Teknik Inspeksi Bola Grid Array

Teknik Inspeksi Array Kotak Bola

Kemajuan teknologi yang konstan telah menggerakkan elektronik ke arah produk kecil dan ringan. Untuk memenuhi keinginan konsumen ini, teknologi surface-mount (SMT) diperkenalkan. Namun, peningkatan permintaan untuk produk ini juga membutuhkan pengembangan teknologi kepadatan tinggi yang dapat dirakit dengan cepat. Dorongan ini mengarah pada pengembangan teknologi ball grid array (BGA).

BGA dan perangkat serupa dengan cepat menjadi elemen standar dalam desain papan sirkuit cetak (PCB) modern. Namun, perangkat ini sangat sulit untuk diperiksa setelah dirakit. Dalam artikel ini, kita akan membahas tantangan inspeksi BGA, teknik inspeksi yang digunakan dalam kontrol kualitas BGA, dan cara menghindari kerusakan umum BGA sebelum perakitan.

Apa Itu Pemeriksaan Array Bola Grid?

Array grid bola adalah paket pemasangan permukaan untuk sirkuit terintegrasi yang digunakan untuk memasang perangkat. Permukaan bawah BGA ditutupi dengan pin yang diatur dalam pola grid, karena itulah nama teknologinya. Alih-alih menjadi pin kawat, koneksi ini dibuat dengan bantalan dengan bola solder. Sambungan ini perlu disolder dengan hati-hati karena lokasinya di bawah paket.

Namun, setelah sambungan solder selesai, sambungan tersebut tidak lagi terlihat oleh pengamat biasa. Karena tidak terlihat, diperlukan teknik pemeriksaan yang lebih canggih untuk memastikan kualitasnya. Di sinilah inspeksi BGA memainkan peran penting.

Inspeksi BGA adalah proses di mana koneksi antara chip dan PCB dianalisis untuk memastikan kualitas. Inspeksi BGA melihat berbagai aspek dari susunan kotak bola, termasuk ketinggian kebuntuan paket, kualitas sambungan, dan banyak lagi. Dalam pemeriksaan BGA, pemeriksaan visual tanpa bantuan sangat terbatas, sehingga diperlukan teknik lain untuk melihat sambungan secara mendetail.

Metode analisis ini meliputi pengujian listrik, inspeksi optik berbantuan, dan inspeksi sinar-X. Komponen teknik ini akan dibahas secara lebih rinci lebih lanjut dalam artikel ini.

Mengapa Pemeriksaan Penting?

Inspeksi BGA terkenal sulit karena satu alasan — sambungan solder terletak di bawah paket BGA. Karena pemosisian fitur ini, mungkin sulit untuk mendapatkan tampilan BGA yang bagus untuk diperiksa. Terlepas dari kesulitan ini, inspeksi penting untuk BGA karena beberapa alasan, termasuk:

• Kesulitan menyolder :Menyolder komponen BGA itu rumit, karena memerlukan panas yang cukup untuk diterapkan ke susunan sehingga semua bola di grid cukup meleleh untuk membuat sambungan solder. Baik kepadatan sambungan dan kesulitan penyolderan berarti kemungkinan besar terjadi cacat. Inspeksi membantu para ahli mendeteksi cacat ini sehingga mereka dapat menghindari pengiriman suku cadang yang salah.
• Tes listrik yang tidak dapat diandalkan: Tes listrik menjalankan arus melalui PCB untuk memastikannya terdengar secara elektrik. Namun, jenis tes ini hanya dapat menilai apakah arus hidup atau mati ketika komponen BGA terhubung. Tes ini tidak dapat diandalkan karena hanya dapat menemukan beberapa jenis cacat dan tidak dapat menentukan lokasi cacat yang mereka temukan. Inspeksi komprehensif yang menggabungkan metode ini dengan teknik lain dapat membuat ikhtisar kesalahan yang lebih lengkap dan lokasinya.
• Penggunaan kembali bahan: Jika BGA ditemukan memiliki cacat solder, dapat dihapus menggunakan stasiun pengerjaan ulang dan diganti atau diperbaharui untuk digunakan kembali. Proses inspeksi mengidentifikasi cacat sejak dini sehingga material dapat disimpan dengan cara ini, yang mengurangi pemborosan material.
• Kontrol kualitas: Perakitan BGA SMT bergantung pada koneksi fisik yang berkualitas, sehingga kontrol kualitas BGA harus mencakup pemeriksaan mendetail terhadap koneksi ini. Inspeksi juga dapat mengidentifikasi cacat dan pola umum. Ini penting, karena cacat berulang dapat menunjukkan masalah dengan proses manufaktur dan perakitan atau bahkan desain produk PCB.
• Pengurangan biaya: Proses pemeriksaan menyeluruh meminimalkan jumlah cacat yang diteruskan ke tahap produksi berikutnya. Cacat yang lolos inspeksi dapat terjebak lebih jauh dalam proses produksi, membuat pengerjaan ulang lebih mahal. Semakin lama cacat tersebut tertangkap, semakin mahal pula biaya yang harus dikeluarkan perusahaan Anda. Itulah mengapa pencegahan dan penyelesaian dini sangat penting.

