कैसे Bester PCBA हिडन जॉइंट्स की पुष्टि करता है: AXI प्लस पावर साइकलिंग डेंस बीजीए पर

एक गेंद ग्रिड एरे पैकेज के नीचे सॉलेर जॉइंट्स अदृश्य होते हैं और पारंपरिक ऑप्टिकल निरीक्षण से भी देखना संभव नहीं है। माइक्रो-BGA और चिप-स्केल डिजाइनों के लिए, जहां सैंकड़ों कनेक्शन एक नाखून से छोटे हिस्से के नीचे छिपे होते हैं, यह पहुंच का अभाव एक गंभीर सत्यापन समस्या है। एक दोषयुक्त जॉइंट दृश्य जांच को पार कर सकता है, आधारभूत विद्युत परीक्षणों में सफल हो सकता है, और फिर भी तापीय साइक्लिंग या कंपन के दौरान एक छुपी हुई कमजोरी का पता चलने पर क्षेत्र में विफल हो सकता है। सवाल यह है कि यदि ये छुपे हुए जॉइंट फेल हो सकते हैं, लेकिन कैसे एक उत्पाद शिपिंग से पहले खराब जॉइंट को कैसे ढूंढें।

Bester पीसीबीए में, हम यह कार्य दोहरे सत्यापन पद्धति के साथ करते हैं: स्वचालित एक्स-रे निरीक्षण (AXI) ताकि हर सॉलेर बॉल की संरचनात्मक गुणवत्ता का मूल्यांकन किया जा सके, इसके बाद टेस्ट के तहत प्रदर्शन की पुष्टि के लिए ऑन-बेंच पावर साइक्लिंग। कोई भी विधि अकेली पर्याप्त नहीं है। AXI दोषपूर्ण वेल्डिंग, वेटिंग दोष, और संरेखण त्रुटियों का पता लगाता है जो खराब प्रक्रिया नियंत्रण का संकेत देते हैं, लेकिन यह एक जॉइंट का पता नहीं लगा सकता है जो अच्छा दिखता है लेकिन इसकी संचारकता खराब हो। पावर साइक्लिंग यह साबित करता है कि जॉइंट न केवल सही संरचना रखता है बल्कि वास्तविक विद्युत और गर्म मौसम के लोड के तहत सही व्यवहार करता है। ये दोनों मिलकर एक रणनीति बनाते हैं जो छुपे हुए दोषों के ग्राहक तक पहुंचने के जोखिम को कम कर देते हैं।

यह कोई सैद्धांतिक अभ्यास नहीं है। आधुनिक पैकेजों का भौतिकी और क्षेत्र में विफलताओं की कठोर आर्थिकता एक मजबूत दृष्टिकोण की मांग करती है। यह समझना कि प्रत्येक विधि क्यों महत्वपूर्ण है, यह क्या दर्शाती है, और वे एक-दूसरे की पूर्ति कैसे करते हैं, उन सभी के लिए जरूरी है जो घने क्षेत्र-एरे पैकेज वाली असेंबली का डिज़ाइन या सोर्सिंग कर रहे हैं।

छुपे सोल्डर कनेक्शनों की जाँच क्यों आवश्यक है

एक गेंद ग्रिड सरणी (BGA) घटक अपनी निचली तरफ सोल्डर गेंदों की एक सरणी के माध्यम से बोर्ड से जुड़ता है, न कि अपने शरीर से निकलने वाली लेड्स के माध्यम से। रीफ्लो के दौरान, ये गेंदें संकुचित हो जाती हैं और बोर्ड पर मिलान करने वाले पैडों पर भीग जाती हैं, जो पूरी तरह से पैकेज द्वारा ढकी जाती हैं। यह डिज़ाइन दबाव और विद्युत प्रदर्शन में बड़े फायदे प्रदान करता है, जिससे फाइन-पिच कनेक्शन और शॉर्ट सिग्नल पथ संभव होते हैं। यह पारंपरिक लीडेड घटक की प्रत्यक्ष जांच को भी समाप्त कर देता है।

