Дефектовка пайки BGA корпуса Опции

[Dima_G]

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!

[ZZmey]

Термоциклирование? Виброиспытания?

[Dima_G]

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.

[Jul]

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.

[Vladimir_C]

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.

Так вроде задача в том и состоит, чтобы потенциально дефектные сразу отвалились и "на помойку", а не пытаться замазать мылом (клеем) бензиновый бак (BGA) на всю "жизнь" железки. Вот SM про это правильно подсказывает - возможно изначально материал платы плохой - китайцы, например, частенько на этом "жулят".
IMHO - это правильно(тренировать), т.к. получать рекламации от заказчика будет дороже со всех точек зрения.
Совет насчет ПОС хорош, при условии возможности его применения. Ведь неизвестно, с какими выводами применены компоненты - может они бессвинцовые, да еще и с висмутом. Тогда смесь свинцовосодержащего припоя и висмутосодержащего покрытия на выводах приведет к негодности все печатные узлы (не сразу, месяца через два-три).
По моей практике наиболее эффективны термоудары в нескольких циклах, если говорить о "разрушающих" методах отбраковки и технологической тренировке. Но и они 100% результата не дадут. Все равно будет вероятность того, что дефектное изделие "проскочит". Другое дело, что это даст наибольший отсев дефектных изделий. Если добавите тряску - количество отсева увеличится. Но, если количство дефектных будет большое (тут уж сами прикидывайте "свой процентный пороговый барьер") - то имеет ли смысл вообще выпускать в жизнь такую партию изделий?
Как правило, если корпуса компонентов рассчитаны на хранение от минус 50 до плюс 85 и печатная плата для automotive ( по IPC ), то берете две климат-камеры, в одной - одна предельная температура (минус 50 или минус 60), в другой - другая (плюс 60). Выдерживаете два часа ПОСЛЕ установления температуры - перекидываете быстро в другую, и так трижды-четырежды. Потом тряска на 25 Гц в течении минимум 30 мин в перпендикулярном направлении к плоскости платы. Время выдержки зависит от массы изделия. Указанное время для массы не более 2 кг. Все испытания можно делать без подключения питания.
Если есть подозрения в отслоении никеля от меди - попробуйте в ДОЛОМАНТ обратиться (он же FAST) у них был очень хороший инженер по рентген-контролю и аппаратуре. Возможно и там смогут помочь отбраковать. Во что по деньгам обойдется - не знаю.
Ну, а первым-наперво нужно убедиться, что дорожки clock-сигналов (и аналогичных по требованиям) проложены корректно в pcb. Возможно, после критического анализа и климат-камер не потребуется. Только с конструктором pcb не переругайтесь сильно ;) .

[SM]

Потом тряска на 25 Гц в течении минимум 30 мин в перпендикулярном направлении к плоскости платы.

По опыту с теми моими глючными образцами - трясти эффективнее в горизонтальном направлении, вдоль платы, микротрещины быстрее проявляются. Я тряс во включенном состоянии при запущенном на плате тесте, так вот вертикально можно было трясти полчаса без сбоев, а горизонтально - в секунды, а то и в десятые доли, после включения трясучки (у меня было 50 Гц смещение +-3мм) сбой выявлялся. Основная проблема такого теста, что провода, подводящие питание, отваливаются быстрее, чем время на тест, и нередко вместе с разъемом (лопаются ноги у него - был в дырки запаян, отлететь от пайки шансов не было, так ноги поотломались. так сказать побочный эффект). Эту проблему я так и не решил тогда.

[Vladimir_C]

По опыту с теми моими глючными образцами - трясти эффективнее в горизонтальном направлении, вдоль платы, микротрещины быстрее проявляются.

Такой эффект зависит от того, какие элементы (высота, вес) и какая консоль из компонента образуется при приложении усилий к компонентам или фурнитуре на плате. Есть элемент высокий - то тогда нужно до тряски предусмотреть ограничение возникающиего воздействия дополнительной оснасткой (если конечно, узел для этого не был предназначен). Иначе получается, что к узлу применяют воздействия, на которые он не рассчитан.
Часто отваливаются smd-дроссели/катушки с броневым седечником- т.к. у них сердешник держится только за счет самого ферромагнетика-стержня внутри катушки. Такие элементы, как правильно подмечено Jul, необходимо обязательно предварительно клеить (или одновременно с пайкой, если позволяет линия).
Что касается направления - выбор может быть индивидуален, кроме того, я не указал амплитуду воздействия/ускорения - а это существенный момент.
Это должен задавать конструктор узла. При неправильно выбранном можно сломать даже очень крепкую железку.
В моих случаях удвоенная амплитуда - 0,5...2мм или соответствующие ускорения (т.к. частота переходная, то может быть и так и так). 6мм -это очень сильное воздействие(я бы сказал, зверское), неудивительно, что у вас все оторвалось. Обычно 4 мм задают при испытаниях(максимум), и то на частотах ниже 16 Гц. А тут 50Гц!. Это что же за стенд у вас?! Снарядами, что ли испытывали?
В вашей ситуации, чтобы не отваливались разъемы - наверное нужно было их или отпаять совсем и испытывать с проводами, или придавить разъем к плате дополнительным креплением. Хотя, при таком перемещении на такой частоте, там вообще все поотлетать должно.

[SM]

Это что же за стенд у вас?!

не могу сказать, опознавательных знаков не обнаружено. Уверен лишь в одном - приводится это дело электромагнитом - катушкой, прямо от сети 220 вольт, трясет он горизонтальный обрезиненный столик, в котором имеются отверстия мод винты М4 для закрепления чего либо. По принципу работы очень напоминает плоскошлифовальную машину. Смещение не 6 мм, это я ошибся. Смещение всего 3 мм, то есть +-1.5, но это тоже неслабо, и вариантов изменения как частоты, так и смещения нет (ну разве что от другой частоты запитать). И еще сверху подается воздух нужной температуры от окр. среды и до ... много в общем до..

Хотя, при таком перемещении на такой частоте, там вообще все поотлетать должно.

Однако, не совсем. Модуль памяти содимм, находящийся в обычном самом что ни на есть ширпотребном содимм-разъеме, без каких либо доп оснасток, прижимов и крепежей, никуда не улетел (правда вот это очень от направления зависит - при желании "вытряхнуть" на раз можно), да и разъем целехонек. Отлетает то, к чему провода подсоединены, идущие наружу, ну и по первости SD-карта из разъема, причем метра аж на полтора-два - пока ее винтом к плате не прижал.

Однако на этой садистской машине все браки изготовления ПП обнаруживаются на раз

[Vladimir_C]

Смещение не 6 мм, это я ошибся. Смещение всего 3 мм, то есть +-1.5, но это тоже неслабо, и вариантов изменения как частоты, так и смещения нет (ну разве что от другой частоты запитать).

Смещение все же даже для 50 Гц очень большое. Скорее всего там менее 0,5мм(в пересчете с укорения) - иначе просто разнесет сам стенд.
На частотах выше 25 Гц устанавливают(и измеряют) ускорение, а не смещение.
Проверьте все же ваши данные.