Контроль якості паяння BGA
не виконано вхід
Farnell element 14
Промисловий 3D друк
HOBBYTECH.COM.UA
Інтернет-магазин інструменту Pro'sKit
Нове в інтернет-магазині для приватних осіб
Геросинові обігрівачі Toyotomi
Устаткування для виробництва електроніки
Витратні матеріали Kester
ERSA: ручний інструмент, паяльне обладнання > Контроль якості паяння BGA
Насамперед рентгенівський контроль був єдиним методом неруйнівного контролю якості паяння BGA. Аналіз рентгенівських знімків, що виробляються в проекції корпусу BGA на друковану плату, дозволяє виявляти широкий спектр типових дефектів, які можуть утворитися в ході паяння, як-от: міжвивідні перемички, зміщення, порожнечі. Разом з тим, рентген неефективний для виявлення холодних пайок, мікротріщин між висновками BGA і контактними майданчиками, надлишкових залишків флюсу під корпусом BGA. І ще: оскільки силами поверхневого натягу вже на початковій фазі паяння сферичні висновки PBGA (або CSP) самоцентруються по контактних майданчиках, то вертикальна рентгенівська проекція холодного паяння може виглядати бездоганно. За всіх переваг рентгенівського обладнання (у тому числі найновішого, з кутовим оглядом) воно занадто дороге, щоб стати "всенародним" інструментом контролю якості паяння BGA.
До методівнеруйнівного контролювиробів з BGA традиційно відноситься і функціональне тестування. На жаль, функціональний тест "холодного паяння" може виконуватися з тим самим успішним результатом, що і для надійного паяного з'єднання: адже електричний контакт висновків BGA з провідниками на друкованійплаті має місце в обох випадках, хоча в першому випадку він і недовговічний. Таким чином, ґрунтуючись на результатах навіть двох типів неруйнівних тестів - функціонального та рентгенівського, - складно зробити висновок про якість паяння в сенсіїїнадійності (довготривалої міцності).
У класі методів руйнівного контролю застосовуються два: дослідження внутрішньої структури висновків BGA після паяння (у зрізі) під електронним мікроскопом, і механічний тест на розтягування (відрив). Структурний аналіз має на меті ідентифікувати результат фізико-хімічних процесів паяння в дифузійних шарах контактуючих металів: адже саме цими шарами визначається довготривала міцність паяної сполуки. При "холодному пайку" тепла не вистачає для утворення досить глибоких дифузійних шарів, при надмірній температурі паяння вони стають занадто глибокими і "пухкими". В обох випадках неправильний температурний профіль паяння тягне за собою різке зменшення міцності паяного з'єднання. Тест на розтяг дозволяє оцінити міцність паяння як інтегрального показника якості. Якщо технологія паяння була дотримана бездоганно, паяне з'єднання між виведенням BGA і контактним майданчиком виявляється міцніше з'єднання контактного майданчика з платою і, як наслідок, при виконанні тесту відбувається обрив контактного майданчика, а не виведення BGA. Очевидно, методи руйнівного контролю використовуються лише на обмеженій вибірці виробів та мають економічно обумовлену межу.
Висновок: необхідним та ефективним доповненням методів неруйнівного контролю паяння BGA є візуальна (оптична) інспекція. Ця принципова теза спонукала фірму ERSA до розробки в 1999 році першої у світі системи контролю, що забезпечує можливість візуальної інспекції паянихвиводів під корпусом компонента. СистемаERSASCOPE значно дешевша за рентгенівські засоби контролю, безпечна, компактна і проста у використанні. ЗастосуванняERSASCOPE може допомогти там, де рентгенівський контроль неефективний, а систематичне застосування руйнівних методів неможливе з економічних міркувань.
На чому базується можливість візуального контролю якості паяння BGA?
Основна ідея ERSASCOPE
При коректному дотриманні технології паяння всі висновки BGA трансформуються у такому порядку:
| Стан A.Перед початком процесу паяння сферичні висновки BGA (Sn63Pb37) позиціоновані по контактним майданчикам друкованої плати. Нижня площина корпусу BGA паралельна платі (у конкретному прикладі вона від плати на висоту 1,0 мм; для різних корпусів висота, очевидно, різна). Форма висновків BGA – правильна сферична, поверхня гладка, злегка матова. |  |
 | Стан B.Процес оплавлення висновків починається за температури 183°С. Під дією сил гравітації відбувається первинне «осідання» BGA: відстань між корпусом і платою скорочується до 0,8 мм, форма висновків стає бочкоподібною, а поверхня виводів тьмяніє, залишаючись гладкою. |
| Стан C.Після досягнення пікової температури паяння відбувається повне оплавлення висновків та змочування контактних майданчиків плати припоєм. Відбувається вторинне «осідання» BGA: висота виводів ще раз зменшується (у прикладі до 0,5 мм), результуюча форма виводів, що підтримується силами поверхневого натягу - сплющена еліптична. Поверхня висновків – гладка блискуча. |  |
Найважливішими ознаками в оцінці якостіпаяного з'єднання є:
- кількість припою в зоні паяної сполуки;
- форма галтелі/меніску (відповідність технологічним стандартам);
- стан поверхні виводів (текстура, однорідність, гладкість, колір, блиск);
- аномалії (наприклад, залишки флюсу).