ऑप्टिकल निरीक्षण प्रणालियाँ, मैनुअल या स्वचालित, प्रतिबिंबित प्रकाश का उपयोग करके सॉलेर फिलेट आकार और जॉइंट फॉर्मेशन का आकलन करती हैं। एक BGA के लिए, देखने के लिए कोई फिलेट नहीं है। पैकेज का शरीर किसी भी रेखा दृश्य को रोक देता है। एक ऑटोमेटेड ऑप्टिकल सिस्टम घटक की उपस्थिति और प्लेसमेंट को सत्यापित कर सकता है, लेकिन यह स्वयं सॉलेर कनेक्शन को नहीं देख सकता। एकमात्र बाहरी संकेत — पैकेज की ऊंचाई — सॉलेर मात्रा का एक अनौपचारिक अनुमान प्रदान करता है, लेकिन आंतरिक voids, गैर-वेटिंग, या ब्रिजिंग के बारे में कुछ भी पता नहीं चलता।

यह चुनौती उस समय और भी बढ़ जाती है जब घनत्व बढ़ता है। 0.5 मिमी पिच माइक्रो-BGA जिसमें 256 गेंदें हैं, उनमें दोष का 256 अवसर होते हैं जिसे ऑप्टिकल तरीके पहचान नहीं पाएंगे। चिप-स्केल पैकेज, जहां डाई लगभग पैकेज के समान आकार का होता है, इसे और भी फाइन पिचों के साथ आगे बढ़ाते हैं। त्रुटि के लिए मार्जिन कम हो जाता है, और केवल प्रक्रिया नियंत्रण पर निर्भर रहना जुआ बन जाता है। उच्च-विश्वसनीयता वाली असेंबली के लिए, यह जुआ अस्वीकार्य है।

उद्योग की प्रतिक्रिया पैकेज के अंदर देखने का तरीका खोजने की थी। स्वचालित एक्स-रे निरीक्षण समाधान का प्रাধान तरीका है, लेकिन यह सत्यापन समस्या का केवल आधा ही हल करता है। इसकी क्षमताओं और सीमाओं को समझना एक पूर्ण रणनीति की दिशा में पहला कदम है।

स्ट्रक्चरल निरीक्षण: बीजीए ऐरे में AXI क्या दर्शाता है

एक्स-रे इमेजिंग पैकेज में कैसे प्रवेश करता है

एक्स-रे विद्युत चुम्बकत्व स्पेक्ट्रम के एक क्षेत्र में कब्जा कर लेते हैं जिसमें तरंग दैर्घ्य दृष्टि प्रकाश की तुलना में बहुत कम होती है। इन तरंग दैर्घ्यों पर, फ़ोटॉन पर्याप्त ऊर्जा लेकर आते हैं कि वे हमारे नेत्रों के लिए अपारदर्शी पदार्थों, जिसमें बीजीए पैकेज के एपॉक्सी या सेरामिक बॉडी शामिल है, को प्रवेश कर सकते हैं। प्रवेश की मात्रा पदार्थ की घनता पर निर्भर करती है। सद्दर जैसी धातुएं, जैसे टिन-लीड या टिन-सिल्वर-कॉपर मिश्र धातुएं, उच्च परमाणु संख्याएं रखती हैं और बोर्ड या पैकेज में हल्के तत्वों की तुलना में एक्स-रे को अधिक मजबूत ढंग से अवशोषित करती हैं। यह भिन्न अवशोषण विपरीतता उत्पन्न करता है।

एक AXI प्रणाली असेंबली के माध्यम से एक्स-रे किरण का दिशानिर्देशन करती है, और विपरीत side पर एक डिटेक्टर ट्रांसमीटेड विकिरण को कैप्चर करता है। इससे एक शैडो छवि बनती है जहां घने पदार्थ गहरे दिखाई देते हैं। BGA के नीचे सॉलेर बॉल्स विशिष्ट छायाएँ डालते हैं, जिससे उनके बीच के खाली स्थान, उनमें मौजूद voids, और सॉलेर से पैड सीमा स्पष्ट रूप से दिखती है। यह छवि घनत्व मानचित्र है, और इसका अर्थ समझने का मतलब है कि किन संरचनात्मक विशेषताओं का संबंध विश्वसनीय कनेक्शन से है।

