BSJF - BGA Solder Joint Failure

Takeshi · 14. Juli 2010, 02:17:05

So ziemlich jeder kennt den YLOD und ROD, doch nur wenige wissen, was das eigentlich ist, das fällt ja meistens unter den Tisch. Dass das eigentliche Problem in allen Bereichen vertreten ist, wissen noch weniger Leute.

In "professionelleren Bereichen" ist das Problem "BGA Solder Joint Failure" bekannt, ich kürz das mal mit BSJF ab. Das gibts eigentlich bei allen BGAs, vorallem bei denen, die heiß werden. Ganz beliebt sind GPU, Northbridge, aber auch Prozessoren in TVs.

Die Topic soll für die sein, die das Thema etwas mehr interessiert, sei es, wie es zu BSJF kommt, wie man es vermeidet oder auch, wie man es behebt. Welchen Umfang die Topic mal haben wird, keine Ahnung. Mir war grad danach, vllt befasst sich ja noch jemand außer mir damit.

Mir gehts erstmal vorallem darum, was genau die Ursache für einen BSJF ist. Die im Moment verbreitete Theorie ist ja, dass aufgrund von Temperaturänderung das Board sich biegt, das Kraft auf die Kontakte ausübt und die reißen.

Gefunden hab ich diese Seite hier (mein Englisch ist ja leider nur mittelmäßig...).

Also dort wird auch geschrieben, dass es am Lötzinn liegt. Erstens sei es härter und es leide durch die höhre Temperatur beim Löten auch schon mehr. Hinzu kommt mechanische Belastung. Was ich da jetzt nicht gefunden hab ist mechanische Belastung durch Temperaturschwankungen, die durch das Aufheizen auf die Betriebstemperatur kommen und das Abkühlen von dieser auf Raumtemperatur (dafür durch Erschütterung und Temperaturschwankung beim Reflow). Oder ich habs da einfach überlesen?!

Angesprochen wird dort auch, dass BSJF als erstes an den Ecken auftritt (mechanische Belastung) und man dem entgegenwirken kann, indem man die Ecken mit Epox fixiert. Da musste ich an die Xb360 denken, wo der Chip ja mit so einem Kleber fixiert wird, was aber nichts brachte. Aber das lag wohl auch daran, dass der viel zu weich ist und auch nicht von oben drauf drückt, der hält höchstens die Position.

Was für uns eher uninteressant ist, aber bei der Konstruktion helfen soll, ist Durchkontaktierungen an den Pads zu machen. Aber das kann man ja leider nicht mehr beeinflussen. Der Rest betrifft auch eher die Konstruktion, lass ich daher mal weg.

Auf einer anderen Seite steht, dass die Kontakte NICHT durch Spannung abreißen, oder hab ich das falsch verstanden?

ZitatThe displacements during thermal cycling, and even during board bending are predominantly in the x- and y- (shear) directions, NOT the z- (tension) direction.

Bei Wikipedia hab ich auch was gefunden, aber noch nicht gelesen: klick
Da sind aber auf jeden Fall schöne Bilder dabei, auf denen man mal sieht, wie das eigentlich bei bedrahteten Bauteilen aussieht. Kennt ja auch kaum einer.

Reicht erstmal für heute.

Dreier Nuss · 14. Juli 2010, 11:05:07

Mein Englisch ist leider auch nicht so prächtig

Aber interresantes Tema,vor allem das solche BGas auch in Tvs drin sind war mir neu.In Handys giebts das glaub ich auch.Das mit dem Fixieren der Ecken müsste man mal ausarbeiten vieleicht kann man da etwas vorbeugen/hinauszögern.Glaub ganz ausmerzen kann man diesen fehler bestimmt nie,oder?

Takeshi · 14. Juli 2010, 11:45:01

Ja, die BGAs sitzen überall, schon da die viel mehr Anschlüsse auf gleichem Raum unterbringen können.
In heutigen TVs sitzen auch dicke Signalprozessoren, die die Bilder mit der riesen Auflösung berechnen/umrechnen. Aber bei TVs kommt es verhältnismäßig selten vor, denn die Chips sind nicht ganz so leistungsstark.

BSJF hab ich aber schon bei vielen Geräten erlebt, nicht nur PS3 und Xb360. Laptops, Mainboards, Grafikkarten, aber aucn die PS2 und sogar der DS gehören dazu.

Ganz verhindern kann man das nicht, steht auch in dem ersten Artikel. Das ist aber auch ganz klar, denn "ganz verhindern" heißt, dass von einer Millionen Geräte in den nächsten 10.000 Jahren kein einziger Kontakt flöten geht. Komplette Fehlerresistenz gibt es nie, egal welcher Fehler das ist. Zumal die Kontakte ja auch früher schon des öfteren kaputt gingen, damals aber noch an bedrahteten Bauteilen.

Dreier Nuss · 14. Juli 2010, 13:28:57

Ja bei so Portablen Geräten wie dem DS kann ich mir das auch gut vorstellen.Wenn der chip (einigermasen) leistungsfähig ist und etwas Wärme abgiebt ,bei dem kleinen Gehäuse.Und bei TVs auf jeden fall.

