Zaawansowane techniki inspekcji warstwy underfilling pod BGA

Aby w pełni określić strukturę pustek w warstwie underfilling autorzy artykułu przeprowadzili cały szereg przekrojów planarnych, krok po kroku, od styku BGA/underfilling do styku PCB/underfilling, łącząc je z obserwacjami optycznymi na wielu pośrednich głębokościach. Jak pokazano na rysunku 11, niektóre pustki zostały wykryte jedynie za pomocą SAM, podczas gdy inspekcja optyczna nie była w stanie ich dojrzeć.

Rysunek 5. Analiza wypełnienia BGA po polerowaniu mikromechanicznym w trybie C-scan (po lewej) i inspekcji optycznej w świetle spolaryzowanym (po prawej). Niektóre z pustek widoczne są zarówno po analizie C-scan i inspekcji optycznej (żółte strzałki), jednak niektóre są widoczne jedynie w analizie C-scan (czerwone strzałki).

Źródło: Control of the Underfill of Surface Mount Assemblies by Non-Destructive Techniques ©Thales

Podsumowanie

Jakość i integralność warstwy underfilling ma bezpośredni wpływ na właściwości mechaniczne układu, co wymaga przeprowadzenia odpowiedniej inspekcji. Jednak, jak opisano w artykule, lecz także w referencyjnej normie branżowej IPC J-STD-030A, dostępne są ograniczone opcje kontroli depozytów żywicy underfilling:

- Najprostsza inspekcja wizualna pozwala jedynie sprawdzić pustki i ewentualne nadmiarowe ilości żywicy na obrzeżach komponentów, w oczywisty sposób nie pozwalając na jakąkolwiek inspekcję obszaru pod BGA.

- Rentgenowska tomografia komputerowa również okazuje się nie być przystosowana do kontroli pustek ze względu na słaby kontrast obrazowania i zjawisko wzmocnienia wiązki.

- Mikroskopia skaningowa SAM jest techniką nieniszczącą, szeroko stosowaną w przemyśle IC do kontroli układów flip-chipów. Na poziomie płytki, SAM może być stosowane w kontroli WLP czy QFN, ale ze względu na obecność podłoża PCB, jego przydatność jest mocno ograniczona w przypadku komponentów BGA. Samodzielnie, SAM może być używany do wykrywania dużych obszarów pustek.

W celu prawidłowej, kompletnej kontroli warstwy underfilling pod BGA wymagane jest specjalne przygotowanie próbek metodami niszczącymi. Jak wykazują autorzy artykułu, optymalny wynik uzyskuje się, łącząc wysoce precyzyjne płaskie przekroje i technikę SAM, co umożliwia pełną kontrolę całego obszaru BGA. Połączenie to może zapewnić dokładne odwzorowanie X-Y defektów warstwy underfilling i wykrycie różnorodnych pustek z doskonałą precyzją. Może również wykrywać rozwarstwienia na pełnej głębokości warstwy underfilling. Jak twierdzą autorzy, ta metoda oferuje najlepszy poziom wykrywania defektów i z tego względu zalecają ją do wstępnej walidacji konfiguracji procesu lub kwalifikacji produktu.

Alternatywnie, pod uwagę można też wziąć inspekcję optyczną, wykonywaną po planarnych przekrojach próbek z BGA. Ta łatwiejsza technika pozwala wykryć pustki w warstwie underfilling, jednak z pewnymi ograniczeniami. Niektóre wady mogą nie zostać wykryte (lub właściwie zinterpretowane), jeśli nie znajdują się w pobliżu tej samej osi Z. Ta wada inspekcji optycznej może być częściowo skompensowana przez wykonywanie bardzo wielu obserwacji na kolejnych płaszczyznach przekrojów, co jednak pozostaje bardziej czasochłonne i mniej

wydajne w porównaniu do techniki SAM.  

Źródło: Control of the Underfill of Surface Mount Assemblies by Non-Destructive Techniques Autorzy: Julien Perraud, Shaïma Enouz-Vedrenne, Jean-Claude Clement © Thales Research and Technology Palaiseau, Arnaud Grivon © Thales Global Services.