Добрый день!
На одном из наших устройств вылезла проблема с беспричинным зависанием. Опытным путем установили, что с большой степенью вероятности вина - ненадежное паянное соединение BGA чипа (на некоторых экземплярах устройств сбой проявляется при механическом воздействии на плату/чип).
Рентген показывает, что оплавление прошло успешно (сплавление пасты и шарика, видно пятно контакта с проводником печатной платы). По крайней мере, явного криминала не видно. Я предполагаю, что проявляется какой-то эффект плохой адгезии припоя к печатной плате (я не специалист в печатном монтаже).
Проблема заключается в том, что было произведено порядка тысычи устройств, нужно отбраковать дефектные. Но сбой проявляется крайне нестабильно (плата может работать две недели без сбоев, а потом за одни сутки зависнуть 5 раз).
Подскажите пожалуйста, как можно "усугубить" плохой контакт? Что можно почитать для "чайников" по этому поводу?
Заранее спасибо!

Термоциклирование? Виброиспытания?

Да, мы думаем именно так же. Хочется узнать про методики и тд.
Насколько я понял из объяснения нашего технолога SMT, брак произошел (исследовали одну из сбойных плат) вследствии отслоения никеливой подложки от меди.

Есть два варианта, как ускорить появление потенциальных дефектов - климатика и тряска.

На низких/высоких температурах может дефект вылезать, минус данного метода в том, что долго 1000 плат так прогонять. Если, коконечно не группами. Но задача состоит в том, чтобы изделия еще были запитаны и проконтролированы на минусе и плюсе. Тут два варианта: либо ваша функциональная проверка по какому-то интерфейсу (как ваше изделие общается с ПК), либо периферийное сканирование (так как,судя по тому, что у вас BGA, изделия, я так понимаю, цифровые).

Тряска - тоже хороший вариант. Трясти можно хоть по 100 штук, сколько прикрепите к вибростенду.. Потом после тряски - контроль. Авось нехорошие соединения после тряски отвалятся.

Да, мы думаем именно так же. Хочется узнать про методики и тд.
Насколько я понял из объяснения нашего технолога SMT, брак произошел (исследовали одну из сбойных плат) вследствии отслоения никеливой подложки от меди.

Эй-эй, не спешите так сразу отправлять платы на механические испытания и климатику.
Корпуса BGA надо приклеить к платам Underfill-ом. Это специальные такие клеи, как раз для перепадов температур и демпфирования мех. нагрузок.
В этом семействе есть материалы с разными свойствами, приклеить можно и после пайки.
а то после термоциклов, тряски и ударов вообще все отвалиться может!
Покрытие площадок, скорее всего - золото по подслою никеля.
Попробуйте перейти на ПОС - он дает более пластичное и надежное соединение.

Ну да, ну да! Точно! И что же за покрытие печатных плат такое - ПОС? Более надежное и пластичное! Да еще и под BGA!

Underfill зачем? Разьве есть повышенные требования к вибростойкости?

После темо- вибро- испытаний как раз и станет ясно в чем проблема: "Где тонко там и рвется!".

Если трещина между золотом и никелем, а шарик расплылся нормально, то единственный метод обнаружения- рентгеноконтрастная жижа, которая впитывается в трещину. Например керосин с очень мелкодисперсными солями бария. порошок должен быть субмикронный. Т.е взять у медиков рентгеноконтраст для желудочных исследований и размалывать его с керосином в шариковой мельнице. Перед применением взболтать ультразвуком. Глубоко барий не залезет, но на рентгене будет виден ободок-перстень на дефектной площадке. Правда отмыть потом плату от этой мазюки- целое дело.

Не всегда пайка виновата, сам чип или партия могут быть глючными. У нас все софтом отлавливается, редко когда на климатику отдаем тем более рентген, который мало что покажет, уж это из практики. Думаю, тут вы просто денег пожалели на хороший тестовый софт. Еще вам разводу платы могли сделать так чтобы глючило. Такое много раз видели с BGA чипами на многослойках, ... Материал платы, его сертификт оч важная тема.

