检测工作有助于发现电路板故障

技术分类: EDA工具与服务  | 2006-12-06
Thomas Paquette,洞察力分析实验室

方面的经验,分析师可以试着使用声学显微镜、X光检测或视觉检测的视觉系统来发现缺陷,但是每种技术都有其通常不适合检查BGA问题的局限性。

  分析师能够在一个封装好的器件(图3)内使用声学显微镜"看到"分层、通孔和损坏,但是,BGA内部的元件通常会扰乱声波并阻碍良好的焊球影像。同样,穿过电路板从一个BGA下面形成的焊球的声学显微图像会产生不良的结果。PCB包括玻璃纤维和金属层和通孔,更不用说安装在PCB背面的元件了,这些都会减弱和传播声波。

分析师能够在一个封装好的器件(图3)内使用声学显微镜"看到"分层、通孔和损坏,但是,BGA内部的元件通常会扰乱声波并阻碍良好的焊球影像


  X光技术能够产生BGA焊球的图像,但是分析师只能判断焊球的形状,图像是不透明的,焊料中还存在通孔和焊料"润湿"的迹象(图4)。分析师不可能看到焊料中的微裂缝以及"黑色焊垫"腐蚀所引起的问题。分析师只能从X光图像推断冷焊点(cold-solder)的存在。

X光技术能够产生BGA焊球的图像,焊球的形状,图像是不透明的,焊料中还存在通孔和焊料"润湿"的迹象(图4)


  利用光纤相机系统对BGA进行的视觉检测有助于检测者看到更多的焊球。但是,当分析要求检测数以百计的焊球以发现一个或两个缺陷时,这种类型的检测被证明是低效的。

  通常,电气测试仍然是鉴别开路焊点或短路焊球,以及BGA内部开路和短路的最佳方法。尽管,由于它需要与BGA线路进行电气接触,

也使测试存在弊端,但是,可以把测试点(test pad)放在PCB的元件面,也可以把测试点放在PCB的背面来复制BGA的焊球图形。这种类型的接触对PCB来说是一个额外的"空间"代价。因此,分析师可能需要更多的测试点,测试点的成本就可能很高。

  当其它所有技术已经无能为力,而分析师也没有了其它选择时,作为一种最后的手段,他们可以使用"染料探查(dye and pry)"技术,它依赖于一种液态染料方法,可以穿透存在的微裂缝或达到开路的焊球之下。在染色干燥之后,分析师可以从PCB上撬下BGA,检查焊球存在的染色,并分析染料所揭示的问题(图5)。遗憾的是,这种方法会损坏其所有者可能希望挽救的PCA。

在染色干燥之后,分析师可以从PCB上撬下BGA,检查焊球存在的染色,并分析染料所揭示的问题(图5)


  留在暗处的通孔

  接触故障也可能出现于PCB内部。复杂的设计可能包括20个或更多的金属层,在PCB内部深层形成“三明治”。这种类型的结构使测试探针难以连接到一些内部导线。采用小引线间距的密集元件设计需要使用更小的通孔——创建穿过一个层到连接导线的触点。PCB可能包括埋孔或盲孔(这些都没有在PCB表面显露出来),以及高长宽比的通孔(对于一个给定层厚度来说其直径很小)。采用更小和埋孔都可能会造成由不完全电镀、裂缝和来自制造材料的污染引起的故障(图6)。

采用更小和埋孔都可能会造成由不完全电镀、裂缝和来自制造材料的污染引起的故障(图6)


  通孔和金属层数量的不断增加似乎使发现短路情况变得越发的困难。为了进行一次短路分析,分析师需要PCB布局文件和电路图。手中有了这些信息,他们就能使用一种"强力"方法了。

  首先,分析师要确定可能发生短路的区域,然后他们要检测表面点。如果可能,他们还要隔离具体的导线。某些分析可能需要刺入电路板使内部导线暴露出来以便于探查。或者,分析师可能需要刺入电路板切断一根内部导线,以便对电路进行隔离。作为一种最后的手段,他们可以获得沿着切口看到PCB内部导线的机会。

  ESD事件的触发问题

  如果仍然无法查明电路板故障的原因,分析师就需要考虑IC内可能出现的损坏了。ESD和EOS事件仍然是引起大多数IC故障的主要原因。分析师能够确定独立的器件故障,但是对一个与"主"PCA上的电路和导线有关的IC的分析,可能把他们引到ESD或EOS事件的起因。对集成电路本身的分析可以显示哪一个引脚受到了过应力事件的影响。这时,电路图和PCB布局能够帮助分析师确定损坏的电压路径和来源。

  这样的分析有助于制造商重新设计他们的PCA和电路,以改善可靠性。对与PCA故障相关的整个IC故障的分析也可能把出现ESD或EOS问题原因指向生产设备,或者是处理程序。

  在某些情况下,甚至是一个已知合格的IC也可能引起故障。在给定的环境中,处理过程中的细微差别可能使来自一家制造商的IC比另一家制造商的可引脚对引脚替代的IC更容易受到问题的影响。在其它情况下,一次生产的许多IC可能造成更高的故障率。

  视觉检测、红外成像、声学显微镜和其它工具都有助于故障分析师发现电路故障及其原因。但是,故障分析检测工作也需要优良的工程设计技巧,同时需要了解电路和元件故障以及这些故障可能造成损坏的直觉。

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