Mengapa Pemeriksaan Sinar-X Tidak Boleh Dikompromi untuk Modul Kuasa Industri
Pada satu barisan SMT yang membina modul kuasa industri, kecacatan yang paling berbahaya ialah yang anda tidak dapat lihat. Cantuman pateri BGA dan QFN terletak tersembunyi di bawah badan pakej, sama sekali tidak dapat diakses olehAOIatau pemeriksaan visual manual. Satu-satunya cara untuk melihat bahagian dalam bebola pateri itu ialah melalui pengimejan transmisi X-Ray.
Bagi modul kuasa industri, kesan kekosongan (voiding) adalah lebih serius berbanding dalam elektronik pengguna. Kekosongan pada asasnya ialah ruang udara di dalam laluan terma sambungan pateri, dan udara mengalirkan haba pada kadar kira-kira satu per seribu daripada aloi pateri. Apabila kawasan kekosongan bagi satu bebola pateri melebihi 25% daripada unjuran tapaknya, rintangan terma sambungan tersebut lazimnya meningkat sebanyak 40–60%. Di bawah keadaan operasi beban penuh, peningkatan itu boleh menolak suhu persambungan (Tj) peranti kuasa melepasi had kadarannya, sekali gus mencetuskan pelarian terma atau pemerosotan jangka panjang yang dipercepatkan. Modul-modul ini biasanya beroperasi secara berterusan, dalam perumah tertutup dengan penyejukan udara paksa yang terhad atau tiada langsung — dan apabila kegagalan muncul, ia sudah pun berlaku di lapangan.
Itulah sebabnyaPemeriksaan sinar-Xdianggap sebagai langkah wajib sebelum penghantaran, bukan tambahan pilihan, bagi kategori produk ini.
Kriteria Penerimaan Rongga IPC-7095D
IPC-7095D ialah piawaian yang diiktiraf industri untuk menilai dan menerima kekosongan sambungan pateri BGA. Metrik teras ialah keluasan kekosongan bagi satu bebola pateri yang dinyatakan sebagai peratusan daripada keluasan unjuran bebola tersebut.
Dua tahap penerimaan lazimnya dirujuk. Kelas 2 membenarkan sehingga 25% kawasan rongga bagi setiap bebola pateri dan biasanya digunakan untuk elektronik pengguna dan kawalan industri am. Kelas 3 mengetatkan had itu kepada kurang daripada 10% kawasan rongga bagi setiap bebola, dan dikhaskan untuk aplikasi industri beban tinggi berterusan serta kegunaan lain yang memerlukan kebolehpercayaan tinggi.
Memilih antara Kelas 2 dan Kelas 3 bukan semata-mata keputusan kos — ia harus didorong oleh cara produk itu sebenarnya digunakan di lapangan. Modul kuasa industri biasanya berkongsi tiga ciri yang mendorong keperluan ke arah Kelas 3:
Operasi berterusan.Modul ini kekal dibekalkan kuasa untuk tempoh yang panjang, jadi sambungan pateri berada di bawah tekanan kitaran terma yang berterusan, dan sebarang penalti rintangan terma berkaitan rongga akan berganda dari semasa ke semasa dan bukannya muncul sekali sahaja.
Suhu persekitaran yang tinggi.Banyak modul kuasa industri beroperasi di dalam kabinet kawalan atau penutup luar pada suhu persekitaran melebihi 50°C, di mana margin terma sudah pun ketat. Peningkatan rintangan terma setempat yang didorong oleh rongga secara langsung mengurangkan margin tersebut.
Tiada pilihan kerja semula di lapangan.Sebaik sahaja modul digunakan — contohnya di dalam kabinet kawalan barisan pengeluaran atau kabinet kuasa transit rel — kerja pembaikan pada tahap BGA secara amnya tidak dapat dilaksanakan. Satu-satunya titik semakan kualiti yang sebenar ialah pemeriksaan sebelum unit dihantar.