Karena pentingnya inspeksi, tim inspeksi harus menggunakan alat dan teknik yang menyeluruh dan efektif dalam prosesnya. Dengan begitu, tim ini dapat menangkap semua masalah dan menentukan lokasi serta penyebabnya sebelum menjadi masalah yang lebih besar dan lebih mahal.

Cacat BGA Umum

Karena kerumitan BGA, banyak potensi cacat dapat terjadi selama proses penyolderan untuk BGA. Beberapa masalah yang mungkin timbul antara lain sebagai berikut:

• Kesalahpahaman: Misalignment terjadi ketika PCB dan BGA diimbangi selama reflow dan terhubung pada titik yang salah. Ini adalah salah satu masalah paling umum yang terjadi selama perakitan BGA.
• Tinggi kebuntuan tidak konsisten: BGA dipasang di atas PCB, dan penyolderan yang tidak tepat dapat mengakibatkan pengaturan BGA pada sudut bengkok pada permukaan PCB. Ketinggian kebuntuan asimetris ini dapat membahayakan keamanan koneksi.
• Bola yang hilang: Jika bola hilang dari BGA saat dipasang ke PCB, titik sambungan penting mungkin hilang dari rakitan.
• Pembalut yang tidak dibasahi: Dalam beberapa kasus, pasta solder yang dialiri ulang mungkin tidak membasahi bantalan dengan benar. Ini mungkin hasil dari reflow yang tidak lengkap atau sisa solder yang tersisa dari langkah sebelumnya dalam proses produksi.
• Jembatan: Jembatan terjadi ketika pasta solder ekstra tertinggal di antara endapan pasta. Jembatan antar titik koneksi sering kali menyebabkan hubungan pendek.
• Aliran ulang sebagian: Dalam beberapa kasus, reflow mungkin tidak sepenuhnya menutupi papan. Hal ini sering terjadi karena reflow solder yang tidak memadai, kesalahan manusia, atau malfungsi mekanis.
• Menyenangkan: Popcorning terjadi ketika bola bergabung bersama selama proses penyolderan. Ini adalah masalah umum untuk BGA dan, seperti jembatan, menghasilkan hubungan pendek.
• Sirkuit terbuka: Sirkuit terbuka terjadi ketika solder gagal membasahi bantalan PCB dan naik ke bola solder dan ke permukaan komponen. Meskipun tes listrik dapat mengidentifikasi ini sebagai masalah di papan, tes tersebut tidak dapat mengidentifikasi penyebab masalah.
• Membatalkan: Voiding terjadi ketika aliran berhenti dari sambungan solder. Ini adalah masalah umum pada komponen BGA yang dapat dilipat.

Semua masalah ini bisa menjadi kesalahan fatal untuk produk akhir, jadi menangkapnya dengan teknik dan teknologi pemeriksaan kualitas adalah suatu keharusan. Untungnya, teknik inspeksi modern telah maju ke titik di mana sebagian besar cacat ini dapat diidentifikasi menggunakan satu atau lebih metode inspeksi. Namun, penting juga untuk menghindari cacat ini sedapat mungkin sebelum perakitan.

Pertimbangan Desain untuk Menghindari Cacat BGA

Sementara teknik inspeksi telah maju ke titik di mana mereka dapat menangkap banyak cacat sebelum mereka melanjutkan melalui proses manufaktur, selalu ideal untuk menghindari penyimpangan. Ini membutuhkan perencanaan yang matang dari tim desain. Untuk memaksimalkan peluang mencapai sambungan solder yang berhasil pada BGA, tim desain harus mempertimbangkan hal berikut dalam tata letak PCB:

