การประกอบ BGA แบบหลายชั้นบนแผงวงจรของอุปกรณ์ทดสอบอัตโนมัติของเซมิคอนดักเตอร์ (ATE) ก่อให้เกิดปัญหาเฉพาะด้านการตรวจสอบที่การเอกซเรย์แบบฉายตั้งฉากมาตรฐานไม่สามารถแก้ไขได้ เมื่อแผงวงจรมีชุด BGA ที่ซ้อนกันหรือจัดวางอย่างหนาแน่นในหลายชั้น — ซึ่งพบได้ทั่วไปในตัวกลางของการ์ดโพรบ การ์ด DUT (device-under-test) และชุดประกอบโหลดบอร์ด — ภาพจากมุมมองด้านบนจะบีบอัดทุกชั้นให้กลายเป็นภาพราบเพียงชั้นเดียว ผลลัพธ์คือวิธีการตรวจสอบที่ยืนยันได้เพียงว่ามีลูกบอลประสานอยู่เท่านั้น แต่ไม่สามารถบอกวิศวกรได้อย่างน่าเชื่อถือว่ามันอยู่ในชั้นใด หรือข้อบกพร่องนั้นอยู่ในชั้นที่มีความสำคัญที่สุดต่อความสมบูรณ์ของสัญญาณและการจัดแนวโพรบหรือไม่
บทความนี้อธิบายว่าทำไมการเอกซเรย์แบบตั้งฉากจึงไม่เพียงพอสำหรับบอร์ด ATE แบบหลายชั้น วิธีที่การถ่ายภาพด้วยมุมเอียงช่วยแก้ช่องว่างนี้ ข้อกำหนดของ Class 3 เพิ่มขอบเขตการตรวจสอบอย่างไร และควรจัดการข้อมูลที่ได้อย่างไรในระบบการติดตามย้อนกลับ
ข้อจำกัดของเอ็กซเรย์แนวตั้งฉาก (0°) ต่อ BGA แบบหลายชั้น
มุมมองเอ็กซเรย์มาตรฐานแบบมองจากด้านบนจะฉายภาพคุณสมบัติที่นำไฟฟ้าทุกอย่างในเส้นทางของลำแสงลงบนระนาบสองมิติเดียว สำหรับ BGA แบบชั้นเดียว วิธีนี้ก็เพียงพอแล้ว — ช่องว่าง การลัดวงจรระหว่างบัมพ์ และรูปทรงของบอลล้วนมองเห็นได้อย่างชัดเจนไม่กำกวม แต่บนบอร์ดหลายชั้น การฉายภาพแบบเดียวกันจะกลายเป็นปัญหาการซ้อนทับของภาพ
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การถ่ายภาพในมุมฉากมีปัญหากับ:
การซ้อนทับของเลเยอร์เมื่อแถว BGA หรือโครงสร้างทางผ่านบนชั้นต่าง ๆ เรียงตัวในแนวตั้ง ภาพของพวกมันจะซ้อนทับกัน ทำให้ยากต่อการระบุว่ารอยโพรงหรือสะพานใดเป็นของชั้นใด
การตามประกบแบบตัวต่อตัวระยะพิทช์ BGA ที่หนาแน่นบนบอร์ดอินเทอร์เฟซ ATE ซึ่งมีค่าความเคร่งครัดของการจัดตำแหน่งโพรบสูง จะเพิ่มโอกาสที่บอลบนชั้นหนึ่งจะบังบางส่วนของบอลที่อยู่ถัดลงไปโดยตรง
