Hi ich habe irgendwo mal gehört, dass ein Bestücker um BGA Bautiele zu löten, ein XRAY braucht um die Lötstellen zu überprüfen. Ist das ein Muss? Oder gibt es andere Verfahren um BGA Lötpunkte zu verfizieren? Danke
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Reingucken (also röntgen) ist die einzige Möglichkeit um es sicher zu sagen, alles andere ist Raten und Hoffen.
Röntgen hilft, wird aber nur stichprobenartig gemacht oder wenn Probleme auftauchen. Man kann bei nichttrivialen Stückzahlen unmöglich alle BGAs auf allen Exemplaren so prüfen.
Das Produkt sollte eine Selbsttest -Funktion haben, die automatisch alle Hardware-Aspekte prüft, eben auch alle Pins der Chips. z.B. bei einem RAM im BGA-Package würde man einfach einen klassischen Memory Test laufen lassen, was sowieso nötig ist um den RAM an sich zu testen - das findet dann auch Kontaktprobleme.
Falls es sich um Handarbeit handelt: Solange der BGA-Chip der einzige auf der Platine ist (oder 0Ω-Widerstände passend eingeplant und erst später eingelötet werden), kann man die ESD-Schutzdioden messen. Funktioniert natürlich nicht für Anschlüsse, die intern im Chip verbunden sind.
ein XRAY braucht um die Lötstellen zu überprüfen. Ist das ein Muss?
Es reicht idR. aus, das nur beim Prozessanlauf einer Baugruppe zu machen. Wenn dann die Parameter für die Fertigung funktionieren und stabil und unverändert bleiben, dann gehts auch ohne. Bei einem Wechsel des LP-Fertigers wäre es dann aber wieder sinnvoll, ein paar Baugruppen zu röntgen.
Oder gibt es andere Verfahren um BGA Lötpunkte zu verfizieren?
Es gibt auch Mikroskope, mit denen man zwischen LP und BGA-Gehäuse reinschauen kann:
Das Problem dabei ist aber meist das "Drankommen".
Für EA-Pins haben die Bausteine dann meist die Möglichkeit, per JTAG angesteuert und/oder ausgelesen zu werden. Damit können dann aber nicht die Versorgungsballs geprüft werden.
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Oder gibt es andere Verfahren um BGA Lötpunkte zu verfizieren?
Es gibt auch Mikroskope, mit denen man zwischen LP und BGA-Gehäuse reinschauen kann:
Das Problem dabei ist aber meist das "Drankommen".
Da hat man kern sogenannte Glasfaser-Kameras/Endoskope mit dennen man auch von der Seite heranfahren kann und kleine Umlenkprismen wenn man sich von oben nähert (Kühlkörper setzt man auch nach der Optischen Inspektion drauf). Allerdings sieht man da auch nur die äußeren Reihen und für einen Voll-Laien ist es schwierig da die Qualität der Lötung abzuschätzen.
Die IPC hat viele Bildchen und Beschreibungen zur Qualitätsbewertung, bspw. wieviel Prozent Lunkervolumen noch akzeptabel sind.
Der Klassiker zur Anschlussprüfung ist "JTAG Boundary scan" und Nadelbettadapter. Boundary scan wird von vielen BGA-Bauteilen wie DDR-RAM oder FPGA unterstützt, einfach mal in die Unterlagen vom Hersteller schauen.
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IPC_BGA_Auszug.jpg
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Wenn ict/flying needle, Vtep, also kapazitive Abnahme des bga und alle Pins außer Power auf gnd außer das zu testende gepulst. Gemessen wird in Pico Farad. So können alle Pins durchgemessen werden, Power Pins werden separat gemessen, Normalerweise auf Durchgang da davon mehrere vorhanden sind. Je nach Testhersteller heißt dies eventuell unterschiedlich.
Wenn ict/flying needle, Vtep, also kapazitive Abnahme des bga und alle Pins außer Power auf gnd außer das zu testende gepulst.