• Jejak kaki BGA: Desainer PCB perlu memastikan bahwa mereka memiliki pola footprint yang benar untuk perangkat BGA yang ingin mereka gunakan. Pastikan jejak kaki benar dan berhati-hatilah untuk mendesain bantalan jejak PCB dengan tepat untuk menghindari masalah korsleting dan solder selama perakitan.
• Manajemen termal: Tata letak PCB harus mempertimbangkan massa termal. Mengelompokkan BGA secara berdekatan dapat menyebabkan ketidakseimbangan termal antara bagian papan yang berpenduduk padat dan berpenduduk sedikit. Misalnya, menerapkan panas yang cukup untuk menyolder BGA yang dikelompokkan dengan benar dapat mengakibatkan luka bakar di daerah yang berpenduduk sedikit. Sebaliknya, menerapkan panas yang cukup untuk menghindari pembakaran area yang berpenduduk sedikit dapat mengakibatkan kekosongan di BGA.
• Melalui penempatan: Vias atau lubang tembus adalah fitur umum dari PCB, tetapi penempatan vias dapat mempengaruhi perilaku solder dalam proses perakitan BGA. Vias yang berdekatan dengan pad BGA dapat mengakibatkan kelebihan solder berjalan dari pad ke via, menyebabkan hubungan pendek. Untuk menghindari hal ini, tendai setiap vias yang berdekatan dengan bantalan BGA dengan masker solder.

Di atas pertimbangan desain ini, Anda juga harus berhati-hati untuk mengembangkan dan memverifikasi profil reflow yang tepat sebelum perakitan. Ini melibatkan penggunaan profiler untuk mengukur dan mencatat kisaran suhu pada sambungan bola/pad BGA saat papan melewati oven reflow. Ini dapat dilakukan dengan PCB kosong dan bagian BGA. Data ini dapat digunakan untuk memastikan profil reflow untuk pasta dan profil termal PCB sudah benar, plus mengidentifikasi masalah desain apa pun sebelum perakitan.

Teknik Inspeksi untuk Ball Grid Array

Menghindari cacat adalah tujuannya, tetapi inspeksi BGA selalu diperlukan untuk menganalisis hubungan antara BGA dan PCB. Karena hampir tidak mungkin untuk melihat sambungan solder melalui pengamatan visual langsung, analisis ini dilakukan dengan menggunakan berbagai teknik dan alat inspeksi. Alat dan teknik ini telah berkembang selama bertahun-tahun agar dapat diandalkan dan mudah digunakan. Meskipun alat ini tidak dapat digunakan satu per satu untuk mencakup semua aspek pemeriksaan, alat ini dapat memberikan gambaran menyeluruh tentang BGA bila digabungkan.

Alat dan teknik inspeksi sering diatur ke dalam kategori berikut:

1. Pengujian Listrik

Pengujian listrik BGA adalah proses inspeksi lain yang menguji sifat listrik papan. Ini berbeda dengan pengujian mekanis, yang merupakan proses destruktif yang mengharuskan BGA melakukan uji kejut dan geser untuk mengevaluasi kualitas sambungan solder di bawah tekanan.

Pengujian listrik menjalankan arus melalui BGA untuk menganalisis stabilitas listrik papan. Pengujian menentukan apakah arus hidup atau mati setelah komponen BGA terhubung. Jenis tes ini berguna untuk mengidentifikasi apakah ada masalah kelistrikan seperti korsleting atau terbuka. Namun, seperti yang telah dibahas sebelumnya, pengujian kelistrikan hanya dapat mengidentifikasi adanya cacat ini — pengujian tersebut tidak dapat digunakan untuk menemukan lokasi cacat pada BGA.

Meskipun pengujian kelistrikan merupakan langkah penting dalam proses inspeksi, sulit untuk mengambil titik uji di bawah komponen BGA. Juga sulit untuk memenuhi persyaratan penilaian dengan tes listrik saja. Sebaliknya, tes listrik sering digunakan dalam kombinasi dengan teknik pengujian lain untuk mengidentifikasi masalah dalam pemeriksaan susunan kotak bola.

2. Inspeksi Optik atau Visual

Inspeksi optik, juga disebut sebagai inspeksi visual, adalah penggunaan teknologi optik untuk melihat BGA dan koneksinya. Teknik ini secara historis menggunakan mata telanjang atau mikroskop, yang memberikan hasil terbatas. Namun, memperkenalkan endoskopi telah terbukti sangat berharga untuk teknik pemeriksaan ini.

Endoskopi awalnya dirancang untuk aplikasi medis, tetapi kemampuan teknologi untuk memeriksa objek kecil secara visual di area terbatas membuatnya ideal untuk BGA. Teknologi ini melibatkan penggunaan kamera dengan lensa pembesaran tinggi dan monitor yang terhubung untuk mendapatkan gambar close-up dari area inspeksi. Teknologi ini sering dipasangkan dengan perangkat lunak visualisasi untuk pengambilan dan pengukuran gambar tingkat lanjut.