RalleBert · 14. Juli 2010, 20:49:39

Zitat von: Takeshi am 14. Juli 2010, 02:17:05
Auf einer anderen Seite steht, dass die Kontakte NICHT durch Spannung abreißen, oder hab ich das falsch verstanden?
ZitatThe displacements during thermal cycling, and even during board bending are predominantly in the x- and y- (shear) directions, NOT the z- (tension) direction.

Ich habe den Artikel nur mal kurz überflogen, wenn ich mal wieder mehr Zeit habe muß ich den mal aufsaugen...

Die "tension" bezeichnet keine (Strom)Spannung, sondern hier entsprechende Druck-/Zug- (Z-Achse) bzw. Scherkräfte (Verschiebungen in der X und Y Achse). Ich denke Du hast es schon so verstanden?!

Die Wikipedia "Bedrahtete Bauteile Lötstellen" sind ein häufiger Grund für den Ausfall von vielen Opel Motorsteuergeräten. Auf der Seite von Marco Reinke kann man auch ein paar interessante Sachen dazu lesen.

Durchkontaktierungen werden die Hersteller, denke ich, sich mal ganz fein verkneifen, dann lägen ja alle Anschlüsse des BGAs direkt offen - leichter etwas zu messen, leichter anzugreifen...

Takeshi · 14. Juli 2010, 20:55:59

Ja, ich meinte mit Spannung auch mechanische Spannung.

Das mit den Durchkontaktierungen ist kein Sicherheitsproblem. Die Leitungen führen auch so über die Leiterbahn, man kann sie auch so angreifen.

RalleBert · 14. Juli 2010, 21:14:42

Klar kann man das, aber es ist nicht ganz so schön einfach und Mundgerecht vorgelegt.

Takeshi · 14. Juli 2010, 21:21:04

Hast du schonmal an Durchkontaktierungen, die mit Lötstopplack zugegossen waren, einen Draht gelötet?

RalleBert · 14. Juli 2010, 21:25:40

Naja, bei den Slims ist das ja teilweise so, muß man mit dem Glasfaserstift dran... sonst ist nix mit halten. Sagt ja schon der Name >Lötstop<

Takeshi · 14. Juli 2010, 21:31:16

Da ist halt Leiterbahnen aufkratzen manchmal einfacher.

Dreier Nuss · 15. Juli 2010, 11:47:27

Werden da die Leiterbahnen mit Schutzlack versiegelt,das man nett löten kann? Hab auf manchen Platinen schon diesen epoxydhartz gesehen.Ist das auch dafür gedacht?

Takeshi · 15. Juli 2010, 12:15:48

Also erstmal hat dieser Lack nicht die Aufgabe dafür zu sorgen, dass man da nichts hacken kann. Die eigentliche Aufgabe ist, dass das Lötzinn beim Löten nur da haftet, wo es soll. Wenn man auf einer Platine ohne Lack lötet, ist das schnell nervig, da sich das Lötzinn auf den ganzen Leiterbahnen hin zieht, man sich da auch einen Kurzen einfachen kann usw. Außerdem schützt der Lack vor Oxidation.

Epoxy Harz hat eigentlich mal die Aufgabe gehabt billige Chips zu versiegeln. Normalerweise befindet sich der Siliziumkern ja in einem Plastikgehäuse mit vielen kleinen Beinchen. Man kann aber auch den Siliziumkern direkt auf die Platine setzen, muss das aber dann dennoch abdichten. Das wird mit Epoxy Harz gemacht. Das kennt man zum Beispiel von ganz billiger Elektronik, wie in solchen elektronischen 1€ Spielzeugen.

Epoxy wird aber manchmal auch verwendet, um die Beinchen der Chips abzudecken, so dass man nicht ran kommt, um also Hacks zu vermeiden. Das wude ja bei Xb360 und Wii Laufwerken gemacht.
Und wie hier steht, wird das teilweise wohl auch verwendet, um Chips zu fixieren.

Dreier Nuss · 15. Juli 2010, 14:43:02

Ach so! Na Danke für die Infos,wieder ein wenig schlauer.

Takeshi · 17. Juli 2010, 13:26:56

"leicht" ist si ne Sache. Wenn mans kann, ist es leicht, aber viele Hobbyfrickler hält man damit schon ab.

RalleBert · 18. Juli 2010, 13:38:17

Der BSJF tritt auch gerne bei (gewissen) Thinkpad Modellen von IBM auf, der Fehler wird dort Flexing bzw. Flexingproblem genannt. Der Fehler tritt auf, weil das Gehäuse sehr labil ist und sich verwindet, dadurch wird auch das Board gebogen und die GPU Kontakte lösen sich bzw. werden beschädigt. Die Reparaturmethode ist ebenfalls ein Reflow, nur ist da recht viel Zeug dicht um die GPU gepackt, so das es nicht ganz so einfach ist.