Hab mal nach VTEP recherchiert: "Vectorless Test Enhanced Probing", klingt erstmal sehr interessant, thanks for the Hinweis. Scheint generell brauchbar, nicht nur für BGA.
Ich kenne die Variante, dass vermessen wird dass der BGA gerade sitzt und um wieviel er sich 'gesetzt' hat. Das lässt recht gute Rückschlüsse darauf zu, ob die Lötung prinzipiell in Ordnung ist. Dazu die optische Inspektion per Winkelkamera von allen Seiten, damit kann man bis zu drei Reihen Balls sehen.
Röntgen hilft nur um Kurzschlüsse zu finden. Haarisse oder schlechte Lötungen sieht man auf dem Röntgen eher nicht.
Und ja, man treibt diesen Aufwand nur bis der Prozess steht.
Ne, dies wurde extra fuer BGA entwickelt. Ich weiss, die Patente gehen aus und so versuchen sie was neues was sie patentieren koennen um die Patente weiter aufrecht zu erhalten, aber glaubst du wirklich, dass so eine aufwendiger Test den optischen Test ersetzt, wenn der optische nach dem Bounding sehr einfach und ms im Vergleich zu 30+ Sekunden bis mehrere Minuten dauert ?
https://keysight-docs.s3-us-west-2.amazonaws.com/keysight-pdfs/E9901E/Vectorless+Test+EP+%28VTEP%29+Goes+Head-to-Head+wit.pdf https://hpwiki.mcguirescientificservices.com/_media/application_notes:5989-9375en.pdf
PS: Auch flying Probe tester haben einen solchen Kopf der dann BGA testen kann. Ist meist billiger als ein dedizierten ICT adapter, speziell mit den TestJet.
Side-view optical bga inspection ist eine manuelle Taetigkeit und treibt halt den Preis hoch, bei Prototypen usw sinnvoll, und vielleicht bei 0 Serie.
https://atecare.com/wp-content/uploads/atecare-broschure-inspectis-side-view-optical-bga-inspection-system.pdf https://linkhamson.com/new-generation-optical-bga-inspection/
Das Produkt sollte eine Selbsttest -Funktion haben, .... z.B. bei einem RAM im BGA-Package würde man einfach einen klassischen Memory Test laufen lassen, ... - das findet dann auch Kontaktprobleme.
Der weiß auch automatisch, wie sich die Baugruppe bei Temperaturänderungen auf die unteren oder die obere Temperaturgrenze verspannt und was dabei an schlecht gelöteten Kontakten passiert ;-)
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schlechte Lötungen sieht man auf dem Röntgen eher nicht.
Doch, die sieht man. Mit dem richtigen Gerät kann man die Lötungen (jede einzelne Kugel) auch seitlich ansehen. Aber das ist dann wie gesagt nur bei Problemen sinnvoll.
Mittlerweile kann man sogar bei JLCPCB eine Röntgenkontrolle sämtlicher bestückter Baugruppen beauftragen.
Der weiß auch automatisch, wie sich die Baugruppe bei Temperaturänderungen auf die unteren oder die obere Temperaturgrenze verspannt
Ja, wenn man den Test bei unterschiedlichen Temperaturen wiederholt.
schlechte Lötungen sieht man auf dem Röntgen eher nicht.
Doch, die sieht man. Mit dem richtigen Gerät kann man die Lötungen (jede einzelne Kugel) auch seitlich ansehen.
