Технологии в электронной промышленности №2'2007

Установка автоматического электрического контроля смонтированных печатных плат летающими щупами производства фирмы ΗΙOΚΙ серии 1240. Проверка качества паяных соединений электрическим тестированием

Алексей Леонов


Современные системы электрического контроля применяются как отдельно, так и в комплексе с другими системами инспекции. Причем кроме электрического контроля они осуществляют контроль качества пайки и простые функции визуальной инспекции. Для тестирования BGA-компонентов такие системы требуют разработки определенной конструкции плат и применения соответствующих компонентов. В этом случае возможно проведение инспекции и программирование BGA-компонентов.


Системы ΑΟΙ — дорогостоящие, сложные в эксплуатации, обслуживать их должен опытный и грамотный сотрудник. Но эти системы не дают однозначного ответа, является ли изделие качественным или бракованным. И производитель вынужден для проверки работоспособности изделия разрабатывать специальные приборы (оборудование), с помощью которых можно определить работоспособность изделия, а также найти причины отказов. В итоге производитель несет дополнительные расходы, отвлекает своих высококвалифицированных специалистов и, наконец, теряет драгоценное время.

Что такое «плохой» контакт?

«Плохим» называют контакт, при котором есть электрический контакт между выводом установленной И С и контактной площадкой на печатной плате, но по причине «плохой» пайки сила или площадь паяного соединения недостаточна.

Какое влияние оказывает «плохой» контакт? В связи с наличием электрического контакта существующую проблему невозможно выявить на этапе поставки изделия заказчику, однако через короткий промежуток времени на поверхности контакта может образоваться окисная пленка, изолирующая контакт и вызывающая нестабильную работу прибора. Малейшая вибрация также может привести к нарушению контакта. В связи с повсеместным распространением бессвинцовых припоев данная проблема становится еще более актуальной.

Проблемы при определении «плохого» контакта в случаях, когда не используются 4-контактные измерения сопротивления Оборудование для внешней инспекции требует сложных настроек и не предоставляет возможности использовать его для инспекции после перепайки (ремонта). Методы определения на основе емкостной связи не могут определить «плохие» контакты там, где есть электрическая проводимость. Способы определения, основанные на ультразвуке, имеют узкий диапазон измерения и не позволяют проводить внутрисхемный контроль. Визуальная инспекция требует больших затрат на персонал, а качество проверки неизбежно зависит от человеческого фактора.

Единственным методом выявления проблемной пайки является 4-контактный метод

Для того чтобы определить ненадежное соединение, необходимо провести тестирование с помощью 4-контактного метода, используя оборудование с высоким разрешением и высокой точностью (рис. 1).

Рис. 2. Схема 4-х контактного метода тестирования

Поскольку сопротивление проводки и сопротивление контакта могут быть уравновешены, 4-контактный метод помогает определить малейшие изменения сопротивления.

В связи с тем, что входное сопротивление вольтметра высоко, тока практически нет. В результате перепад напряжения в г3 и г4 равен О, измеренное напряжение Е и перепад напряжения Е0 на обоих концах участка, где измеряется сопротивление R0, уравнивается, а влияние Г[-г4 (сопротивление проводки и сопротивление контакта) не учитывается (рис. 2).

4-контактный метод и качество измерений

  • Шаг щупа: < 400 мкм (рис. 3);
  • минимальный размер площадки: 300 мкм;
  • минимальное разрешение: 191 нОм;
  • высокоточная инспекция тестерами ΗΠ?-STER, при которой измерения проводятся в миллиомах;
  • измерение широкого диапазона малых сопротивлений. Оборудование HIOKI позволяет измерять малые сопротивления в диапазоне от 400 до 40 мОм;
  • 4-контактный метод позволяет контролировать наличие контакта. Таким образом, можно проводить тесты, позволяющие дифференцировать ошибки из-за «плохого» контакта паянного соединения и ошибки контактирования щупа с тестируемой площадкой.

Инспекция ИС, проводимая 4-контактным методом, не подвержена влиянию контактного сопротивления или сопротивления проводки (рис. 4).

Такая инспекция предоставляет возможность определения дефекта «плохого» контакта с малой площадью сечения и дефекта поверхностного касания контактной площадки выводом ИС, которые имеют электрическую проводимость.

