BGA (Ball Grid Array) — корпус микросхемы, у которого контакты расположены в виде матрицы шариков припоя на нижней стороне. После пайки все соединения оказываются под корпусом чипа. Увидеть их невозможно — ни визуально, ни с помощью автоматической оптической инспекции (AOI). Единственный неразрушающий способ оценить качество — рентгеновская инспекция.
В чём проблема скрытых соединений
При монтаже bga компонентов на плату паяные шарики расплавляются в конвекционной печи и формируют контакт между микросхемой и площадками платы. Процесс идёт вслепую: оператор не видит, как ведёт себя припой под корпусом. Дефекты — пустоты, замыкания, смещения — остаются невидимыми до тех пор, пока плата не попадает на рентгеновскую установку или не выходит из строя у заказчика.
AOI, которая эффективно находит дефекты на открытых SMD-площадках, при BGA бесполезна. Камера видит только верхнюю часть корпуса — ровный прямоугольник без каких-либо признаков того, что происходит под ним.
Что показывает рентген
Рентгеновский аппарат просвечивает плату насквозь. Припой, медь и кремний имеют разную плотность и по-разному поглощают излучение. На снимке видны:
- Воиды (пустоты). Газовые пузыри внутри шариков припоя. Образуются из-за летучих компонентов флюса, влаги в паяльной пасте или некорректного термопрофиля. На рентгенограмме выглядят как тёмные пятна внутри светлых кругов.
- Замыкания (бриджи). Припой растёкся между соседними шариками и создал токопроводящую перемычку. Причины — избыток пасты, смещение чипа при установке, слишком агрессивный термопрофиль.
- Непропаи. Шарик не сформировал контакт с площадкой — либо паста не расплавилась полностью, либо площадка была загрязнена, либо шарик отсутствовал.
- Смещение чипа. Микросхема сдвинулась относительно проектного положения. На снимке это видно по несимметричному расположению шариков относительно площадок.
Допуски по IPC-7095
Стандарт IPC-7095 («Design and Assembly Process Implementation for BGAs») регламентирует допустимый уровень воидов. Для большинства применений суммарная площадь пустот не должна превышать 25% площади шарика. Для ответственной электроники (класс III по IPC-A-610 — медицина, авиация, военная техника) требования жёстче. Если монтаж bga компонентов на плату выполнен с превышением этих порогов, соединение считается дефектным. В таком случае микросхему демонтируют и устанавливают повторно — реболлинг.
Когда рентген обязателен
Рентгеновскую инспекцию проводят не на каждой плате — это дорогая операция. Но в ряде случаев она безальтернативна:
- Ответственная электроника — медицинские приборы, авиационные системы, промышленная автоматика. Отказ платы в таком изделии несопоставим по стоимости с ценой инспекции.
- Первые партии нового изделия — пока термопрофиль и монтажные параметры не отработаны, процент дефектов выше.
- Новый дизайн платы — при первом запуске проекта рентген позволяет выявить ошибки в топологии площадок, неправильный выбор трафарета или пасты.
- Рекламации — если заказчик сообщил о выходе изделия из строя, рентген помогает локализовать причину без разрушения платы.
Дополнительные методы контроля
Рентген показывает геометрию соединений, но не гарантирует электрическую работоспособность. Шарик может выглядеть идеально на снимке, но иметь внутреннюю трещину или скрытое загрязнение контактной площадки. Поэтому при сборке плат с BGA рентген дополняют электрическим тестированием — проверкой целостности цепей, сопротивления, функциональным тестом.
Для срочного монтажа печатных плат с BGA-компонентами подрядчик должен иметь доступ к рентгеновскому оборудованию — без него монтаж bga компонентов на плату остаётся лотереей.