Wenn's eine Kugel ist, hat die Löterei eher nicht funktioniert. Die hinterläßt eher Faß-ähnliche Gebilde (an der Lötstelle, nicht der Löter ;-))
Das klassische x-ray hat tatsächlich nur eine 2D Draufsicht, an der mann Abstände und mögliche Kurzschlüße erkennen kann. Das Bild mit dem komischen Grünstich (im Anhang ne kontrastaufnbereitete Variante) erhält man bspw. während einer 2,5 D Inspektion. Dabei kann man quasi in Echtzeit das Bord drehen (wie im 3D CAD View). Allerdings braucht es zur Abschätzung, was man in diesem Grauwertbild sehen kann (gute oder schlechte Lötung) einen erfahrenen Experten. In dem Bild sind IMHO erstaunlich wenig Lunker (Gaseinschlüße) im Lot. Wir hatten mal ein Board 2,5 D inspiziert, weil wir einen Haarriß vermuteten, so einen findet man aber eher mit Glück.
Interessanter finde ich die ganzen Via's zwischen den Layers, da scheinen auch buried vias dabei zu sein.
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enhancedContrast.jpg
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Röntgen hilft nur um Kurzschlüsse zu finden. Haarisse oder schlechte Lötungen sieht man auf dem Röntgen eher nicht.
Hab mal eine weiter Seite aus der IPC angehangen, in der ein Bild von einem Röntgenbild wie es in der Massenproduktion angefertigt wird dabei ist (8-164).
BTW, das folgende Bild 8-166 zeigt wohl kein BGA (Ball Grid Array) sondern ein CGA (Column-grid-array). So was wird eher selten eingesetzt, IMHO nur bei Baugruppen mit hoher mechanischer Belastung (bspw. Rakete) oder wechselnder thermischer Belastung, https://iconnect007.com/index.php/article/90307/bga-or-cga-when-is-it-right-for-you/90310?skin=smt
Angehängte Dateien:
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SeiteBGA_XR.jpg
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da scheinen auch buried vias dabei zu sein.
Das täuscht in der 2D-Projektion, die kurzen Durchstiege sind Blind Vias von der BGA-Aussenlage einen Layer nach innen. Wenn man die verfolgt sieht man es: da hängt immer ein Ball dran.
Allerdings braucht es zur Abschätzung, was man in diesem Grauwertbild sehen kann (gute oder schlechte Lötung) einen erfahrenen Experten.
Wenn man das Bild in der 3D-Ansicht dreht/bewegt, dann sind die Lötfehler nach kurzer Zeit wirklich leicht zu erkennen. Man braucht aber tatsächlich einen erfahrenen Bediener für das Röntgengerät. Mit diesen Problemfällen waren wir bei der Fa. Yxlon direkt vor Ort und haben uns durch den Showroom gehangelt... ;-)
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da scheinen auch buried vias dabei zu sein.
Das täuscht in der 2D-Projektion, die kurzen Durchstiege sind Blind Vias von der BGA-Aussenlage einen Layer nach innen. Wenn man die verfolgt
OK, wenigstens halbrichtig geschaut, blind statt wie vermutet buried.
sieht man es: da hängt immer ein Ball dran.
Oh, via im Pad ist ja nochmal schwieriger, wir hatten damals es erst ohne "plugged" versucht. Hilft da "blind versus durchgehend" ? Aber IMHO sollte man gleich mit Abdeckung über den vias starten, egal wie tief das via reicht. BGA-Pad's stehen halt so eng das man die vias nicht neben den Löt- pads platzieren kann.
Mit diesen Problemfällen waren wir bei der Fa. Yxlon direkt vor Ort und haben uns durch den Showroom gehangelt... ;-)
In Hamburg? Ja, wir sind damals (ca. 2010) auch direkt mit der Platine zum X-ray Hersteller (phoenix x-ray) gefahren, war bei Hannover. Da im selben Konzern damals (GE Inspection Technologies, heute Baker Hughes ) ging das auch kurzfristig.
Die Frage war ja, ob ein Bestücker ein X-Ray braucht oder nicht.