Atas sebab-sebab ini, apabila kami menerima pesanan modul kuasa industri, kami secara lalai menggunakan IPC-7095D Kelas 3 untuk pemeriksaan rongga BGA/QFN dan bukannya Kelas 2 yang lebih lazim digunakan.
Menetapkan Parameter Pemeriksaan X-Ray
Ketepatan pengesanan sangat bergantung pada cara sistem X-Ray dikonfigurasikan, terutamanya untuk bungkusan dengan bebola pateri yang bertindih atau bertindan.
Voltan dan arus tiub.Untuk pakej BGA bersaiz sederhana hingga besar yang biasa digunakan dalam modul kuasa industri (jarak bebola 0.5–0.8mm) yang dipasang pada substrat tembaga tebal, kami biasanya menetapkan voltan tiub dalam julat 90–110kV. Terlalu rendah, penembusan menjadi tidak mencukupi dan menghasilkan imej yang pudar serta berkontras rendah. Terlalu tinggi, kontras menurun sehingga boleh menutupi tepi rongga yang lebih kecil.
Pembesaran berbanding jarak fokus.Mengesan rongga sempadan — iaitu yang berada hampir dengan ambang penerimaan — memerlukan pembesaran geometri yang lebih tinggi, yang bermaksud memendekkan jarak antara sampel dan sumber sinaran. Pembesaran yang lebih tinggi datang dengan kos kedalaman medan yang berkurangan, jadi ia perlu digandingkan dengan pengimejan pada sudut serong untuk kekal boleh dipercayai.
Pengimejan sudut serong untuk memisahkan sendi yang bertindih.Dalam binaan package-on-package (PoP) atau pemasangan dua belah, bebola pateri pada kedudukan X-Y yang sama pada lapisan berbeza boleh bertindih dalam imej pandangan terus, menjadikannya mustahil untuk dibezakan. Kami memiringkan pentas lebih daripada 5° untuk pemeriksaan ini, menggunakan ofset geometri yang terhasil untuk memisahkan bebola pateri lapisan atas dan bawah dalam imej dan mengelakkan tersalah baca kecacatan yang sebenarnya tiada — atau terlepas kecacatan yang memang wujud.
Mekanisme Pembentukan Rongga Biasa dan Punca Asas Proses
Pembuangan tidak berlaku secara rawak. Ia hampir selalu dapat dikesan kembali kepada salah satu daripada tiga punca akar proses yang dapat dikenal pasti.
Yang pertama ialah proses penyahgasan tidak lengkap bagi bahan meruap dalam pes pateri. Jika kadar kenaikan suhu profil refluks terlalu curam — melebihi kira-kira 2°C sesaat — pelarut fluks dalam pes tidak mempunyai masa yang mencukupi untuk meruap semasa pra-pemanasan sebelum pes memasuki fasa refluks, lalu ia terperangkap di dalam pateri cair ketika ia mencair.
Yang kedua ialah gas sisa fluks yang terlepas melalui struktur pad yang direka dengan kurang baik.Via-in-padSusun atur yang tidak dipalam resin atau disadur sehingga tertutup membenarkan udara terperangkap atau wap fluks di dalam via mengembang di bawah haba reflow dan keluar ke atas melalui bebola pateri, menghasilkan rongga berkaitan via yang bersifat ciri.
Yang ketiga ialah pengoksidaan pada kemasan permukaan PCB.ENIGKemas (electroless nickel immersion gold) mempunyai risiko "black pad" yang diketahui, di mana pengoksidaan lapisan nikel melemahkan pembasahan pateri pada nikel di bawahnya. Pembasahan yang tidak sekata itu menyebabkan pengecutan yang tidak sekata semasa penyejukan dan menghasilkan rongga mikroskopik.
Menutup Gelung: Satu Kes Pelarasan Masa Praletan
Semasa pengeluaran modul kuasa industri, pensampelan X-Ray mengesan kadar lompang BGA purata sebanyak 18%, jauh melebihi ambang kurang daripada 10% yang diperlukan untuk Kelas 3.