आधुनिक AXI प्रणालियाँ कई देखने के कोण प्रदान करती हैं और टॉमोग्राफिक पुनर्निर्माण की अनुमति देती हैं, जिससे जॉइंट के भीतर व्यक्तिगत परतों का निरीक्षण संभव होता है। यह पैकेज-साइड इंटरफ़ेस पर एक हानिरहित void और बोर्ड-साइड इंटरफ़ेस पर एक खतरनाक void के बीच भेद करने के लिए महत्वपूर्ण है, जो थर्मल और विद्युत पथ को कमजोर करता है। जबकि इमेजिंग के भौतिकी सीमाएँ लगाती हैं — स्थानिक संकल्प सीमित है, और सूक्ष्म क्रैक का पता नहीं चलता है — यह विधि एक छुपी हुई जॉइंट की आंतरिक संरचना का पता लगाने में बेजोड़ है।

स्वीकार्य सोल्डर जॉइंट के लिए AXI मानदंड

एक BGA जॉइंट का एक्स-रे तीन संरचनात्मक संकेत दिखाता है। सबसे महत्वपूर्ण है पूर्ण वेटिंग: सोल्डर को प्रवाहित होना चाहिए और दोनों पैकेज और बोर्ड पैड से चिपक जाना चाहिए, जिससे एक सतत धातुबंधन बनता है। एक सही वेटेड जॉइंट सोल्डर बॉल से पैड तक के एक चिकने संक्रमण के रूप में दिखाई देता है। कोई भी तेज अंतराल या कम कंट्रास्ट क्षेत्र गैर-वेटिंग का संकेत देते हैं, जो एक संकटपूर्ण दोष है जो जॉइंट को किसी यांत्रिक या विद्युत स्थिरता से वंचित कर देता है।

अगला, जॉइंट को केंद्रित और संरेखित किया जाना चाहिए. सोल्डर बॉल को अपने पैड के ऊपर केंद्रित होना चाहिए, जो एक समान कनेक्शन बनाता है। असमानता, अक्सर प्लेसमेंट त्रुटि से, प्रभावी संपर्क क्षेत्र को कम कर देती है और तनाव केंद्रण बढ़ा देती है। AXI सॉफ्टवेयर इस ऑफसेट को मापता है और उन जॉइंट्स को चिन्हित करता है जो निर्दिष्ट सीमा से पार हो जाते हैं।

अंत में, AXI दर्शाता है खालापन—गैस की जेबें जो रिफ्लो के दौरान सोल्डर के अंदर फंसी रहती हैं, आमतौर पर आउटगैसिंग Flux या नमी से। एक खालासा एक अंधेरे क्षेत्र के रूप में दिखाई देता है जो चमकदार सोल्डर बॉल के अंदर होता है। जबकि छोटी-छोटी खालासें लगभग अपरिहार्य हैं, उनका आकार, संख्या, और स्थान तय करते हैं कि क्या वे जॉइंट को नुकसान पहुंचाती हैं।

खालासे सीमा और उनके स्थिरता पर उनके अर्थ

खालासे की मात्रा और दीर्घकालिक स्थिरता के बीच संबंध आसान नहीं है; यह जॉइंट के कार्य द्वारा निर्धारित होता है। एक विद्युत संपर्क के लिए, एक खालासा क्रॉस-सेक्शन क्षेत्रफल को घटाता है और प्रतिरोध बढ़ाता है। एक पावर डिवाइस के तहत तापीय पथ के लिए, यह गर्मी हस्तांतरण में रुकावट डालता है। यांत्रिक स्थिरता के लिए, एक बड़ा खालासा थर्मल तनाव के तहत दरार उत्पन्न करने वाली जगह बन सकता है।