Всі ознаки важливі для контролю якості паяння, але саме стан поверхні висновків дає найбільшу інформацію про механічну міцність з'єднання, бо допомагає зробити висновок про умови формування дифузійного інтерметалевого шару в процесі паяння. Візуально помітні:
- неоднорідна або пориста поверхня виводів, подряпини;
- деформація форми (асиметричність, западини та опуклості, викривлення);
- мікротріщини;
- зміни кольору;
- мікрокраплі та бризки припою;
- залишки флюсу;
- сторонні включення (шлак/окаліну).
ІдеяERSASCOPE проста: зазирнувши під корпус BGA, проконтролювати правильність форми висновків, копланарність та відсутність перемичок. У висновків, найближчих до меж корпусу BGA, слід розглянути поверхню. Вдається проаналізувати і меніски, якщо при паянні була використана паяльна паста (це стосується, перш за все, керамічних BGA). На цій ідеї з потужним технічним втіленням і базується системаERSASCOPE.
Система контролю якості паяння BGA
 |  |
| Рис.1 Мікроендоскоп ERSASCOPE-1 plus | Мал. 2 Робоче положення оптичних елементів навколо BGA |
Комплектація та технічні характеристики мікроендоскопуERSASCOPE-1 plus :
Приклади областей застосуванняERSASCOPE/MAGNISCOPE та об'єктів аналізу:
- точність встановленнякомпонентів перед паянням;
- якість паяння BGA та інших SMD-компонентів;
- якість (доза та форма) нанесення паяльної пасти;
- якість трафарету;
- якість металізації отворів на друкованій платі;
- цілісність захисного покриття плати;
- якість мікрозварювання;
- застосування в інших галузях (наприклад, технічна ендоскопія металовиробів).
СистемаERSASCOPE-1 plus включає оптичну частину на штативі(рис. 1)та (опційно, на вибір) комп'ютерну частину з програмним забезпеченнямImageDoc(версії BASIC або EXPERT) з базою даних для класифікації дефектів паяння. Виріб (друковану плату) розташовують на мікрометричному столику так, що елементи оптичної системи, що переміщаються, з високою роздільною здатністю "охоплюють" корпус BGA(рис. 2).З одного боку корпусу розташовується потужне (150 Вт) мініатюрне джерело світла з волоконною оптикою, з протилежного боку - головка оптичного приймача з потужним підсвічуванням та регульованою фокусною відстанню (0-55 мм).
| Відстань | мін. збільшення | Макс. збільшення | Глибина різкості |
На відміну від звичайних мікроскопів і «ручних» процедур аналізу, заснованих на мінливому рівні візуального сприйняття операторакожен конкретний момент, комп'ютерна технологія дозволяє документувати і зберігати побачене, порівнювати зображення із зразками при класифікації дефектів як негайно, і пізніше, при поглибленому аналізі причин. Файли зображень легко надіслати і віддаленим експертам електронною поштою. Високоякісна комп'ютерна візуалізація не така згубна для зору оператора і, порівняно з мікроскопом, менше напружує психіку оператора вантажем відповідальності за помилку. Ціна ERSASCOPE не тільки для західних виробництв, а й для передових українських установ є цілком розумною з урахуванням можливостей контролю, що відкриваються.
 |  |
| Знімну оптикуERSASCOPE-1 plus/2 можна замінити наMACROZOOM з меншою кратністю збільшення, опціонно - з кільцевим підсвічуванням від потужного галогенового джерела. | Об'єктивMACROZOOM з CCD-камерою на шарнірному утримувачі та стійкому штативі, з підсвічуванням двома пучками надяскравих світлодіодів утворюють комплект системи інспекціїERSACAM. |
Типове застосування: візуальна інспекція друкованих плат на автономному моніторі (PAL) або підключення до комп'ютера для обробки/архівування зображень.