Gli assiemi BGA multistrato sulle schede di interfaccia per apparecchiature di collaudo automatico (ATE) a semiconduttore presentano un problema di ispezione specifico che la radiografia standard perpendicolare non risolve. Quando una scheda contiene array BGA impilati o ravvicinati su più strati — situazione comune negli interposer delle schede a sonde, nelle schede DUT (device-under-test) e negli assiemi delle load board — un’immagine dall’alto comprime ogni strato in una singola vista appiattita. Il risultato è un metodo di ispezione che può confermare l’esistenza di una sfera di saldatura, ma non può indicare in modo affidabile all’ingegnere a quale strato essa appartenga, né se un difetto si trovi nello strato che è più importante per l’integrità del segnale e l’allineamento delle sonde.
Questo articolo illustra perché la radiografia perpendicolare non è sufficiente per le schede ATE multistrato, come l’imaging ad angolo obliquo colma questa lacuna, quali requisiti di Classe 3 ampliano l’ambito dell’ispezione e come i dati risultanti dovrebbero essere gestiti a valle in un sistema di tracciabilità.
La limitazione dei raggi X perpendicolari (0°) sui BGA multistrato
Una vista standard ai raggi X dall’alto proietta ogni elemento conduttivo presente nel percorso del fascio su un unico piano 2D. Su un BGA a singolo strato questo è sufficiente: vuoti, cortocircuiti e forma delle sfere sono tutti visibili senza ambiguità. Su una scheda multistrato, la stessa proiezione diventa un problema di sovrapposizione.
In particolare, l’imaging perpendicolare ha difficoltà con:
Sovrapposizione degli strati.Quando le matrici BGA o le strutture di via su livelli diversi si allineano verticalmente, le loro immagini si sovrappongono, rendendo difficile attribuire una determinata cavità o un ponte al livello corretto.
Marcatura da pallone a pallone.Il passo fitto del BGA sulle schede di interfaccia ATE, dove le tolleranze di allineamento delle sonde sono molto ristrette, aumenta la probabilità che una sfera su un livello oscuri parzialmente la sfera direttamente al di sotto.
Attribuzione ambigua del vuoto. Criteri di vuoto IPC-A-610sono generalmente valutati per ogni giunto di saldatura. Se l’imaging perpendicolare non riesce a isolare a quale giunto appartenga una cavità, l’ispettore è costretto a stimare invece di misurare, compromettendo così la decisione di accettazione/rifiuto a livello di singolo giunto.
Per le schede monostrato a bassa densità, questo limite raramente è rilevante. Per le schede di interfaccia ATE multistrato — dove un disallineamento della sonda ricondotto a una singola giunzione degradata può influenzare il rendimento dei test sull’intera popolazione di dispositivi — lo è.
Come l’imaging con angolo obliquo (±15°) separa i segnali degli strati
L’ispezione a raggi X con angolo obliquo inclina l’asse di imaging rispetto al piano della scheda, tipicamente nell’intervallo di ±15° a seconda della geometria della scheda e della spaziatura tra gli strati. Questo scostamento angolare modifica il modo in cui le caratteristiche a diverse profondità si proiettano sul sensore.
Il principio di base è semplice: a 0°, le caratteristiche su livelli diversi che condividono le stesse coordinate X-Y producono un’unica immagine sovrapposta. A un angolo obliquo, le stesse caratteristiche risultano lateralmente spostate le une rispetto alle altre nell’immagine risultante, con un grado di spostamento proporzionale alla loro distanza in profondità (l’effetto di parallasse). Questa separazione laterale è ciò che permette a un ispettore — o a un algoritmo automatico che fa riferimento allo stack-up degli strati della scheda — di distinguere una giunzione sullo strato superiore da una giunzione su uno strato inferiore che altrimenti sarebbe sovrapposta.
In termini pratici, l’ispezione con angolo obliquo su una scheda ATE multistrato supporta:
Quantificazione delle cavità risolta per strato.La percentuale di vuoti può essere valutata per giunto per strato, anziché come una lettura composita ambigua.
Isolamento del rischio di collegamento tra i livelli.I ponti di saldatura che sarebbero invisibili o interpretati in modo errato in una vista appiattita dall’alto diventano distinguibili quando gli strati vengono separati angolarmente.
Verifica della geometria del cordone e della bagnatura sullo strato più vicino all’interfaccia della sondache è spesso lo strato con la tolleranza funzionale più rigorosa su una scheda ATE.
I raggi X offline con angolo obliquo, utilizzati come fase secondaria o di escalation piuttosto che come controllo inline al 100%, rappresentano in genere il modello di implementazione più pratico: vengono applicati alle schede segnalate dall’AOI 3D o dallo SPI 3D per un esame più approfondito a livello di giunto, invece di essere eseguiti su ogni unità.
Requisiti aggiuntivi per le schede di interfaccia ATE di Classe 3
Le schede di interfaccia ATE per semiconduttori — probe card, DUT board, load board — sono in genere sottoposte ai criteri di accettazione della Classe 3 secondo IPC-A-610, il livello riservato ai prodotti elettronici in cui la continuità delle prestazioni o le prestazioni su richiesta sono critiche e i tempi di fermo dell’apparecchiatura non possono essere tollerati. La Classe 3 non cambia la fisica dell’imaging a angolo obliquo, ma alza gli standard di ciò che il processo di ispezione deve dimostrare:
Tolleranza zero per determinate categorie di difetti.I criteri di Classe 3 sono più severi per quanto riguarda le soglie di vuoti, l’uniformità della forma delle sfere di saldatura e il bridging rispetto alla Classe 1 o Classe 2. L’imaging risolto per strato è ciò che rende possibile applicare effettivamente queste soglie più rigorose a livello del singolo giunto su una scheda multistrato, invece di ricorrere ad approssimazioni.
