FPGA與PCB板焊接連接失效

　　問(wèn)題描述：

　　81%的電子系統中在使用FPGA，包括很多商用產(chǎn)品和國防產(chǎn)品，并且多數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FGPA被焊在PCB板上時(shí)，容易造成焊接連接失效。焊接連接失效可以“致命“一詞來(lái)形容。當焊接球將封裝有FPGA的器件連接到PCB上時(shí)，如果沒(méi)有早期檢測，由焊接失效引起的電性異?？赡軙?huì )導致關(guān)鍵設備的災難性故障。為了防止關(guān)鍵設備由于焊接問(wèn)題引起的災難性故障，美國銳拓集團公司(Ridgetop-Group)開(kāi)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(shí)時(shí)檢測手段。

　　焊接點(diǎn)故障失效經(jīng)常發(fā)生在FGPA,在所有類(lèi)型的商業(yè)和國防產(chǎn)品中.當FPGA被封裝在BGA封裝件中后，FPGA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(lái)，早期檢測發(fā)現是非常困難的，間歇性的故障會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的升級直到設備提供不可靠的性能或無(wú)法操作。不過(guò),正如經(jīng)常發(fā)生的情況,這個(gè)問(wèn)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(jiàn)失效原因：

　　1)應力相關(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-機械應力和震動(dòng)應力。無(wú)論是震動(dòng)，扭矩轉力，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，損傷表現為器件與PCB連接處的裂縫。

　　現行的預測焊接連接失效的方法是統計退化模型。但是，由于統計在大量樣品存在時(shí)才具有實(shí)際意義，基于統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(gè)直接的，實(shí)時(shí)的衡量和預測焊接連接失效的手段。

　　2)與制造生產(chǎn)相關(guān)的故障

　　因為焊接點(diǎn)失效也發(fā)生在生產(chǎn)制造過(guò)程中.Ridegtop-GroupSJ-BIST可以監測到未安裝好　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。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(wú)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(zhù)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(pán)的諧調和焊接的不充分成為焊盤(pán)的斷開(kāi)和部分斷開(kāi)的故障的主要成因。當焊接不浸濕焊盤(pán)時(shí),即使百分之百的x射線(xiàn)的檢查是不能保證找到焊點(diǎn)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(xiàn)成像。

　　作為一個(gè)內嵌式軟核，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200納秒或更長(cháng)時(shí)間。

　　2.第一個(gè)失效事件發(fā)生后在10%的時(shí)間內發(fā)生10個(gè)或更多個(gè)失效事件。

　　焊接失效的類(lèi)型：

　　1)焊接球裂縫

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