การระบุสาเหตุของการถ่ายปัสสาวะที่คลุมเครือ เกณฑ์การเกิดโพรง (voiding) ตามมาตรฐาน IPC-A-610โดยทั่วไปแล้วจะประเมินต่อจุดเชื่อมบัดกรีแต่ละจุด หากการถ่ายภาพในแนวตั้งฉากไม่สามารถแยกได้ว่าฟองอากาศอยู่ในจุดเชื่อมใด ผู้ตรวจสอบก็ต้องอาศัยการคาดเดาแทนการวัดจริง ซึ่งบ่อนทำลายการตัดสินใจรับ/ปฏิเสธในระดับจุดเชื่อม
สำหรับบอร์ดชั้นเดียวที่มีความหนาแน่นต่ำ ข้อจำกัดนี้แทบไม่ส่งผลกระทบ แต่สำหรับบอร์ดอินเทอร์เฟซ ATE แบบหลายชั้น — ซึ่งการเยื้องศูนย์ของโพรบที่สืบย้อนกลับไปยังจุดเชื่อมต่อเพียงจุดเดียวที่เสื่อมสภาพ อาจส่งผลต่อผลผลิตการทดสอบของอุปกรณ์ทั้งกลุ่ม — ข้อจำกัดนี้มีความสำคัญ
การถ่ายภาพมุมเอียง (±15°) แยกสัญญาณของแต่ละชั้นได้อย่างไร
การตรวจสอบด้วยเอ็กซเรย์มุมเอียงจะเอียงแกนการถ่ายภาพให้ทำมุมกับระนาบของแผงวงจร โดยทั่วไปอยู่ในช่วงประมาณ ±15° ขึ้นอยู่กับเรขาคณิตของแผงและระยะห่างระหว่างชั้น มุมที่เยื้องนี้จะเปลี่ยนลักษณะการฉายภาพขององค์ประกอบที่ความลึกต่างกันลงบนเซนเซอร์
หลักการพื้นฐานนั้นตรงไปตรงมา: ที่มุม 0° ฟีเจอร์บนเลเยอร์ต่าง ๆ ที่มีพิกัด X-Y เดียวกันจะสร้างเป็นภาพซ้อนทับเดียวกัน ที่มุมเอียง ฟีเจอร์เดียวกันจะถูกเลื่อนออกด้านข้างสัมพันธ์กันในภาพที่ได้ โดยระดับการเลื่อนมีสัดส่วนตามระยะห่างเชิงความลึก (เอฟเฟ็กต์พารัลแลกซ์) การแยกออกด้านข้างนี้เองที่ทำให้ผู้ตรวจสอบ — หรืออัลกอริทึมอัตโนมัติที่อ้างอิงจากโครงสร้างซ้อนเลเยอร์ของบอร์ด — สามารถแยกแยะจุดเชื่อมบนเลเยอร์บนออกจากจุดเชื่อมบนเลเยอร์ล่างที่ปกติแล้วจะถูกซ้อนทับกันได้
ในทางปฏิบัติ การตรวจสอบด้วยมุมเอียงบนบอร์ด ATE แบบหลายชั้นรองรับ:
การหาปริมาณช่องว่างแยกตามชั้นเปอร์เซ็นต์ของการเกิดโพรงว่างสามารถประเมินได้แยกตามจุดเชื่อมและตามแต่ละชั้น แทนที่จะใช้ค่าอ่านรวมที่ไม่ชัดเจน
การแยกความเสี่ยงของการเชื่อมต่อระหว่างเลเยอร์สะพานบัดกรีที่อาจมองไม่เห็นหรือถูกอ่านค่าผิดจากมุมมองด้านบนแบบแบนราบ จะสามารถแยกแยะได้เมื่อมีการแยกชั้นออกจากกันในเชิงมุม