Inspeksi visual dengan endoskop memungkinkan teknisi untuk melihat baris luar koneksi antara BGA dan PCB — dengan pencahayaan yang baik, teknisi juga dapat melihat beberapa baris interior. Teknik optik ini membantu mengidentifikasi dan menilai kualitas keseluruhan sambungan solder, termasuk bentuk sambungan, tekstur permukaan, dan penampilan, yang semuanya dapat menunjukkan berbagai cacat.

Inspeksi optik juga dapat mengidentifikasi short, open, puing-puing dan solder dingin dan sangat penting untuk menilai pengerjaan ulang, karena dapat mengidentifikasi cakupan reflow yang tepat. Namun, kemampuan visual dari teknik pemeriksaan ini terbatas dan tidak memungkinkan analisis rinci dari koneksi internal.

Satu catatan terakhir tentang endoskopi adalah bahwa endoskopi adalah peralatan inspeksi yang sangat serbaguna. Endoskopi dapat digunakan untuk memeriksa sambungan solder BGA serta berbagai rakitan pemasangan permukaan dan lubang tembus yang mungkin sulit dianalisis melalui metode normal.

3. Pemeriksaan Sinar-X

Metode pemeriksaan paling canggih untuk BGA adalah pemeriksaan sinar-X. Sinar-X bekerja dengan memancarkan energi sinar-X dari tabung sinar-X ke papan. Sinar-X melewati papan dengan jumlah yang berbeda, dengan lebih banyak sinar-X yang terperangkap di area padat seperti sambungan solder. Sinar-X kemudian dikumpulkan di detektor, yang menerjemahkannya menjadi cahaya tampak dan menghasilkan gambar.

Dalam gambar ini, sambungan solder lebih gelap dari sekitarnya, memungkinkan pemirsa untuk melihat pola solder. Gambar yang dihasilkan akan menunjukkan grid seragam lingkaran hitam identik di papan yang ideal, lingkaran menjadi sambungan solder.

Tes sinar-X menghasilkan gambar di mana kisi bola dan pola solder mudah dilihat dan diperiksa dari sudut atas-bawah. Teknologi pemeriksaan sinar-X yang lebih canggih memiliki fungsi kemiringan, yang dapat menganalisis bentuk sambungan solder dari berbagai sudut. Gambar-gambar ini sangat berguna untuk melihat variasi dalam pola dan bentuk solder, menjadikannya teknologi yang baik untuk mengidentifikasi jembatan solder, popcorn, kelebihan solder dan cacat serupa. Namun, teknologi ini tidak bagus dalam mendeteksi pembukaan.

Seperti endoskopi, teknologi pemeriksaan sinar-X dapat digunakan dalam berbagai aplikasi di luar pemeriksaan BGA. Beberapa contoh termasuk inspeksi melalui dan melalui lubang, analisis cacat pemasangan di permukaan, dan inspeksi solder tanpa timbal.

Hubungi Sirkuit Milenium

Ketika digunakan dalam kombinasi satu sama lain, teknik pemeriksaan susunan kotak bola yang efektif dan menyeluruh dapat sangat mengurangi jumlah cacat yang melewati tahap pemeriksaan. Dengan mengurangi jumlah cacat yang terjadi dalam proses produksi, bisnis dapat mengurangi terjadinya pengerjaan ulang dan penarikan yang mahal. Namun, selalu ideal untuk menghindari cacat BGA melalui desain yang berkualitas. Jika Anda memiliki pertanyaan tentang BGA, teknik pemeriksaan, dan cara menghindari cacat BGA, hubungi pakar di Sirkuit Milenium untuk detail selengkapnya.

Millennium Circuits Limited (MCL) adalah pemasok PCB terkemuka di industri yang berbasis di Pennsylvania tengah. Tujuan kami adalah memberi Anda PCB terbaik dengan harga terbaik dan memberi Anda pengetahuan PCB yang Anda butuhkan untuk menonjol dari pesaing Anda. Dengan lebih dari satu dekade layanan khusus, berbagai penghargaan, dan lebih dari 400 pelanggan di seluruh dunia, MCL adalah perusahaan papan sirkuit cetak yang dapat Anda percaya.

Di MCL, kami sangat bangga dalam membantu pelanggan kami mencapai pemahaman yang lebih baik tentang elektronik dan mempelajari cara memastikan kualitas dan daya saing maksimum di pasar. Kami dengan senang hati memberi Anda informasi apa pun yang Anda butuhkan untuk membuat keputusan yang tepat tentang komponen elektronik Anda. Hubungi MCL hari ini untuk mempelajari lebih lanjut tentang kontrol kualitas dan inspeksi BGA.