उद्योग मानक भिन्न हैं, लेकिन एक सामान्य आधार रेखा अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए स्वीकार्य मानती है कि सोल्डर बॉल के क्रॉस-सेक्शन के तहत कुल खालासा क्षेत्र 25% से कम हो। 25% से 50% के बीच का खालासा सामग्री क्षेत्र में आते हैं, जहां स्वीकार्यता जॉइंट के कार्य पर निर्भर करती है; एक कम शक्ति संकेत बॉल पार सकता है, जबकि एक तापीय बॉल नहीं। 50% से अधिक कुछ आमतौर पर सीधे खारिज कर दी जाती है, क्योंकि जॉइंट की करंट चलाने और गर्मी dissipate करने की क्षमता बहुत कम हो जाती है।

Bester PCBA इन सीमा रेखाओं का प्रयोग प्रारंभिक बिंदु के रूप में करता है, उन्हें विशिष्ट डिजाइनों के लिए समायोजित करता है। एक उच्च-विश्वसनीयता एयरोस्पेस असेंबली कड़ी सीमा 15% मांग सकती है, जबकि एक उपभोक्ता उत्पाद मानक 25% को सहन कर सकता है। महत्वपूर्ण बात यह है कि यह सीमा रेखा मनमानी नहीं है। यह ऐतिहासिक आंकड़ों से प्राप्त की गई है जो खालासा मात्रा और फील्ड फेलियर और थर्मल प्रदर्शन के बीच संबंध दिखाती है।

द का वितरण खाली जगहों का भी महत्व होता है। एकल खाल का 20% का संयुक्त क्षेत्र में कब्जा आमतौर पर पांच खालों से कम चिंता का विषय होता है, क्योंकि बाद वाला वर्तमान पथ को तोड़ देता है और कई तनाव संग्रंथियों का निर्माण करता है। AXI सॉफ्टवेयर इन पैटर्न का विश्लेषण कर सकता है, लेकिन विश्लेषण केवल प्रोग्राम किए गए Thresholds जितना अच्छा है। AXI एक शक्तिशाली उपकरण है जो सोल्डर जॉइंट के भौतिक गठन का मूल्यांकन करने के लिए है, लेकिन यह मूल रूप से एक संरचनात्मक निरीक्षण विधि है। यह ज्यामिति और घनत्व को मापता है, बिजली प्रतिरोध या थर्मल चालकता को नहीं। यह भिन्नता महत्वपूर्ण है। एक जॉइंट X-ray पर परिपूर्ण दिख सकता है और फिर भी उपयोगी नहीं हो सकता।

स्ट्रक्चरल निरीक्षण की सीमाएँ केवल

एक ठंडे सोल्डर जॉइंट पर विचार करें। अपर्याप्त गर्मी के कारण कमजोर, उच्च प्रतिरोध वाला कनेक्शन हो सकता है। सोल्डर सतहों को स्वीकार्य voiding के साथ गीला कर सकता है, लेकिन इंटरफेस में एक सच्चा धातु-विज्ञान बंधन नहीं होता। इस जॉइंट का X-ray चित्र सामान्य दिखता है। दोष सूक्ष्म है, इंटरमेटैलिक बंधन की गुणवत्ता में, और AXI इसे नहीं देख सकता।

इसी प्रकार, एक जॉइंट AXI से गुजर सकता है लेकिन उसमें एक अतिसानुकूल कनेक्शन हो सकता है जो केवल थर्मल तनाव के तहत दिखाई देता है। जॉइंट प्रारंभिक परीक्षण के दौरान काम करता है, लेकिन जब यह कार्यप्रणाली के दौरान गर्म होता है, तो सूक्ष्म-चालन टूट जाते हैं और संपर्क फिर से स्थापित हो जाता है। यह फेलियर मोड विशेष रूप से शातिर और निदान करने में कठिन है। X-ray कमरे के तापमान पर एक स्नैपशॉट है; यह नहीं बता सकता कि जॉइंट समय के साथ कैसा व्यवहार करेगा।

