0

Чип bga

Как перепаять BGA микросхему

Что такое BGA микросхема?

BGA (Ball Grid Array) — матрица из шариков. То есть это тип микросхем, которые вместо выводов имеют припойные шарики. Этих шариков на микросхеме могут быть тысячи!

В наше время микросхемы BGA применяются в микроэлектронике. Их часто можно увидеть на платах мобильных телефонов, ноутбуков, а также в других миниатюрных и сложных устройствах.

В ремонтах телефонов бывает очень много различных поломок, связанных именно с микросхемами. Эти BGA микросхемы могут отвечать за какие-либо определенные функции в телефоне. Например, одна микросхема может отвечать за питание, другая — за блютуз, третья — за сеть и тд. Иногда, при падении телефона, шарики микросхемы BGA отходят от платы телефона и у нас получается, что цепь разорвана, следовательно — телефон теряет некоторые функции. Для того, чтобы поправить это дело, ремонтники или прогревают микросхему, чтобы припойный шарик расплавился и опять «схватился» с контактной площадкой на плате телефона или полностью демонтируют микросхему и «накатывают» новые шарики с помощью трафарета. Процесс накатывания шаров на микросхему BGA называется реболлинг. На российских просторах этот термин не прижился и у нас это называют просто «перекаткой».

Подопытным кроликом у нас будет плата мобильного телефона.

Для того, чтобы легче было отпаивать «вот эти черные квадратики» на плате, мы воспользуемся инфракрасным преднагревателем или в народе «нижним подогревом». Ставим на нем температуру 200 градусов по Цельсию и идем пить чай. После 5-7 минут приступаем парировать нашего пациента.

Остановимся на BGA микросхеме, которая попроще.

Теперь нам надо подготовить инструменты и химию для пайки. Нам никак не обойтись без трафаретов для различных BGA микросхем. Те, кто серьезно занимается ремонтами телефонов и компьютерной техники, знают, насколько это важная вещь. На фото ниже предоставлен весь набор трафаретов для мастера по ремонту мобильных телефонов.

Трафареты используются для «накатывания» новых шаров на подготовленные BGA микросхемы. Есть универсальные трафареты, то есть под любые BGA микросхемы. А есть также и специализированные трафареты под каждую микросхему. В самом верху на фото мы видим специализированные трафареты. Внизу слева — универсальные. Если правильно подобрать шаг на микросхеме, то можно спокойно накатать шары на любой из них.

Для того, чтобы сделать реболлинг BGA микросхемы, нам нужны также вот такие простые инструменты и расходные материалы:

Здесь всем вам знакомый Flux-off. Подробнее про него и другую химию можно прочесть в статье Химия для электронщика. Flus Plus, паяльная паста Solder Plus (серая масса в шприце с синим колпачком) считается самой лучшей паяльной пастой в отличие от других паст. Шарики с ней получаются как заводские. Цена на такую пасту дорогая, но она того стоит. Ну, и конечно, среди всего прочего барахла есть также ценники (покупайте, чтобы они были очень липкие) и простая зубная щетка. Все эти инструменты нам понадобятся, чтобы сделать реболлинг простой BGA микросхеме.

Для того, чтобы не спалить элементы, расположенные рядом, мы их закроем термоскотчем.

Смазываем обильно микросхему по периметру флюсом FlusPlus

И начинаем прогревать феном по всей площади нашу BGA

Вот здесь и наступает самый ответственный момент при отпаивании такой микросхемы. Старайтесь греть на воздушном потоке чуть меньше среднего значения. Температуру повышайте буквально по пару градусов. Не отпаивается? Добавьте немного жару, и главное НЕ ТОРОПИТЕСЬ! Минута, две, три… не отпаивается… добавляем жару.