Responsabilità congiunta completa.Poiché le schede di interfaccia ATE influiscono direttamente sul rendimento dei test e sull’allineamento delle sonde per i test successivi dei dispositivi, un registro di ispezione che non riesce a tenere conto di ogni giunto su ogni strato rappresenta una lacuna nel sistema di qualità, non solo un semplice inconveniente di documentazione.
Correlazione con il rischio funzionale, non solo con la presenza di difetti estetici.Una cavità che rientrerebbe in una normale lettura di Classe 2 generale può comunque richiedere un'escalation su una scheda ATE se la sua posizione corrisponde a un punto di contatto di una sonda o a un percorso ad alta corrente — questo è uno step di valutazione che richiede che l'ispettore o il protocollo di revisione facciano riferimento alla reale funzione di strato della scheda, non a una checklist generica.
Ecco perché l’ispezione con angolo obliquo sulle schede di interfaccia ATE è solitamente abbinata a una revisione ingegneristica rispetto al disegno dello stack-up specifico della scheda, invece di essere trattata solo come un risultato automatico di tipo conforme/non conforme.
Integrazione dei dati ad angolo obliquo nel MES per il monitoraggio della durata delle sonde
I dati di ispezione hanno un valore limitato a lungo termine se risiedono solo nella stazione di revisione locale dell’operatore a raggi X. Su unPiattaforma MES intelligente con tracciabilità basata su UIDi risultati dell'ispezione con angolo obliquo possono essere collegati al numero di serie della singola scheda e riportati nel registro operativo della scheda.
Questo è particolarmente importante per le schede di interfaccia ATE perché la vita della sonda segue una curva di degrado, non una specifica fissa. I punti di integrazione pratici includono:
Cronologia dei difetti per scheda a livello di giuntofacendo riferimento all'UID, in modo che qualsiasi giunto segnalato durante il controllo con angolo obliquo sia attribuibile a quella specifica scheda — non a una media a livello di lotto.
Registrazioni di imaging di baseacquisito al momento della costruzione, che può essere successivamente confrontato con l’imaging dei resi dal campo se una scheda viene ritirata per degrado della sonda o deriva della resistenza di contatto.
Visibilità dei pattern a livello di batchconsentendo a un ingegnere della qualità di verificare se un determinato tipo di difetto è isolato a una singola scheda o si ripete in tutto un lotto di produzione — una distinzione che determina se la risposta sarà una rilavorazione del singolo pezzo o una regolazione del processo a monte (stampa della pasta, profilo di rifusione ocontrollo della deformazione legata al dispositivo di fissaggio).
Niente di tutto ciò richiede di inventare dati sulla produttività o valori DPPM per essere utile: il valore risiede nel collegamento di tracciabilità stesso: una specifica immagine di ispezione, collegata a un UID specifico, recuperabile se in seguito vengono sollevati dubbi sulle prestazioni di collaudo di quella scheda.
Quando è giustificata l’ispezione ad angolo obliquo — Criteri decisionali
I raggi X con angolazione obliqua non sono una fase predefinita per ogni scheda. Sono giustificati quando una scheda soddisfa una o più delle seguenti condizioni:
Più strati BGA o a passo fine con allineamento verticale o quasi verticale, dove l'imaging perpendicolare non può separare gli strati di interesse.
Requisiti di accettazione di Classe 3 o funzionalmente critici, dove la responsabilità a livello congiunto è un obiettivo di qualità dichiarato piuttosto che un semplice valore aggiunto.
Una storia di letture ambigue o al limite con AOI/SPI standard o con raggi X a 0°, laddove è necessario un escalation per risolvere una decisione di superamento/non superamento con sicurezza piuttosto che con giudizio.
Sono necessarie attribuzioni dei guasti sul campo— ad esempio, una scheda ATE rimossa dal servizio in cui l’ufficio tecnico deve determinare se un problema di contatto della sonda abbia avuto origine durante l’assemblaggio o dall’usura in servizio.
Le schede che sono a singolo strato, di classificazione inferiore o prive di geometria BGA impilata in genere non richiedono un’escalation con angolo obliquo: l’ispezione in circuito chiuso con AOI 3D e SPI 3D, supportata da una radiografia standard perpendicolare laddove siano richiesti controlli delle cavità, rimane il riferimento di base appropriato.
La radiografia a raggi X con angolo obliquo è adatta per la tua scheda?
Se la tua scheda di interfaccia presenta più strati BGA, richiede l’accettazione di Classe 3 o ha prodotto letture ambigue con AOI/SPI standard o con raggi X perpendicolari, è probabilmente giustificata un’ispezione a raggi X con angolazione obliqua. PCBCart applica i raggi X ad angolo obliquo come parte del proprio processo di qualità nella fase di assemblaggio per le produzioni HMLV di PCBA, incluse le schede di interfaccia per ATE a semiconduttori.Invia la stratificazione degli strati del tuo circuito e i requisiti di ispezione per un preventivo— il nostro team di ingegneria confermerà se l’ispezione ad angolo obliquo è adatta alla tua scheda prima dell’inizio dell’assemblaggio.
Risorse utili
●Metodi di ispezione per l’assemblaggio di circuiti stampati
●Misure efficaci per eliminare il problema dell’imbarcamento dei PCB