इन सीमाओं का AXI के मूल्य पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता; वे इसकी भूमिका को परिभाषित करते हैं। AXI यह सत्यापित करता है कि सोल्डरिंग प्रक्रिया ने एक स्वीकार्य संरचना वाले जॉइंट्स का निर्माण किया है, जो बड़े दोषों से मुक्त हैं। यह एक आवश्यक जांच है, लेकिन यह पर्याप्त नहीं है। जॉइंट्स की विश्वसनीयता साबित करने के लिए एक कार्यात्मक परीक्षण आवश्यक है।

पावर साइक्लिंग के दौरान, विभिन्न सामग्री विभिन्न दरों पर विस्तार करती हैं, जिससे यांत्रिक तनाव बनता है जो सोल्डर जॉइंट में छुपी कमजोरियों को उजागर कर सकता है।

कार्यात्मक मान्यकरण: बेंच पर पावर साइक्लिंग

थर्मल और इलेक्ट्रिकल तनाव कैसे छुपे दोषों को प्रकट करता है

पावर साइकिलिंग एक असेम्बली को पुनः पुनः ऑन और ऑफ स्थितियों के बीच संक्रमण करने वाली प्रक्रिया है। जब पावर है, तो वर्तमान BGA जॉइंट्स के माध्यम से प्रवाहित होता है, जो गर्माहट उत्पन्न करता है। यह गर्माहट सोल्डर, पैकेज, और बोर्ड को विभिन्न दरों पर विस्तार करने का कारण बनती है, क्योंकि उनके थर्मल एक्सपैंशन के निर्देशांक भिन्न होते हैं। इस असमंजस से सोल्डर जॉइंट इंटरफ़ेस पर यांत्रिक दबाव बनता है। जब पावर हटा लिया जाता है, तो वे ठंडे हो जाते हैं और सिकुड़ जाते हैं, जिससे दबाव उलट हो जाता है।

एक स्वस्थ जोड़ जिसमें मजबूत धातु विज्ञान बंधन होता है, यह तनाव को सहन करता है। एक कमजोर जोड़ जिसमें उच्च प्रतिरोध या खराब ढंग से बना इंटरमेटालिक लेयर होता है, यह स्थानीय गर्मी और तनाव केंद्रित करता है। कई चक्रों में, माइक्रो-क्रैक बनते हैं और फैलते हैं, प्रतिरोध बढ़ता है, और अंत में जोड़ विफल हो जाता है। पावर साइकिलिंग इस विफलता तंत्र को नियंत्रित प्रयोगशाला वातावरण में तेज़ कर देता है। एक जोड़ जो क्षेत्र में 500 चक्रों के बाद फेल हो सकता है, वह बिल्बोर्ड पर 50 चक्रों के बाद फेल हो सकता है, जहां तापमान स्विंग अधिक आक्रामक हो सकती हैं। यह निष्क्रिय थर्मल साइकिलिंग से भिन्न है, जो परिवेश तापमान बदलकर थकान का परीक्षण करता है, परन्तु उस विफलताओं को नहीं देखता है जो लाइव सर्किट की आंतरिक हीटिंग से होते हैं। पावर साइकिलिंग दोनों तापीय और विद्युत तनाव को एक साथ डालता है, जिससे यह एक अधिक व्यापक कार्यात्मक परीक्षण बनता है।

BGA सत्यापन के लिए पावर साइक्लिंग प्रोटोकॉल

Bester PCBA पर, पावर साइक्लिंग प्रोटोकॉल उपकरण के अनुकूल है, लेकिन ढांचा स्थिर है। असेंबल को एक फिक्स्चर में रखा जाता है, और उपकरण को इसकी नाममात्र परिचालन स्थिति में चालू किया जाता है, जिससे यह थर्मल संतुलन प्राप्त कर ले। फिर बिजली हटा दी जाती है, और बोर्ड बेसलाइन तापमान पर ठंडा हो जाता है। यह एक चक्र पूरा करता है।

