FPGA與PCB板焊接連接問題分析

問題描述：

　　81%的電子系統(tǒng)中在使用FPGA，包括很多商用產(chǎn)品和國防產(chǎn)品，并且多數(shù)FPGA使用的是BGA封裝形式。BGA封裝形式的特點(diǎn)是焊接球小和焊接球的直徑小。當(dāng)FGPA被焊在PCB板上時，容易造成焊接連接失效。焊接連接失效可以“致命“一詞來形容。當(dāng)焊接球?qū)⒎庋b有FPGA的器件連接到PCB上時，如果沒有早期檢測，由焊接失效引起的電性異?？赡軙?dǎo)致關(guān)鍵設(shè)備的災(zāi)難性故障。為了防止關(guān)鍵設(shè)備由于焊接問題引起的災(zāi)難性故障，美國銳拓集團(tuán)公司(Ridgetop-Group)開發(fā)了SJ-BIST解決方案。作為一系列的故障預(yù)測產(chǎn)品中的一員，SJ-BIST對工作中的FPGA的焊接失效提供了實(shí)時檢測手段。

　　焊接點(diǎn)故障失效經(jīng)常發(fā)生在FGPA,在所有類型的商業(yè)和國防產(chǎn)品中.當(dāng)FPGA被封裝在BGA封裝件中后，F(xiàn)PGA很容易受焊接連接失效的影響。焊接失效的原因不能被孤立出來，早期檢測發(fā)現(xiàn)是非常困難的，間歇性的故障會隨著時間的升級直到設(shè)備提供不可靠的性能或無法操作。不過,正如經(jīng)常發(fā)生的情況,這個問題也是可以解決的,它就是Ridgetop-GroupSJ-BIST.

　　有哪些因素可造成焊接連接失效呢?

　　常見失效原因：

　　1)應(yīng)力相關(guān)的失效　--　針對工作中的器件

　　對工作中的器件，造成焊接連接失效的主要因素是熱-機(jī)械應(yīng)力和震動應(yīng)力。無論是震動，扭矩轉(zhuǎn)力，熱循環(huán)，材料膨脹，或環(huán)境中的其他應(yīng)力，其不可避免的結(jié)果是由累積損傷造成的機(jī)械故障。在焊接連接中，損傷表現(xiàn)為器件與PCB連接處的裂縫。

　　現(xiàn)行的預(yù)測焊接連接失效的方法是統(tǒng)計(jì)退化模型。但是，由于統(tǒng)計(jì)在大量樣品存在時才具有實(shí)際意義，基于統(tǒng)計(jì)的模型充其量也只能是一種權(quán)宜的解決辦法。銳拓集團(tuán)公司的SJ-BIST可以提供一個直接的，實(shí)時的衡量和預(yù)測焊接連接失效的手段。

　　2)與制造生產(chǎn)相關(guān)的故障

　　因?yàn)楹附狱c(diǎn)失效也發(fā)生在生產(chǎn)制造過程中.Ridegtop-GroupSJ-BIST可以監(jiān)測到未安裝好　的FPGA。這些與制造業(yè)相關(guān)的故障有它自己的一套檢測的挑戰(zhàn)。目視檢查是目前所采用的確定在制造環(huán)境中的失效的方法。主要的缺點(diǎn)是無法進(jìn)行測試和檢查焊點(diǎn)。

　　目視檢查僅限于FPGA的最外排的焊接點(diǎn)，而電路板尺寸和其他表面安裝元件限制了更進(jìn)一步的視野。隨著BGA封裝陣列密度的增加，焊接球的偏差變得更嚴(yán)格。在細(xì)間距的BGA封裝中，有數(shù)以千計(jì)1.0毫米間距和0.60毫米球直徑的焊接球。在這些條件下，焊盤的諧調(diào)和焊接的不充分成為焊盤的斷開和部分?jǐn)嚅_的故障的主要成因。當(dāng)焊接不浸濕焊盤時,即使百分之百的x射線的檢查是不能保證找到焊點(diǎn)斷裂.涉及焊球并粘貼毛細(xì)滲透到鍍通孔的另一種缺陷是不容易識別，甚至還與X線成像。

　　作為一個內(nèi)嵌式軟核，Ridgetop-GroupSJ-BIST是在生產(chǎn)制造環(huán)境中真正適合PCB-FPGA監(jiān)測。

　　BGA封裝連接失效(用于熱循環(huán))的定義：

　　業(yè)界關(guān)于BGA封裝連接失效的定義是：

　　1.大于300歐姆的峰值電阻持續(xù)200納秒或更長時間。

　　2.第一個失效事件發(fā)生后在10%的時間內(nèi)發(fā)生10個或更多個失效事件。

　　焊接失效的類型：

　　1)焊接球裂縫