Auftragsbestücker würde ich sagen, JA. Denn das Problem liegt zum Hauptanteil an der Leiterplatte und nur zu einem geringen Anteil im Prozess. Bei Auftragsarbeiten weiß niemand, wie gut der Layouter das Board geroutet hat und wie gut die Qualität des Boards selbst ist. Wenn der Layouter die Design Rules nicht richtig eingehalten hat und der Boardhersteller das durchgewunken hat, kann es Probleme geben. Manche Boards sind krumm wie Bananen, was bei BGA natürlich tödlich ist. Oder sie werden erst während des Lötens oder beim Abkühlen krumm. Diese Erfahrung habe ich schon oft vor allem bei "günstigen" Boardherstellern gemacht. Mein Bestücker hatte damals schon bei nicht-BGA Probleme mit krummen Platinen, so schlimm war das teilweise. Die musste man dann teuer z.B. bei Q-Print machen lassen, aber die Qualität war dafür auch top. Nur ein kleines Restrisiko liegt im Prozess. z.B. wenn die Lötpaste fehlerhaft aufgebracht wurde.
Selbstbestücker eigener Produkte in kleineren oder mittleren Stückzahlen würde ich sagen, NEIN. Durch eigene Tests und Erfahrung sollte man das soweit selbst in den Griff bekommen. Für eigene Produkte entwickelt man ja auch eigene Prüfverfahren, die der Fremdbestücker nicht hat. Natürlich haben die größeren Betriebe meist auch ihr eigenes X-Ray.
Gruß
dann sind die Lötfehler nach kurzer Zeit wirklich leicht zu erkennen.
Das geht seit etlichen Jahren automatisch, da muss man nicht mehr viel üben. AXI-Systeme sind inzwischen Standard in der Mittelklasse der EMS-Branche, wir haben seit über 10 Jahren eins. Ist aber halt natürlich (damals wie heute) nicht ganz billig...
Ein oder mehrere erfahrene Operatoren für die Anlage sind aber noch wichtger, wenn man's nicht parametriert kriegt nutzt die schönste Anlage nix.
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Die Frage war ja, ob ein Bestücker ein X-Ray braucht oder nicht.
Nein, braucht er nicht.
Unsere beiden Fertiger hatten mal X-Ray.
Beim einen kostete Röntgen Aufpreis. Den bezahlten wir dann für die ersten tausend Steuerungen, dann war der Prozess eingefahren und die Kosten für das Röngten wurden weggespart.
Beim anderen war es kostenlos, solange der Spezialist vom Krankenhaus nebenan die halbjährliche "Röngtenprüfung" für ein Taschengeld nebenher gemacht hat. Als der in Rente ging, wurde auch dort das Röntgen kostenpflichtig und fiel dann weg. Fazit: ab diesem Zeitpunkt wurde wurde dort nach Serienanlauf nicht mehr geröngt.
Und als bei beiden die Anlagen dann so langsam ins Alter kamen, wurden sie komplett ausgemustert. Wir konnten nach Wegfall der "Serienröntgung" keine Qualitätsprobleme bemerken. Das wurde offenbar durch aktualisierte AOI- und Vermessungssystme ausgeglichen. Denn wie gesagt: allein daran, wie das das BGA auf der LP liegt, kann man damit den Erfolg des Lötprozesses offenbar hinreichend gut beurteilen.
Mein Bestücker hatte damals schon bei nicht-BGA Probleme mit krummen Platinen, so schlimm war das teilweise.
Die obigen Bilder entstanden auch nach einem eigentlich unkritischen Wechsel von einem deutschen LP-Hersteller zu einem chinesischen Hersteller. Kein Mensch konnte sich erklären, was da schief lief, die LP waren maßhaltig, Spezialisten von Ersa und Metallurgen der nächsten Hochschule fanden "keine relevanten Unterschiede", Änderungen des Lötprofils brachten eine leichte Verbesserung. Fazit: nach einigen tausend versenkten Euro wurde wieder zum bisherigen LP-Lieferanten umgestellt...
In Hamburg?
Nein, das war ein Vertriebsparnter in "fahrbarer" Nähe. Die wollten unserem Fertiger am liebsten gleich so eine Anlage verkaufen.
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