Влияние состава припоя, поверхностного покрытия печатных плат и объема паяного соединения на надежность при ударной нагрузке. Часть 2.

автор Джим Вилкокс (Jim Wilcox), Ph.D. и Френсис Мутуку (Francis Mutuku), UNIVERSAL INSTRUMENTS CORP.; и Шуай Шао (Shuai Shao) и Бабак Арфай (Babak Arfaei), Ph.D., BINGHAMTON UNIVERSITY |

Разработка платы и Обнаружение нарушений

Смонтированная тестовая плата показана на Рис.1. На каждом углу платы есть два канала ввода, соединенных с внешним углом площадки BGA с двух сторон.

На каждом углу платы есть два канала ввода, соединенных с внешним углом площадки BGA с двух сторон. В смонтированной структуре сигнал монитора целостности проходит через угловое соединение А и соседнее соединение В к земле, как показано на Рис.2.

Рис.1. Смонтированная тестовая плата (77мм*77мм) с двумя каналами (ввод, вывод), доступными на каждом углу.

Рис.2. Дорожки каналов BGA на одном углу (А). Красная линия обозначает цепь установленных компонентов.

Электрическое сопротивление каналов ввода к земле отслеживается во время падения. Если либо ввод 1 либо ввод 2 нарушается, за чем следует другие нарушения после дополнительных падений, скорее всего тип нарушения – это образование лунок на площадке. Это указывает на трещины внутри покрытия тестовой платы, которые разрослись от одной стороны к другой, разъединяя две медные дорожки последовательно. С другой стороны, когда оба канала нарушаются одновременно, усталость припоя в угловом соединении А или другое нарушение дорожки вокруг соединения В будут предполагаться нарушением. Опыт указывает, что соседнее соединение В вряд ли повредится раньше, чем угловое соединение А, что значит одновременное нарушение обоих каналов скорее всего будет нарушением припоя в угловом соединении (Рис.3).

Рис.3. Иллюстрация обнаружения нарушения.

Оставшиеся паяные соединения в смонтированной решетки паяных соединений (например, вне двух анализируемых соединений в каждом углу) сшиты вместе в единую тестовую сеть.

В предыдущем исследовании на надежность при падении использовалась похожая тестовая плата14. В этом исследовании обнаружились некоторое влияние сплава припоя на характерное время жизни при падении. Однако, доминантный тип нарушения был образование лунок на площадках. Шок вызвал распространение трещин в покрытие платы в большей степени, чем через паяные соединения, представляющие интерес. Для исследования сплава было решено сравнить нарушения, возникающие в сплавах припоя, представляющих интерес, а не нарушения в материале покрытия под ним. В обновленной плате, используемой в этом исследовании, были усилены медные сигнальные дорожки и площадки, так как она так же имела площадки с паяльной маской как для компонента, так и стороны платы (Рис.4) для стимулирования нарушения паяного соединения. Нарушение определялось за счет значительного увеличения электрического сопротивления через детектор события. Хотя тестовая схема разработана таким образом, чтобы обеспечивать индикацию типа нарушения через детектор события, реальный тип нарушения всегда подтверждается изучением поперечного разреза (Рис.4).

Рис.4. (a) обновленная тестовая плата (c) ее поврежденное соединение; (b) плата из предыдущего теста (d) ее поврежденное соединение.

Аппарат Теста на падение

В данном исследовании использовалось Условие эксплуатации “F” аппарата JEDEC Mechanical Shock Standard (JESD22-B104C): 900G пиковое значение ускорения, 0.7ms длительность импульса и 386 cm/s (152 in/s) изменение скорости. Аппарат теста на падение – это шоковый стол Лансмонта, схематически показанный на Рис.5. Чтобы ускорить тестирование больших количеств образцов, необходимых для данного исследования, были включены монтажные крепления для одновременного падения четырех тестовых плат. Каждое монтажное крепление состояло из четырех стоек для угловых монтажных отверстий платы. Они были распложены два на два по центру стола.

Рис.5. Диаграмма для аппарата теста на падение и схема установки собранной тестовой платы11.

Ответ на шок на креплении

Шоковые импульсы должны быть равномерно распределены по четырем платам на столе. Ответы на шок на четырех креплениях проверяются следующим образом. Фиксаторы привинчены к столу. Никаких плат не установлено, только стойки. Один соответствующий акселерометр остается на том же месте на столе для каждого падения, чтобы быть уверенным, что шоковые значения повторяются от падения к падению. Второй акселерометр расположен на поверхности стола над планируемым центром каждой тестовой платы для измерения ответов на шок во время успешных падений. Данные акселерометра на всех четырех положениях плат отображены на Рис.6. максимальные значения акселерометра приведены в Таблице 2. Отклонение максимум по местоположению составляет 1,6% (907G ± 0.8%).

Таблица 2. Максимальные ответы акселератора по местам.

Рис.6: Данные акселерометра на крепеже стола, измеренные на проекции центра каждой платы.

Измерения деформаций на плате

Тензодатчики установлены на специально разработанных местах открытия паяльной маски на смонтированной стороне платы рядом с углами компонента, один датчик на каждой из четырех установленных плат. Места тензодатчиков для каждой платы показаны на Рис.7. Из-за ограничения количества каналов были измерены деформации только при 45°. Из-за симметричного дизайна ожидается, что эти 45° деформации будут основными деформациями. Образцы роняли стороной с компонентами вниз, таким образом, что первоначальное воздействие от падения будет записывать деформации растяжения поверхности платы на каждом углу.

 

 

Рис.7. (a) Открытие паяльной маски для установки тензометрического датчика. (b) четыре платы, установленные на стол, с указанием мест расположения акселерометра, (c) идентификаторы положения платы.

Назад