PCBブログ - FPGAとPCBボードの接合部の破壊解析

FPGAは、ほとんどの電子機器で使用される PCBボード システム, 多くの商業や防衛分野を含む, そしてほとんどのFPGAはBGAパッケージを使う. BGAが現れるとすぐに, 高密度の選択となった, 高性能, 多機能高I/CPUとノースブリッジのVLSIチップのOピンパッケージング. Its features are:
1. 私の数/oピン増加, ピン間隔は、QFP, thus improving the assembly yield;
2. 消費電力増加, 制御された崩壊チップ法によりBGAを溶接することができる, C 4溶接という, which can improve its electrothermal performance:
3. 厚さは1よりも薄くなる/2 QFPと比較して, そして、重量は3より少なく減らされる/4;
4. 寄生パラメータは減少する, 信号伝送遅延は小さい, and the frequency of use is greatly improved;
5. コプレーナ溶接は組立に使用できる, with high reliability;
6. BGAパッケージはまだQFPとPGAと同じです, which occupies too much substrate area;

Solder joint failure failures frequently occur in FGPAs, すべての種類の商業と防御製品. FPGAがBGAパッケージにパッケージ化されるとき, FPGAは、はんだ接続故障を受けやすい. 溶接失敗の原因は隔離できない, 早期発見は非常に難しい, そして、断続的な故障は、装置が信頼できないパフォーマンスを提供するか、または操作不能になるまで、時間をかけてエスカレートすることができます. しかし, しばしば起こる, この問題は解決できる, そして、それはRidgetopグループ. 一般的に言えば, welding failure means that the welded joint breaks under certain conditions due to various factors (such as: stress, 温度, 材料, 溶接品質と作業条件, etc.). 関節が故障すると, 互いに密接に接続されている部品は部分的に分離される, 引き裂かれる, 溶接構造物に損傷をもたらす, 機器休止時間を引き起こして、通常の生産に影響を及ぼすこと.

どのような要因が失敗する溶接接続を引き起こす可能性が?
Common failure reasons:
1) Stress-related failures-for devices in operation
Usually, the defects of the 材料 itself (such as chemical composition inhomogeneity, local micro-cracks), 高温割れ, 不完全侵入, スラグ包有物, 種々の理由による溶接部の空隙とアンダーカット, etc., 溶接過程中. 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), 溶接時の高温軟化機構と冷却後の脆化, 共同失敗の根本原因, また、ジョイントの故障に貢献する. 継手の脆性破壊または膨張は、条件を提供する. 溶接接続の破損を予測するための現在の方法は統計的劣化モデルである. しかし, 統計は、多数のサンプルが存在する場合にのみ意味があるので, 統計ベースモデルは最良の解決策である. RaytorグループからのSJ - BISTは直接提供することができます, 溶接継手の破壊の測定と予測のリアルタイム手段.

2) Failures related to manufacturing production
Because solder joint failures also occur during the manufacturing process. RedgtopグループSJ‐BISTはアンマウントFPGAを検出できる. これらの製造関連障害は、検出の課題の独自のセットを持っています. 視覚検査は、製造環境における故障を決定するために現在用いられる方法である. 主な欠点は、はんだ接合を試験し、検査することができないことである. 視覚検査はFPGAの外部行のはんだ接合に制限される, ボードサイズと他の表面実装コンポーネントが更なる可視性を制限する間. BGAパッケージアレイ密度が増加するにつれて, はんだボール偏差はより厳しい. ファインピッチBGAパッケージ, 何千ものはんだボールがあります.0 mmピッチと0.60 mmボール直径. これらの条件下で, 不十分なパッド調整とはんだ付けは、パッド切断と部分的な断絶故障の主な原因になります. 100 %のX線検査でさえ、はんだがパッドを濡らしていないときに、はんだ接合部を見つけることは保証されません. はんだボールを含む別の欠陥及びめっきスルーホールへの毛細管浸透の付着は識別できない, X線イメージングでさえ. 埋め込みソフトコアとして, RidgeTopグループのSJ - BISTは PCBボード製造環境におけるFPGA監視.
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 PCBボード. 時間とともに, 溶接残留応力の損傷による亀裂の発生. クラックは、デバイスがPCBにはんだ付けされるエッジで共通である. クラックは、はんだボールがBGAパッケージまたはPCB 16の一部から分離する原因になり得る. 典型的なクラック位置は、BGAパッケージと半田ボールとの間にある, そして別の典型的な亀裂は PCBボード 半田ボール. 亀裂ハンダボールへの継続的損傷は別のタイプの故障につながる可能性がある.
2) Solder ball breakage
Real-time failure detection of soldered connections between a working FPGA and a PCBボード. 一度亀裂がある, その後のストレスによって半田ボールが破壊される. 破壊は、はんだボールおよび PCBボード 完全に分ける, 長い間開いた回路状態に終わる, 破面の汚染と酸化. 最後の結果は、劣化した接続から、より長い開回路へのすべての方法で、短い断続的な開放回路にある.
3) Missing solder balls
Subsequent mechanical stresses that lead to cracks, そして、最終的な骨折, 破壊されたはんだボールの転位も生じる. だけでなく、不足しているはんだボールは、ピンの接続に失敗します, しかし、間違ったはんだボールが別の場所で動けなくなることがあります.