Контактное сопротивление между выводами ИС и контактной площадкой платы может быть измерено с высокой точностью с помощью 4-контактного метода определения сопротивления, после чего проводится сравнение с имеющимися данными.

Рис. 4. Тестирование ИС
Рис. 3. Щуп для 4-х контактного метода

Визуальный контроль используется в тех случаях, когда провести электрический контроль невозможно. Визуальный контроль, проводимый на установке 1240 с использованием CCD-камеры, позволяет выполнить простой оптический контроль компонентов, электрическое тестирование которых провести не удалось (рис. 5).

Данный режим позволяет проверить наличие бескорпусного компонента и его полярность.

Режим настройки применяется при анализе смещения компонента.

Дополнительно камера разрешает провести анализ компонентов, находящихся за ИС, и другие чип-компоненты.

Рис. 5. Наличие компонента, полярность и смещение

CCD-камера может использоваться и для других функций.

Данные по корректировке положения и данные визуального исследования отражаются на рабочем мониторе.

При тестировании выявляются изделия, имеющие скрытые дефекты, вызванные не только оплавлением выводов ИС, но и плохими контактами (рис. 6).

Тестирование позволяет определить и оценить снижение качества пайки при монтаже с высокой плотностью и бессвинцовой пайке.

Полученные в результате тестирования данные о сопротивлениях используются для дальнейшего анализа. К данным предыдущего процесса можно быстро обратиться как к информации, необходимой для управления процессом.

Рис. 6. Данные визуальной инспекции отражаются на рабочем мониторе

«Плохое качество пайки» (недостаточное количество припоя) «Плохое качество пайки» обеспечивает электрический контакт между выводом компонента и контактной площадкой платы, но имеет сопротивление, как правило, на несколько мОм выше нормального значения (рис. 7).

Рис. 7. Плохое качество пайки

«Плохой контакт» (непропай, припой отсутствует)

«Плохой контакт» обеспечивает электрический контакт между выводом компонента и контактной площадкой платы, но сопротивление, как правило, на несколько десятков или даже сотен мОм выше нормального значения (рис. 8).

Рис. 8. Недостаточно припоя

«Плохой контакт» (холодная пайка)

Припой под выводом не успел образовать хорошее механическое соединение. Даже если вывод компонента касается припоя и контактной площадки, сопротивление, как правило, на несколько десятков или даже сотен мОм выше нормального значения (на рис. 9 видно, что вывод компонента свободен от припоя и как бы вдавлен в него).

Система HIOKI1240-01 позволяет быстро тестировать большое количество плат, обеспечивает высокоточную надежную инспекцию с максимальной скоростью тестирования 40 шагов/мин и имеет много дополнительных возможностей (рис. 10).

Рис. 9.Холодная пайка
Рис. 10. Электрический тестер 1240 с дополнительными модулями погрузки и разгрузки

Система HIOKI 1240-02 также идеально подходит для выявления «плохих» контактов с максимальной скоростью тестирования — 30 шагов/мин.

Система имеет простую, встраиваемую в линию, конструкцию оборудования. Модульные периферийные системы и структура системы разработаны для обеспечения высокой

гибкости, с целью удовлетворения всех требований и запросов. Дополнительно возможна установка специального управляющего модуля, подключаемого с помощью платы расширения.

После ввода данных и таблиц связей встроенная функция АТС автоматически формирует программу перемещения и движения щупов в зависимости от типа платы. Порядок и путь перемещения для тестирования создается автоматически и позволяет сделать процесс максимально эффективным.

Точность установки щупа составляет ±100 мкм, а повторяемость движения — ±50 мкм. Подобная точность разрешает тестировать платы с высокой плотностью монтажа и малым шагом выводов компонентов.

Минимальный интервал хода щупа 0,2 мм (0,5 мм при 4-контактном методе). Это помогает также тестировать платы с небольшим расстоянием между проводниками, где щупы зажимного типа («ложе гвоздей») не позволяют произвести тестирование. Возможно тестирование установленных компонентов высотой до 38,2 мм.

Электрический метод тестирования гарантирует высокую надежность процесса.

Подробнее о возможности электрического тестирования BGA-компонентов читайте в следующих номерах.

 

Другие статьи по этой теме


 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

Оцените, пожалуйста, удобство и практичность (usability) сайта:
Хорошо
Нормально
Плохо