FPGA與PCB板焊接的連接問題分析

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封裝形式的特點是焊接球小和焊接球的直徑小。當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е玛P鍵設備的災難性故障。為了防止關鍵設備由于焊接問題引起的災難性故障，美國銳拓集團公司(Ridgetop-Group)開發(fā)了SJ-BIST解決方案。作為一系列的故障預測產(chǎn)品中的一員，SJ-BIST對工作中的FPGA的焊接失效提供了實時檢測手段。

焊接點故障失效經(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)應力相關的失效　--　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-機械應力和震動應力。無論是震動，扭矩轉(zhuǎn)力，熱循環(huán)，材料膨脹，或環(huán)境中的其他應力，其不可避免的結果是由累積損傷造成的機械故障。在焊接連接中，損傷表現(xiàn)為器件與PCB連接處的裂縫。

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

2)與制造生產(chǎn)相關的故障

因為焊接點失效也發(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。主要的缺點是無法進行測試和檢查焊點。

目視檢查僅限于FPGA的最外排的焊接點，而電路板尺寸和其他表面安裝元件限制了更進一步的視野。隨著BGA封裝陣列密度的增加，焊接球的偏差變得更嚴格。在細間距的BGA封裝中，有數(shù)以千計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斷開的故障的主要成因。當焊接不浸濕焊盤時,即使百分之百的x射線的檢查是不能保證找到焊點斷裂.涉及焊球并粘貼毛細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