はんだボール故障の電気的標識はんだボール破壊の周期的開閉と断続的電気信号故障に至る. 振動, 移動, 気温変化, または他のストレスが壊れたはんだボールを開くと閉じることができます, 電気信号の断続的な故障をもたらす. 使用する柔軟な材料 PCBボード 工場も、この断続的な信号を可能にします, 振動応力に起因して開閉するような, そして、はんだボール回路の予測不可能な開閉は断続信号を引き起こす. この間欠故障は診断が難しい. 加えて, 私/FPGA周辺のバッファ回路は、はんだネットワークの抵抗値を測定することがほとんど不可能になる. 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. 多くのユーザはFPGAが正しく動作していないことを見つけます, そして、この理由により、FPGAは、Pを手で押すことによって通常動作する.

FPGAとFPGA間のはんだ接続のリアルタイム故障検出 PCBボード 仕事で：リアルタイムではんだ付けステータスを検出. 現在, 目視検査などの技術, 光学, 製造に使用されるX線及び信頼性試験は、反射が電気的であるので、作業が困難である. デバイスが電源を切られていないとき、信号破壊故障はほとんど見えない. 差し迫った失敗の早期発見によって, SJ‐BISTは条件ベースの機器保守をサポートし，間欠故障を低減する. その優れた感度と感度は、誤った警報なしで2つのクロックサイクルの範囲内で100オームに最高の抵抗を見つけて、失敗させるために、SJ - BISTを許します. スケーラブルな解決策として, これは、追加のリソースを追加せずに、ユーザーの既存のテストハブに接続することができます.

FPGAは大部分の電子システムで使用される, 多くの商業や防衛分野を含む, そしてほとんどのFPGAはBGAパッケージを使う. BGAが現れるとすぐに, 高密度の選択となった, 高性能, 多機能高I/CPUとノースブリッジのVLSIチップのOピンパッケージング. Its features are:
1. 私の数/oピン増加, ピン間隔は、QFP, thus improving the assembly yield;
2. 消費電力増加, 制御された崩壊チップ法によりBGAを溶接することができる, C 4溶接という, which can improve its electrothermal performance:
3. 厚さは1よりも薄くなる/2 QFPと比較して, そして、重量は3より少なく減らされる/4;
4. 寄生パラメータは減少する, 信号伝送遅延は小さい, and the frequency of use is greatly improved;
5. コプレーナ溶接は組立に使用できる, with high reliability;
6. BGAパッケージはまだQFPとPGAと同じです, which occupies too much substrate area;

Solder joint failure failures frequently occur in FGPAs, すべての種類の商業と防御製品. FPGAがBGAパッケージにパッケージ化されるとき, FPGAは、はんだ接続故障を受けやすい. 溶接失敗の原因は隔離できない, 早期発見は非常に難しい, そして、断続的な故障は、装置が信頼できないパフォーマンスを提供するか、または操作不能になるまで、時間をかけてエスカレートすることができます. しかし, しばしば起こる, この問題は解決できる, そして、それはRidgetopグループ. 一般的に言えば, welding failure means that the welded joint breaks under certain conditions due to various factors (such as: stress, 温度, material, 溶接品質と作業条件, etc.). 関節が故障すると, 互いに密接に接続されている部品は部分的に分離される, 引き裂かれる, 溶接構造物に損傷をもたらす, 機器休止時間を引き起こして、通常の生産に影響を及ぼすこと.

