Con la tendenza dei prodotti elettronici verso la portabilità, la miniaturizzazione, la messa in rete e la multimedialità, vengono poste esigenze più elevate alla tecnologia di packaging dei dispositivi multi‑chip, con la comparsa continua di nuove tecnologie di package ad alta densità, tra le quali il BGA (ball grid array) è la più diffusa. Modificando la modalità dei terminali periferici adottata dai package tradizionali, il BGA integra sfere di saldatura che sono in realtà giunzioni di saldatura Pb/Sn a bump, svolgendo la funzione di terminali sotto la sua base. Rispetto alla modalità di packaging tradizionale, il BGA presenta i vantaggi di un numero elevato di I/O per unità di area, bassa induttanza e capacità dei terminali, eccellente dissipazione termica e ridotte esigenze di allineamento, tutti fattori che rendono il package BGA la tecnologia di packaging dominante in ambito moderno.
Nonostante i numerosi vantaggi introdotti nel paragrafo precedente, il package BGA presenta anche dei difetti, soprattutto in termini di controllo qualità durante il filtraggio. Questo articolo fornirà alcune misure sul controllo qualità diComponenti BGAin base alle loro proprietà.
Possibili anomalie dei componenti BGA durante il filtraggio
Le possibili anomalie dei componenti BGA durante il filtraggio rientrano principalmente in due tipi: sfere di saldatura e piastra di copertura. Le prime includono danni alle sfere di saldatura, distacco delle sfere di saldatura e ossidazione delle sfere di saldatura, mentre la seconda non può mai essere determinata se non utilizzando la GJB548B-2005 come riferimento.
• Danno alla sfera di saldatura e graffio sulla piastra di copertura
I danni alle sferette di saldatura e i graffi sulla piastra di copertura si verificano per lo più a causa di un disallineamento con il socket invecchiato, il che porta ulteriormente ad alte temperature e all’invecchiamento dei componenti.
I socket di test per il packaging BGA sono disponibili in due tipi: a punta ad ago e a artiglio. Il socket di test di tipo a punta ad ago presenta una forma a punta di ago come metodo di contatto tra le sfere di saldatura e il socket, cioè di tipo punto-su-sfera. Questo tipo di socket tende a causare punte ad ago sulle sfere di saldatura e la punta ad ago tende a deformarsi dopo un’applicazione a lungo termine, il che provoca poi danni alle sfere di saldatura. I socket di tipo a artiglio sono quei socket in cui le sfere di saldatura sono completamente avvolte nel vano di test. Questo tipo di socket tende a causare abrasione che porta quindi a urti nella zona periferica delle sfere di saldatura a causa dell’abrasione del vano di test. In una parola, sia i socket di tipo a punta ad ago sia quelli di tipo a artiglio causano danni alle sfere di saldatura dopo un’applicazione a lungo termine.
• Caduta della sfera di saldatura
La caduta delle sferette di saldatura è un fenomeno accidentale e il guasto si verifica spesso sulla superficie nichelata o dorata. La caduta delle sferette di saldatura può essere correlata alla superficie del pad, ad esempio contaminazione e ossidazione del nichel. Nel processo di saldatura a rifusione, l’adesione tra la pasta saldante e il pad non è buona, causando la caduta delle sferette di saldatura durante il test di umidità. Un altro possibile motivo della caduta delle sferette di saldatura è legato allo spessore della doratura sulla superficie del pad, poiché uno strato d’oro troppo spesso e lo stagno tendono a generare una lega metallica fragile, provocando la caduta delle sferette di saldatura.
• Ossidazione delle sfere di saldatura
L’ossidazione delle sferette di saldatura si verifica raramente durante il primo filtro per l’ispezione di qualità dei componenti con package BGA. Quanto più a lungo le sferette di saldatura sono esposte all’aria, tanto più facilmente avviene l’ossidazione. Di conseguenza, l’ossidazione delle sferette di saldatura si manifesta di solito nel processo del secondo filtro. Pertanto, è di grande importanza prevenire l’ossidazione delle sferette di saldatura quando si tratta del controllo di qualità dei componenti BGA.
Come implementare il controllo di qualità sui componenti BGA?