การตรวจสอบเรขาคณิตของฟิลเลตและการเปียกบนชั้นที่ใกล้กับส่วนต่อประสานโพรบมากที่สุดซึ่งมักเป็นเลเยอร์ที่มีค่าความเผื่อด้านการทำงานที่เข้มงวดที่สุดบนบอร์ด ATE
การตรวจเอกซเรย์มุมเอียงแบบออฟไลน์ ซึ่งใช้เป็นขั้นตอนรองหรือขั้นตอนยกระดับแทนการตรวจแบบอินไลน์ 100% โดยทั่วไปเป็นรูปแบบการใช้งานที่มีความเป็นไปได้มากกว่า — จะถูกนำไปใช้กับบอร์ดที่ถูกระบุโดย 3D AOI หรือ 3D SPI ให้ต้องมีการตรวจสอบระดับข้อต่ออย่างละเอียดมากขึ้น แทนที่จะใช้กับทุกยูนิต
ข้อกำหนดเพิ่มเติมสำหรับบอร์ดอินเทอร์เฟซ ATE ชั้นที่ 3
แผงอินเทอร์เฟซ ATE สำหรับเซมิคอนดักเตอร์ — การ์ดโพรบ การ์ด DUT บอร์ดโหลด — โดยทั่วไปจะถูกยึดตามเกณฑ์การยอมรับ IPC-A-610 ระดับ 3 ซึ่งเป็นระดับที่สงวนไว้สำหรับผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องการการทำงานอย่างต่อเนื่องหรือการทำงานตามความต้องการอย่างมีความสำคัญ และไม่สามารถยอมให้เกิดการหยุดทำงานของอุปกรณ์ได้ ระดับ 3 ไม่ได้เปลี่ยนกฎฟิสิกส์ของการถ่ายภาพมุมเอียง แต่จะยกระดับมาตรฐานของสิ่งที่กระบวนการตรวจสอบต้องแสดงให้เห็นว่า:
ไม่ยอมรับข้อบกพร่องบางประเภทอย่างเด็ดขาดเกณฑ์ของคลาส 3 เข้มงวดกว่าคลาส 1 หรือคลาส 2 ในด้านเกณฑ์การยอมรับโพรงอากาศ ความสม่ำเสมอของรูปทรงลูกบอลประสาน และการเกิดการลัดวงจรระหว่างขา การถ่ายภาพแยกตามชั้นเป็นสิ่งที่ทำให้สามารถนำเกณฑ์ที่เข้มงวดเหล่านี้ไปใช้จริงในระดับข้อต่อแต่ละจุดบนบอร์ดหลายชั้นได้ แทนที่จะต้องอาศัยการประมาณค่า
ความรับผิดชอบร่วมกันอย่างเต็มที่เนื่องจากแผงวงจรอินเทอร์เฟซ ATE ส่งผลโดยตรงต่อผลผลิตการทดสอบและการจัดตำแหน่งหัวตรวจสอบสำหรับการทดสอบอุปกรณ์ในขั้นตอนถัดไป บันทึกการตรวจสอบที่ไม่สามารถระบุจุดเชื่อมทุกจุดในทุกชั้นได้จึงถือเป็นช่องโหว่ในระบบคุณภาพ ไม่ใช่แค่ความไม่สะดวกด้านเอกสารเท่านั้น