どのような要因が失敗する溶接接続を引き起こす可能性が?
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), 高温割れ, 不完全侵入, スラグ包有物, 種々の理由による溶接部の空隙とアンダーカット, etc., 溶接過程中. 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), 溶接時の高温軟化機構と冷却後の脆化, 共同失敗の根本原因, また、ジョイントの故障に貢献する. 継手の脆性破壊または膨張は、条件を提供する. 溶接接続の破損を予測するための現在の方法は統計的劣化モデルである. しかし, 統計は、多数のサンプルが存在する場合にのみ意味があるので, 統計ベースモデルは最良の解決策である. RaytorグループからのSJ - BISTは直接提供することができます, 溶接継手の破壊の測定と予測のリアルタイム手段.

2) Failures related to manufacturing production
Because solder joint failures also occur during the manufacturing process. RedgtopグループSJ‐BISTはアンマウントFPGAを検出できる. これらの製造関連障害は、検出の課題の独自のセットを持っています. 視覚検査は、製造環境における故障を決定するために現在用いられる方法である. 主な欠点は、はんだ接合を試験し、検査することができないことである. 視覚検査はFPGAの外部行のはんだ接合に制限される, ボードサイズと他の表面実装コンポーネントが更なる可視性を制限する間. BGAパッケージアレイ密度が増加するにつれて, はんだボール偏差はより厳しい. ファインピッチBGAパッケージ, 何千ものはんだボールがあります.0 mmピッチと0.60 mmボール直径. これらの条件下で, 不十分なパッド調整とはんだ付けは、パッド切断と部分的な断絶故障の主な原因になります. 100 %のX線検査でさえ、はんだがパッドを濡らしていないときに、はんだ接合部を見つけることは保証されません. はんだボールを含む別の欠陥及びめっきスルーホールへの毛細管浸透の付着は識別できない, X線イメージングでさえ. 埋め込みソフトコアとして, RidgeTopグループのSJ - BISTは PCBボード製造環境におけるFPGA監視.
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 PCBボード. 時間とともに, 溶接残留応力の損傷による亀裂の発生. クラックは、デバイスがPCBにはんだ付けされるエッジで共通である. クラックは、はんだボールがBGAパッケージまたはPCB 16の一部から分離する原因になり得る. 典型的なクラック位置は、BGAパッケージと半田ボールとの間にある, そして別の典型的な亀裂は PCBボード 半田ボール. 亀裂ハンダボールへの継続的損傷は別のタイプの故障につながる可能性がある.
2) Solder ball breakage
Real-time failure detection of soldered connections between a working FPGA and a PCBボード. 一度亀裂がある, その後のストレスによって半田ボールが破壊される. 破壊は、はんだボールおよび PCBボード 完全に分ける, 長い間開いた回路状態に終わる, 破面の汚染と酸化. 最後の結果は、劣化した接続から、より長い開回路へのすべての方法で、短い断続的な開放回路にある.
3) Missing solder balls
Subsequent mechanical stresses that lead to cracks, そして、最終的な骨折, 破壊されたはんだボールの転位も生じる. だけでなく、不足しているはんだボールは、ピンの接続に失敗します, しかし、間違ったはんだボールが別の場所で動けなくなることがあります.

はんだボール故障の電気的標識はんだボール破壊の周期的開閉と断続的電気信号故障に至る. 振動, 移動, 気温変化, または他のストレスが壊れたはんだボールを開くと閉じることができます, 電気信号の断続的な故障をもたらす. 使用する柔軟な材料 PCBボード 工場も、この断続的な信号を可能にします, 振動応力に起因して開閉するような, そして、はんだボール回路の予測不可能な開閉は断続信号を引き起こす. この間欠故障は診断が難しい. 加えて, 私/FPGA周辺のバッファ回路は、はんだネットワークの抵抗値を測定することがほとんど不可能になる. 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. 多くのユーザはFPGAが正しく動作していないことを見つけます, そして、この理由により、FPGAは、Pを手で押すことによって通常動作する.

FPGAとFPGA間のはんだ接続のリアルタイム故障検出 PCBボード 仕事で：リアルタイムではんだ付けステータスを検出. 現在, 目視検査などの技術, 光学, 製造に使用されるX線及び信頼性試験は、反射が電気的であるので、作業が困難である. デバイスが電源を切られていないとき、信号破壊故障はほとんど見えない. 差し迫った失敗の早期発見によって, SJ‐BISTは条件ベースの機器保守をサポートし，間欠故障を低減する. その優れた感度と感度は、誤った警報なしで2つのクロックサイクルの範囲内で100オームに最高の抵抗を見つけて、失敗させるために、SJ - BISTを許します. スケーラブルな解決策として, これは、追加のリソースを追加することなく、ユーザーの既存のテストハブに接続することができます PCBボード.