चक्रों की संख्या लक्ष्य पर निर्भर करती है। 10 से 20 चक्रों का तेज़ स्क्रीनिंग सर्द जॉइंट जैसी बड़े दोषों को पकड़ सकता है। 50 से 100 चक्रों का अधिक कठोर सत्यापन उच्च भरोसेमंदता प्रदान करता है। उच्च-विश्वसनीयता अनुप्रयोगों के लिए कई सैकड़ों चक्रों की आवश्यकता हो सकती है, जो एक त्वरित जीवन परीक्षण के करीब है।

सभी परीक्षण के दौरान, असेंबल को कार्यात्मक विफलताओं के लिए मॉनिटर किया जाता है। यह इतना आसान हो सकता है कि उपकरण अभी भी काम करता है या अधिक विस्तृत हो सकता है कि आप आपूर्ति वर्तमान, आउटपुट वोल्टेज, और संकेत गुणवत्ता को मापते हैं। अचानक वर्तमान स्पाइक शॉर्ट का संकेत हो सकता है; संचालन का नुकसान एक खुले का संकेत है। थर्मल इमेजिंग भी जॉइंट्स की पहचान कर सकता है जो अपेक्षा से अधिक गर्म चल रहे हैं, उच्च प्रतिरोध या खराब ताप Dissipation का संकेत देते हुए। यह डेटा प्रक्रिया की मार्जिन पर अमूल्य प्रतिक्रिया प्रदान करता है, न केवल दोषों को पकड़ने में बल्कि यह समझने में भी कि प्रक्रिया फेलियर थ्रेशोल्ड के कितनी करीब है।

डुअल दृष्टिकोण आत्मविश्वास क्यों प्रदान करता है

AXI और पावर साइकिलिंग परस्पर पूरक भूमिकाएँ निभाती हैं। AXI हर एक जोड़ का तेजी से, गैर-विनाशकारी संरचनात्मक मूल्यांकन प्रदान करता है, बोर्ड को कभी भी पावर ऑन करने से पहले प्रक्रिया परिवर्तन से दोषों को पकड़ लेता है। फिर पावर साइकिलिंग यह मान्य करता है कि जोड़े जो AXI द्वारा संरचनात्मक रूप से सुरक्षित माने गए हैं, वे वास्तव में वास्तविक दुनिया के संचालन के तनावों को सहन करते हैं।

परिणाम केवल जोड़ने से अधिक है। दोनों AXI और पावर साइक्लिंग में पास होने वाला असेंबल न केवल संरचनात्मक अखंडता दिखाता है, बल्कि कार्यात्मक मजबूती भी दिखाता है। जबकि कोई भी परीक्षण सभी जोखिमों को समाप्त नहीं करता, यह द्वैगुणित दृष्टिकोण जो भरोसा प्रदान करता है, वह केवल एक विधि से कहीं अधिक है।

सूक्ष्म-BGA या CSP घटकों के साथ डिजाइनों के लिए, जहां एकल संयुक्त विफलता विनाशकारी हो सकती है, यह द्वैध दृष्टिकोण श्रेष्ठ अभ्यास है। Bester PCBA में, हम घने क्षेत्र-एरे असेंबली के लिए दोनों विधियों को मानक प्रक्रिया के रूप में लागू करते हैं, Thresholds और प्रोटोकॉल को एप्लिकेशन की विश्वसनीयता आवश्यकताओं के अनुरूप बनाते हैं। सत्यापन में निवेश को क्षेत्र में विफलताओं में कमी और यह सुनिश्चित करने से उचित ठहराया जाता है कि हर छुपे हुए संयुक्त का प्रदर्शन प्रमाणित किया गया है।

छुपे हुए जॉइंट्स ऐसी सत्यापन की मांग करते हैं जो दृष्टि से परे हो और किसी भी एकल विधि से अधिक हो। संरचना और कार्य दोनों को प्रमाणित करना आवश्यक है। AXI जॉइंट की बनावट को प्रकट करता है; पावर साइकिलिंग इसकी संरचना को साबित करता है।