La soldadura BGA y los rayos x, Antes y después de la caracterización de reflujo de FCBGA miccional

Un proyecto conjunto entre Flextronics Inc. y North Star Imaging Inc. está llevando a cabo una correlación actual imagen de rayos X y análisis transversal de BGA con la micción estado-of-the-art de alta resolución de imagen de TAC. El objetivo principal es validar las mediciones de vacío obtenidos de las técnicas de imagen no destructivo con las medidas void físicamente medidos de seccionamiento transversal. El segundo objetivo es caracterizar las propiedades vacías antes y después del reflujo.

Típico equipo AXI proporciona uno a tres planos horizontales de referencia para las mediciones de vacío BGA. La imagen de TAC proporciona una representación completa 3D volumétrico del vacío BGA, permitiendo tamaño, volumen, y los datos de posición vacío. Información que puede ser utilizado en el análisis de fallos y proyectos proceso de caracterización sin destrucción física de la PCB.

Cinco 50 mm dispositivos FCBGA y cinco dispositivos de 52,5 mm, con FCBGA miccional conocido, están siendo usados ​​en el estudio. El vaciado para cada dispositivo se ha medido en una máquina 3D AXI (Figura 1), una 2D fuera del eje de alta resolución de rayos X de la máquina (Figura 2) y la tomografía computarizada sistema (Figura 3). Los dispositivos se pondrá entonces y refluir sobre PCB. Después de reflujo, todo micción se midió de nuevo el uso de cada pieza del equipo. Además, los huecos de seleción se corte transversal, pulido, y se mide utilizando un microscopio de alta magnificación digital y correlacionados con los otros rayos X herramientas de imágenes.

Figura 1: Un transmisor de 2D imagen de rayos X de vacío BGA.

Figura 2: Un 3D AXI mediados de bola imagen de vacío BGA.

Antes y después de la caracterización de reflujo de FCBGA miccional

Miércoles, 12 de diciembre 2012 | Gordon O'Hara, Matthew Vandiver, y Crilly Jonathan, Flextronics Corporation, y Nick Brinkhoff, North Star Imágenes

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Figura 3: Un modelo de TC de la superficie con una sección transversal parcial de vacío BGA.

Introducción

Como complejos conjuntos electrónicos sea más rápido y más rápido, la potencia asociada con la disipación de calor, la integridad de la señal (SI), y la fiabilidad son más importantes que nunca. Micción unión de soldadura pueden potencialmente afectar todo esto. Con las presiones de costos en las empresas que producen este tipo de productos, diagnosticar y caracterizar adecuadamente la evacuación de una forma no destructiva es crucial. Caracterización apropiada permitirá adecuado para resolución de problemas y el desarrollo de proceso necesaria para minimizar o eliminar la micción. Además, el análisis no destructivo vacío se puede utilizar en los casos de análisis de fallas.

Con el tiempo, tecnología de rayos X utilizados en la industria electrónica ha avanzado desde transmisivo 2D, a 2D fuera del eje, a 3D Laminografía, a tomosíntesis 3D. Resolución de rayos X de herramientas ha seguido avanzando junto con el software necesario para el análisis automatizado.El uso de estas herramientas ha permitido la identificación y medición de los huecos en las juntas de soldadura. Software ha permitido para la inspección automatizada de las juntas de soldadura para identificar rápidamente y medir hasta 100% de las juntas de soldadura por componente y montaje por de una manera oportuna. Normalmente, este software permite la medición en un punto específico de la unión de soldadura (es decir, el nivel de PCB, conjunto de mitad, y el nivel de paquete).

Si bien muchas mejoras se han hecho en estas herramientas (incluida la resolución), más pequeños huecos y la posición verdadera de estos vacíos ha sido difícil de determinar sin seccionamiento transversal real.Ahora, con los últimos avances en tecnología de rayos X, una completa imagen de alta resolución está disponible en 3D utilizando la tecnología de escaneo CT. CT tecnología permite infinito transversal de seccionamiento en una forma no destructiva.

El primer objetivo de este trabajo será la correlación de los más comunes de rayos X de las tecnologías utilizadas por la industria de la electrónica.Cada tecnología será correlacionada, no sólo a la nueva tecnología TC, sino también a las secciones transversales reales en una variedad de ejemplos vacío.

El segundo objetivo de este trabajo es identificar y caracterizar una serie de vacíos de los componentes que entran a través del proceso de reflujo SMT. Componentes entrantes identificados con vacíos de soldadura se somete a una variedad de estilos perfil de reflujo para determinar lo que les ocurre en relación al tamaño y posición. Imágenes y medidas serán tomadas antes y después del reflujo utilizando todos los tradicionales rayos X de herramientas junto con la TC. Después de todo formación de imágenes se ha completado, las secciones transversales reales se tomará para la comparación. Además, los componentes con huecos entrantes se sometió a reflujo bajo vacío en un intento de eliminar los vacíos antes de su montaje.

Metodología 
Primero fue el diseño y fabricación de accesorios personalizados capaces de albergar 50 x 50 mm y un FCBGA 52,5 x 52,5 mm FCBGAs en una posición sin salida bug, para inspección 3D automatizado. La figura 4 muestra el aparato 10-hasta tanto que la figura 5 muestra una vista en primer plano.

Figura 4: Fixture para la automatización 3D de rayos X de inspección.

Figura 5: Vista cercana de accesorio para la automatización 3D de rayos X de inspección.
El siguiente es el montaje de una placa SMT perfil de reflujo utilizando un gran complejo con PCB 50 x 50 mm y 52,5 mm x 52,5 FCBGAs.Entonces, tres perfiles diferentes estilos fueron creados: Rampa de pico (Figura 6), largo baño (Figura 7), y medio remojo (Figura 8).