Дима, нестабильные отказы могут быть вызваны многими причинами, как справедливо указали выше:
- дефект компонента;
- расслоение печатной платы (перегрели плату или использовали материал не той температурной стойкости; для BGA - должен быть материал класса FR-4 HiTg или FR-5);
- дефект пайки (качество пасты или флюса, техпроцесс, термопрофиль ...);
- ошибка разводки печатной платы.

Виброиспытания вполне могут угробить всю партию ваших плат, как метод отбраковки - не годится.
Проводятся виброиспытания если есть требования к стойкости по механическим воздействиям, тогда заливать Underfill-ом, (а также приклеивать все корпуса, тяжелые элементы крепить хомутами и т.д. и т.п. - целый комплекс мероприятий, надо прерабатывать всю конструкцию) и проводить выборочно на нормально работающих платах.
Термоциклирование, как я думаю, более результативно для отбраковки. Работоспособность платы проверяют при повышенных и пониженных температурах, прямо в камере. Предварительно должно быть нанесено влагозащитное покрытие.
А как вы защищаете ваши платы от влаги ? под корпусом BGA ?

Что касается покрытия контактных площадок печатных плат, если выбирать между золотом и ГорПОС61 (ZZmey, вы уж извините, что на вашу технологическию грядку влезла), то тут советы технологов по монтажу диаметрально различаются (ZZmey, прошу, не кидайтесь на меня).
Технологи по монтажу любят работать с золотом, оно, несомненно, дает гораздо лучшую плоскость, проще работать.
В производстве печатных плат - золотое покрытие также проще. С ПОС-ом - сложнее устанавливать, но вполне можно, если шаг BGA не слишком мелкий.
(Для сведения, ZZmey, мои платы с BGA + ГорПОС61 исправно работают уже более 4 лет).
Отдаленные во времени наблюдения за изделиями приводят к выводу, что ПОС дает более надежное паяное соединение.
Кроме того, при нарушении технологии пайки, на платах с золотом спустя год или более возможен дефект типа "черная ножка".
Для ответственных применений - только ПОС - рекомендация Акулина.

Всем большое спасибо за советы!
Изделие предназначено для эксплуатации в помещении, поэтому никаких защит от влаги и тряски не предусмотрено


Да, про рентген согласен. Мне кажется, что он способен отловит толко грубые вещи - откровенный непропай, либо замыкания шаров. А что Вы подразумевате под "хорошим тестовым софтом"?

Полагаю речь идет об использовании JTAG по прямому назначению, когда все пины можно пощупать не выпаивая чип из платы и проверить на наличие обрывов и замыканий.

Для рентген контроля желательно площадки под BGA чипами делать с хвостиками как рекомендуют. Тогда хоть что-то можно понять.
Использованть JTAG, это да. С него начинают. Но он ограничен, да и не всегда можно все нужные пины пощупать. Мы столкнулись с такой проблемой давно, используя различные памяти с FPGA. В проект закладываем расходы на тестовый функциональный софт. Пишут профи, дорого, часто такой софт стоит дороже рабочей прогаммы. Но без него потери большие. Еcли интересует пишите в личку.

Проблема не в отсутствии контакта, а в его нестабильности.
Соответственно, возможны случаи, что при JTAG-тестировании все пройдет ОК, а при эксплуатации контакт не развалится.

Коллеги, давайте разграничим: что делать сейчас, и что делать на будущее, чтобы такая ситуация не повторилась.
Сейчас:
- еще раз провести рентген-контроль в другой фирме (с рентгеном все не так просто - нужен квалифицированный специалист);
- провести термоциклирование для отбраковки плат с дефектом;
- уточнить у изготовителя марку материала основания печатной платы (для определения возможности ремонта платы)