• IQC rigoroso
L’ispezione visiva è inevitabile per l’IQC (incoming quality control) su qualsiasi componente, inclusi i BGA. I componenti BGA richiedono un’ispezione al 100%, con le sfere di saldatura ispezionate al 100% al microscopio, il che è particolarmente necessario per i componenti BGA dopo il secondo filtraggio, poiché i componenti BGA pronti per il secondo filtraggio rimangono inutilizzati per un lungo periodo di tempo, il che può portare all’ossidazione delle sfere di saldatura. L’ispezione visiva viene utilizzata per verificare la conformità del loro aspetto. Inoltre, i componenti BGA ricevono una protezione insufficiente durante il processo di trasporto, causando danni alle sfere di saldatura e il distacco delle stesse.
• Controllo di processo
La protezione delle sfere di saldatura è fondamentale durante il processo di filtraggio dei componenti BGA. Per proteggere meglio le sfere di saldatura da possibili danni, si possono adottare le seguenti misure.
a. Operazione standard
Dovrebbero essere formulate le procedure operative standard per i componenti BGA, rafforzando il controllo in campo dei componenti BGA.
b. Protezione
1) Anti-ossidazione: Tutti i componenti BGA e i relativi zoccoli di test devono essere collocati in un armadio ad azoto durante la fase di test per ritardare l’ossidazione delle sfere di saldatura e degli zoccoli.
2) Protezione delle sfere di saldatura: Il ribaltamento dei componenti BGA deve essere effettuato tramite appositi pallet e schiuma antistatica, in grado di garantire la protezione fisica dei componenti BGA durante il ribaltamento.
c. Prototipo di test
Le prese devono essere eseguite prima di ogni sessione di prova con 1 o 2 campioni testati per verificare se si verificano graffi sulla piastra di copertura e se sono presenti danni sulle sfere di saldatura. Quando non vengono riscontrate anomalie, il test può essere continuato. Quando vengono rilevate anomalie, il test non può essere continuato finché le prese non sono riparate.
d. Valutazione e ispezione della durata del socket
Tutti i socket hanno una propria durata di vita e la qualità dei componenti si ridurrà drasticamente quando tale durata viene superata, motivo per cui la valutazione della durata di vita dei componenti BGA è essenziale. Dopo l’inizio della produzione dei socket, la loro durata di vita deve essere valutata e devono essere eseguite ispezioni prima che venga raggiunta la durata di vita dei componenti BGA. Il volume di test deve essere stimato prima delle prove successive. Devono essere effettuate ispezioni prima e dopo il test su socket e componenti per garantire che non si verifichino difetti di aspetto dovuti a problemi relativi ai socket.
e. Controllo di qualità
La qualità dovrebbe essere enfatizzata fin dall’inizio. In primo luogo, la promozione e l’attuazione della qualità e la formazione sulla qualità dovrebbero essere rivolte a tutti i dirigenti e agli operatori di prima linea, per garantire che tutto il personale possa essere consapevole di tutti i problemi esistenti e dei problemi facilmente individuabili, in modo da evitare che le questioni di qualità si ripresentino a causa di una promozione e di un’attuazione insufficienti. Successivamente, è necessario svolgere attività di formazione per gli operatori di prima linea, con operazioni standardizzate, per ridurre al minimo le perdite di qualità dovute a operazioni non adeguate. Infine, sono necessari sia il controllo qualità sia il feedback sulla qualità. Devono essere riportate le statistiche sulle informazioni di qualità e il feedback sulla qualità. Il contenuto riportato include statistiche dei dati, problemi di lotto, potenziali rischi per la qualità e suggerimenti sul controllo qualità, tutti elementi che saranno forniti ai clienti come informazioni affidabili e materiale di riferimento per i dipartimenti superiori per l’emulazione delle misure di gestione.
Inoltre, all'interno del sistema di qualità si dovrebbero svolgere attivamente attività di audit interno e ispezioni di monitoraggio. Il controllo di qualità deve iniziare fin dall'inizio, con le fonti di approvvigionamento rigorosamente controllate e l’enfasi posta sui passaggi chiave. Ogni volta che emergono problemi pratici, occorre mantenere misure di miglioramento continuo.
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