ความสัมพันธ์กับความเสี่ยงด้านการทำหน้าที่ ไม่ใช่แค่การมีอยู่ของข้อบกพร่องด้านความสวยงามโพรงว่างที่สามารถผ่านการตรวจทั่วไปตามมาตรฐาน Class 2 ได้ อาจยังคงจำเป็นต้องถูกยกระดับความสำคัญบนบอร์ด ATE หากตำแหน่งของมันสอดคล้องกับจุดสัมผัสโพรบหรือเส้นทางกระแสไฟฟ้าสูง — นี่เป็นขั้นตอนการใช้ดุลยพินิจที่ต้องให้ผู้ตรวจสอบหรือโปรโตคอลการทบทวนอ้างอิงถึงฟังก์ชันเลเยอร์จริงของบอร์ด ไม่ใช่เช็กลิสต์ทั่วไป
นี่คือเหตุผลที่การตรวจสอบด้วยมุมเอียงบนบอร์ดอินเทอร์เฟซของ ATE มักจะทำร่วมกับการทบทวนทางวิศวกรรมโดยอ้างอิงแบบแสดงโครงสร้างเลเยอร์ (stack-up drawing) ของบอร์ดนั้น ๆ แทนที่จะมองว่าเป็นเพียงผลลัพธ์ผ่าน/ไม่ผ่านจากเครื่องเท่านั้น
การผสานข้อมูลมุมเอียงเข้ากับ MES เพื่อการติดตามอายุการใช้งานหัวโพรบ
ข้อมูลการตรวจสอบมีมูลค่าในระยะยาวอย่างจำกัด หากถูกเก็บไว้เพียงในสถานีตรวจสอบภายในเครื่องของผู้ปฏิบัติงานเอกซเรย์เท่านั้น บนแพลตฟอร์ม MES อัจฉริยะพร้อมการตรวจสอบย้อนกลับตาม UIDผลการตรวจสอบด้วยมุมเอียงสามารถเชื่อมโยงกับหมายเลขซีเรียลของบอร์ดแต่ละแผ่น และถูกบันทึกต่อเนื่องไปยังประวัติการใช้งานของบอร์ด
สิ่งนี้มีความสำคัญเป็นพิเศษสำหรับบอร์ดอินเทอร์เฟซ ATE เนื่องจากอายุการใช้งานของโพรบเป็นเส้นโค้งการเสื่อมสภาพ ไม่ใช่สเปกคงที่ จุดบูรณาการในทางปฏิบัติประกอบด้วย:
ประวัติข้อบกพร่องรายแผ่นในระดับข้อต่ออ้างอิงกับ UID เพื่อให้สามารถระบุได้ว่าข้อต่อใดก็ตามที่ถูกตั้งธงระหว่างการตรวจสอบในมุมเอียงนั้นเป็นของบอร์ดแผ่นใดโดยเฉพาะ ไม่ใช่ค่าเฉลี่ยในระดับล็อต
บันทึกภาพพื้นฐานถูกบันทึกไว้ในระหว่างการประกอบ ซึ่งต่อมาสามารถนำมาเปรียบเทียบกับภาพจากหน้างานได้ หากมีการถอดบอร์ดออกมาตรวจสอบการเสื่อมสภาพของโพรบหรือการลอยตัวของค่าความต้านทานสัมผัส
การมองเห็นรูปแบบในระดับแบตช์ช่วยให้วิศวกรควบคุมคุณภาพสามารถตรวจสอบได้ว่าข้อบกพร่องประเภทที่กำหนดนั้นจำกัดอยู่แค่บอร์ดเดียวหรือเกิดซ้ำในล็อตการผลิตทั้งหมดหรือไม่ — ซึ่งเป็นความแตกต่างที่มีผลต่อการตัดสินใจว่าจะตอบสนองด้วยการซ่อมแซมเฉพาะหน่วยเดียว หรือปรับปรุงกระบวนการในขั้นตอนก่อนหน้า (การพิมพ์บัดกรี การตั้งค่าโปรไฟล์รีโฟลว์ หรือการควบคุมการบิดงอที่เกี่ยวข้องกับฟิกซ์เจอร์).
