả các cách để mở lâu hơn.3) Việc thiếu các quả bóng hàn sau đó căng thẳng cơ học dẫn đến các vết nứt, cuối cùng là vỡ, và cũng có thể dẫn đến sự sai lệch của các quả bóng hàn bị hỏng. Không chỉ một quả bóng hàn bị mất có thể làm hỏng kết nối của chân đó, mà một quả bóng hàn bị lệch có thể bị kẹt ở một vị trí khác, dẫn đến một mạch khác bị đoản mạch không thể tưởng tượng được. Dấu hiệu điện của sự cố bóng hàn: Việc mở và đóng định kỳ của sự cố bóng hàn có thể dẫn đến sự cố tín hiệu điện liên tục. Rung động, chuyển động, thay đổi nhiệt độ hoặc các ứng suất khác có thể làm cho các quả bóng bị hỏng mở và đóng, dẫn đến sự cố liên tục của tín hiệu điện. Các vật liệu linh hoạt được sử dụng trong các nhà máy bảng PCB cũng làm cho tín hiệu không liên tục này có thể, chẳng hạn như ngắt kết nối và đóng do ứng suất rung và mở và đóng không thể đoán trước của mạch bóng hàn dẫn đến tín hiệu không liên tục. Sự cố gián đoạn này rất khó chẩn đoán. Ngoài ra, các mạch đệm I/O xung quanh FPGA làm cho nó gần như không thể đo được giá trị điện trở của mạng hàn. Các thiết bị bị lỗi trong FPGA làm việc có thể vượt qua băng ghế thử nghiệm mà không tìm thấy bất kỳ lỗi nào (NTF) vì các mối hàn được kết nối tạm thời. Nhiều người dùng thấy FPGA không hoạt động chính xác và đó là lý do tại sao FPGA được nhấn bằng tay để hoạt động chính xác. Phát hiện lỗi thời gian thực của FPGA với kết nối hàn bảng PCB: SJ-BIST phát hiện trạng thái hàn trong thời gian thực. Hiện nay, các kỹ thuật như kiểm tra trực quan, quang học, tia X và kiểm tra độ tin cậy được sử dụng trong sản xuất rất khó hoạt động vì phản xạ là điện. Lỗi tín hiệu phần lớn là vô hình khi thiết bị không được cấp nguồn. Bằng cách phát hiện sớm các lỗi sắp xảy ra, SJ-BIST hỗ trợ bảo trì thiết bị dựa trên trạng thái và giảm các lỗi liên tục. Độ nhạy và độ nhạy vượt trội của nó cho phép SJ-BIST phát hiện và vô hiệu hóa điện trở cao thấp tới 100 ohms trong hai chu kỳ đồng hồ mà không đưa ra báo động sai. Là một giải pháp có thể mở rộng, nó có thể kết nối với trung tâm kiểm tra hiện có của người dùng mà không cần thêm tài nguyên bổ sung vào bảng mạch PCB.