Figura 6: Rampa su máximo perfil SMT reflujo.

Figura 7: Long remojo perfil de reflujo SMT.

Figura 8: Media remojo perfil de reflujo SMT.

Después de eso, siga el flujo del proceso mostrar diagrama de la Figura 9.

Figura 9: Flujo de Vacío experimento.

Metodología de detección de vacíos Tres herramientas típicas se utilizaron para el experimento, incluyendo 3D AXI (Figura 10), 2D de rayos X (Figura 11), el seccionamiento transversal (Figura 12), junto con un cuarto no típico herramienta llamada de alta resolución Tomografía computarizada (Figura 13).

Figura 10: herramienta 3D AXI.

Figura 11: 2D de rayos X de la herramienta.

Figura 12: Cross-seccionamiento herramienta.

Figura 13: Conexión de alta resolución CT herramienta de análisis.

Resultados

Las figuras 14 y 15 muestran ejemplos de las imágenes recogidas en el experimento.

Figura 14: Ejemplo de una de las imágenes recogidas mediante diversas herramientas.

Figura 15: Ejemplo 2 de las imágenes recolectados a través de diversas herramientas.

Tabla 1: análisis Void crecimiento.
 La Tabla 1 muestra que:

• X-ray mediciones de vacío no es el 100% impulsado por el aumento / disminución de tamaño nulo.
• Las mediciones de rayos X se ven afectados por el posicionamiento de vacío dentro de la bola y los cambios en diámetro de la bola.
• Caracterización vacío completa requiere tanto paralela como rebanadas perpendiculares a través del área nula.

Parte del experimento consistió en reflujo de componentes en una máquina de reflujo en fase de vapor y girando en vacío. 

La Figura 16 muestra los 2D imágenes de rayos X antes y después de reflujo en el horno de la fase de vapor utilizando vacío. 3D AXI fue utilizado por primera vez para confirmar que no había huecos detectables. 2D imágenes de rayos X comparar las bolas del mismo que confirman los vacíos en su mayoría han sido retirado más allá de la detección. TC no se tomaron basándose en estos resultados.

Figura 16:. Antes y después de los resultados de las pruebas de fase de vapor

Discusión

Múltiples estudios demuestran que un vacío remojo perfil de estilo puede reducir la micción. La Figura 17 muestra un ejemplo de un estudio de vacío utilizando datos de 3D X-ray. Este estudio se realizó en OSP PCB acabado en ambiente de nitrógeno. Mientras que un vendedor puede trabajar un poco mejor en un perfil de rampa de estilo, más tienden a beneficiarse de este estilo de perfil. Mientras que las pastas de soldadura SMT son en su mayoría diseñados para funcionar en el aire, la mayoría trabajan bien en N2 y sobrevivirá a un perfil más largo, que es lo que un remojo perfil de estilo representaría. Si se está ejecutando en el aire, tal vez una rampa o perfil intermedio puede funcionar mejor para el vendedor y el número de parte de la pasta de soldadura SMT necesita ser considerado para el entorno de ejecución esperado. 

En esta figura, el eje Y representa el número de huecos. Eje X representa bin vacío tamaño. 

Figura 17: Ejemplo de estudio vacío con distribución de tamaño.
En base a la consistencia de los resultados de diversos estudios, tanto en vacío SnPb y Pb-libre, llegamos a la conclusión de que un perfil de estilo de remojo elimina o reduce en gran medida la micción cuando se compara con un estilo intermedio o perfil de rampa estilo reflujo. Es desde esta posición que este experimento se llevó a cabo.
Conocer y comprender las características de la micción en relación con una determinada marca y número de pasta de soldadura apuntará a los usuarios si el proceso de reflujo y / o química (SMT soldadura en pasta) está causando el problema de la micción. La inspección de los componentes que entran determinará si los huecos están presentes en las partes entrantes. 2D o 3D de rayos X se puede utilizar fácilmente para inspeccionar los huecos en componentes entrantes.
Conclusiones
Tabla 2 fue creado para resumir las características principales de cada herramienta. Un número fue asignado para clasificar las distintas herramientas en estas características basadas en la experiencia. En función de cada usuario y el tipo de productos / negocio, estos pueden cambiar ligeramente. Además, un factor de ponderación se puede aplicar.El color (rojo, verde y amarillo) es un indicador visual añadido.

Tabla 2: Principales características de cada herramienta resumida.

Los hallazgos incluyen:

• 3D AXI es necesario para filtrar cantidades considerables de componentes como puntos de datos, antes de la caracterización adicional.
• La combinación de tecnologías disponibles de detección de vacíos que se necesita para la caracterización completa de los procesos y los componentes, especialmente para aumento de la complejidad (es decir, a través de-en-pad, pitch más fino, etc.)
• PCB y diseño de componentes, los parámetros del perfil de reflujo, así como la química, todo puede afectar el crecimiento y el posicionamiento de huecos.
• De alta resolución de imagen de TC permite un análisis completo de los componentes antes y después del montaje en forma no destructiva.

Mientras IPC 7095B presentó tablas de indicadores de proceso vacío y solución de problemas, y JEDEC estándar 217 tiene una guía para los huecos de componentes animales (pre-reflujo), una especificación clara articulación industria debe tenerse en cuenta para crear un mejor vínculo entre la fabricación de componentes y del montaje del PWB y la inspección .

Agradecimientos

Los autores desean agradecer a las siguientes personas por su contribución a este estudio: Jonathan Crilly, Cruz Eric, y Blair Taylor, Flextronics (Austin, Texas); Florian Wuest, IBL (Alemania), y Jochen Lipp, IBL (EE.UU.).

http://www.ems007.com/pages/zone.cgi?artcatid=0&a=88496&artid=88496&pg=9