ประโยชน์ของสิ่งเหล่านี้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับการสร้างตัวเลขปริมาณงานหรือค่า DPPM ขึ้นมาใหม่แต่อย่างใด แต่คุณค่าอยู่ที่การเชื่อมโยงการติดตามย้อนกลับเอง: ภาพการตรวจสอบเฉพาะหนึ่งภาพที่ผูกกับ UID เฉพาะหนึ่งตัว ซึ่งสามารถเรียกดูได้หากประสิทธิภาพการทดสอบของบอร์ดนั้นถูกตั้งคำถามในภายหลัง
เกณฑ์การตัดสินใจเมื่อควรใช้การตรวจสอบในมุมเอียง
การเอกซเรย์มุมเอียงไม่ใช่ขั้นตอนเริ่มต้นสำหรับแผงวงจรทุกแผง จะใช้เมื่อแผงวงจรเข้าเงื่อนไขหนึ่งข้อหรือมากกว่าต่อไปนี้:
หลายชั้น BGA หรือชั้นระยะพิชช์ละเอียดที่มีการจัดแนวในแนวตั้งหรือเกือบตั้งฉากซึ่งการถ่ายภาพในแนวตั้งฉากไม่สามารถแยกชั้นที่น่าสนใจออกจากกันได้
ข้อกำหนดการยอมรับระดับชั้นที่ 3 หรือที่มีความสำคัญเชิงหน้าที่ซึ่งความรับผิดชอบในระดับหน่วยงานร่วมกันถูกกำหนดให้เป็นวัตถุประสงค์ด้านคุณภาพอย่างชัดเจน ไม่ใช่เพียงแค่สิ่งที่มีก็ดี
ประวัติของค่าการอ่านที่คลุมเครือหรืออยู่ในเกณฑ์ก้ำกึ่งภายใต้การตรวจ AOI/SPI มาตรฐานหรือเอกซเรย์มุม 0°ซึ่งจำเป็นต้องมีการยกระดับเพื่อให้สามารถตัดสินใจผ่าน/ไม่ผ่านได้อย่างมั่นใจแทนการใช้ดุลยพินิจ
ความต้องการในการระบุสาเหตุความล้มเหลวในภาคสนาม— ตัวอย่างเช่น แผง ATE ที่ถูกถอดออกจากการใช้งาน ซึ่งวิศวกรจำเป็นต้องระบุให้ได้ว่าปัญหาการสัมผัสของหัวโพรบเกิดขึ้นตั้งแต่ขั้นตอนการประกอบหรือเกิดจากการสึกหรอระหว่างการใช้งาน
บอร์ดที่เป็นชั้นเดียว มีระดับการจัดประเภทต่ำกว่า หรือไม่มีโครงสร้าง BGA แบบซ้อนกัน โดยทั่วไปแล้วไม่จำเป็นต้องใช้การตรวจสอบแบบมุมเอียงเป็นขั้นสูง — การตรวจสอบแบบวงปิดด้วย 3D AOI และ 3D SPI โดยมีการสนับสนุนด้วยเอ็กซเรย์แบบตั้งฉากมาตรฐานเมื่อจำเป็นต้องตรวจสอบโพรงอากาศ ยังคงเป็นมาตรฐานพื้นฐานที่เหมาะสม
การตรวจเอกซเรย์มุมเอียงเหมาะสำหรับบอร์ดของคุณหรือไม่?
หากบอร์ดอินเทอร์เฟซของคุณมีหลายชั้น BGA ต้องการการรับรองตามมาตรฐาน Class 3 หรือให้ผลการอ่านที่ไม่ชัดเจนภายใต้การตรวจสอบ AOI/SPI มาตรฐานหรือเอกซเรย์ในแนวตั้งฉาก การตรวจสอบด้วยเอกซเรย์มุมเอียงอาจเป็นสิ่งจำเป็น PCBCart ใช้การตรวจสอบด้วยเอกซเรย์มุมเอียงเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการควบคุมคุณภาพในขั้นตอนการประกอบสำหรับงานผลิต PCBA แบบ HMLV รวมถึงบอร์ดอินเทอร์เฟซสำหรับเครื่องทดสอบเซมิคอนดักเตอร์ ATEส่งโครงสร้างเลเยอร์ของบอร์ดและข้อกำหนดการตรวจสอบของคุณเพื่อขอใบเสนอราคา— ทีมวิศวกรรมของเราจะยืนยันก่อนเริ่มการประกอบว่า การตรวจสอบด้วยมุมเอียงเหมาะสมกับบอร์ดของคุณหรือไม่
แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์