Perbandingan imej X-Ray dengan profil suhu yang direkodkan oleh ketuhar reflow menunjukkan bahawa masa tahan prapemanasan yang tidak mencukupi adalah punca utama — talian tersebut berjalan dengan prapemanasan 60 saat, yang tidak memberikan fluks masa yang cukup untuk menyahgas sepenuhnya sebelum memasuki zon reflow. Kami memanjangkan masa prapemanasan ketuhar reflow JTR-1200D-N daripada 60 kepada 90 saat dan mengurangkan kadar kenaikan suhu daripada 2.2°C/saat kepada 1.5°C/saat, memberikan lebih masa kepada bahan meruap untuk keluar.
Merentasi tiga lot pengeluaran berturut-turut, purata kadar rongga BGA menurun daripada 18% kepada 7%, dan kadar rongga maksimum bagi satu bebola menurun daripada 31% kepada 9.5% — dengan selesa berada dalam keperluan Kelas 3, siap dengan margin lebihan. Analisis punca akar seperti ini bergantung bukan sahaja pada keupayaan pengimejan sistem X-Ray itu sendiri; ia juga bergantung pada MES yang memautkan log suhu setiap ketuhar refluks kepada data pemeriksaannya yang sepadan, supaya kecacatan dapat dijejaki semula kepada parameter proses tertentu dan bukannya disandarkan kepada pengalaman umum.
Pemeriksaan Kendiri Risiko Kekosongan 5 Langkah
Bagi jurutera yang menilai pembekal EMS — atau menyemak barisan mereka sendiri — beberapa semakan pantas boleh mendedahkan risiko rongga pada peringkat awal:
Sahkan jenis pakej.Adakah ia BGA, QFN, atau PoP, dan adakah susun atur tersebut termasuk via-in-pad?
Periksa lukisan pad.Adakah sebarang struktur via-in-pad yang dipalam resin dan disadur sehingga tertutup sepenuhnya?
Semak semula profil reflow.Adakah masa pengekalan prapemanasan sekurang-kurangnya 60 saat, dan kadar kenaikan suhu tidak melebihi 2°C sesaat?
Sahkan kemasan permukaan.Adakah ketebalan penyaduran ENIG dan risiko pengoksidaan nikel berada dalam julat terkawal?
Minta data kadar batal sebenar.Minta laporan pemeriksaan rongga X-Ray sebenar daripada pembekal dan bukan kenyataan umum bahawa papan tersebut "lulus AOI."
Menangani rawatan via-in-pad dan pengukuran pad semasaDFMsemakan hampir selalu lebih menjimatkan kos — dan lebih berkemungkinan menghapuskan punca akar — berbanding bergantung pada X-Ray sebagai penapis selepas kejadian apabila produk sudah pun dalam pengeluaran.
Kawalan rongga bukanlah sesuatu yang boleh diperiksa hanya di hujung talian — ia mesti dibina ke dalam profil reflow, reka bentuk pad, dan kawalan bahan masuk, dengan data X-Ray disalurkan semula kepada ketiga-tiganya. Disiplin gelung tertutup inilah yang membezakan pembekal yang hanya boleh menunjukkan imej lulus daripada pembekal yang boleh menunjukkan proses yang stabil. Di PCBCart, beginilah cara kami menjalankan Pemeriksaan X-Ray Automatik pada setiap binaan modul kuasa industri — dihubungkan semula melalui MES Pintar kami kepada lot reflow dan reka bentuk pad yang menghasilkannya, bukan dianggap sebagai semakan lulus/gagal yang terasing di hujung talian.
Sumber Yang Berguna
•Mengapa Teknologi Pemeriksaan Sinar-X Begitu Penting dalam Pemasangan PCB
•Langkah Berkesan untuk Kawalan Kualiti pada Sambungan Pateri Ball Grid Array (BGA)
•Perbandingan AOI, ICT dan AXI serta Masa untuk Menggunakannya semasa Pemasangan SMT PCB
•Isu Bebola Pateri bagi Komponen BGA dan Cara Mengelakkannya
•Perkhidmatan Perhimpunan PCB Lanjutan