Некоторые ремонтники любят трепаться «хахаха, я отпаиваю BGАшку за считанные секунды!». Отпаивают то они отпаивают, но при этом не понимают, какой стресс получает отпаиваемый элемент и печатная плата, не говоря уже о близлежащих элементах. Повторю еще раз, НЕ ТОРОПИТЕСЬ, ТРЕНИРУЙТЕСЬ НА ТРУПАХ. НЕ ТОРОПИТЕСЬ срывать не отпаянную микросхему, это вам выйдет боком, потому как оборвете все пятаки под микросхемой! Пользуйтесь специальными устройствами для поднятия микросхем. Их я находил на Али по этой ссылке.

И вот мы греем феном нашу микросхему

и заодно проверяем ее с помощью экстрактора для микросхем. Про него я писал еще в этой статье.

Готовая к поднятию микросхема должна «плавать» на расплавленных шариках, ну скажем… как кусочек мяса на холодце. Притрагиваемся легонько к микросхеме. Если она двигается и опять становится на свое место, то аккуратненько ее поднимаем с помощью усиков (на фото выше), Если же у вас такого устройства нет, то можно и пинцетом. Но будьте предельно осторожны! Не прикладывайте силу!

В настоящее время существуют также вакуумные пинцеты для микросхем такого рода. Есть ручные вакуумные пинцеты, принцип действия у которых такой же, как и у Оловоотсоса

а есть также и электрические

У меня был ручной пинцет. Честно говоря, та еще какашка. Закоренелые ремонтники используют электрический вакуумник. Стоит только приблизить такой пинцет к микросхеме BGA, которая уже «плавает» на расплавленных шариках припоя, как он тут же ее подхватывает своей липучкой.

По отзывам, электрический вакуумный пинцет очень удобен, но мне все-таки не довелось его использовать. Короче говоря, если надумаете, то берите электрический.

Но, вернемся все-таки к нашей микросхеме. Крохотным толчком я убеждаюсь, что шарики действительно расплавились, и плавным движением вверх переворачиваю BGA микросхему. Если рядом много элементов, то идеально было бы использовать вакуумный электрический пинцет или пинцет с загнутыми губками.

Ура, мы сделали это! Теперь будем тренироваться запаивать ее обратно :-).

Вот и начинается самый сложный процесс — процесс накатывания шариков и запаивания микросхемы обратно. Если вы не забыли — это называется перекаткой. Для этого мы должны подготовить место на печатной плате. Убрать оттуда весь припой, что там остался. Смазываем все это дело флюсом:

и начинаем убирать оттуда весь припой с помощью старой доброй медной оплетки. Я бы посоветовал марку Goot wick. Эта медная оплетка себя очень хорошо зарекомендовала.

Если расстояние между шариками очень малое, то используют медную оплетку. Если расстояние большое, то некоторые ремонтники не прибегают к медной оплетке, а берут жирную каплю припоя и с помощью этой капельки собирают весь припой с пятачков. Процесс снятия припоя с пятачков BGA — очень тонкий процесс. Лучше всего на градусов 10-15 увеличить температуру жала паяльника. Бывает и такое, что медная оплетка не успевает прогреться и вырывает за собой пятачки. Будьте очень осторожны.

Дальше прыскаем туда Flux-off, чтобы очистить от нагара и лишнего флюса наше место под микросхему

и зашкуриваем с помощью простой зубной щетки, а еще лучше ватной палочкой, смоченной в Flux-Off.

Получилось как то так:

Если присмотреться, то видно, что некоторые пятачки я все таки оборвал (внизу микросхемы черные круги, вместо оловянных) Но! Не стоит расстраиваться, они, как говорится, холостые. То есть они не никак электрически не связаны с платой телефона и делаются просто для надежности крепления микросхемы.

Далее берем нашу BGAшку и убираем все лишние припойные шарики. В результате она должны выглядеть вот так:

И вот начинается самое интересный и сложный процесс — накатывание шаров на микросхему BGA. Кладем подготовленную микросхему на ценник:

Находим трафарет с таким же шагом шаров и закрепляем с помощью ценника микросхему снизу трафарета. Втираем в отверстия трафарета с помощью пальца паяльную пасту Solder Plus. Должно получиться как-то вот так:

Держим с помощью пинцета одной рукой пинцет, а в другой фен и начинаем жарить на температуре примерно 320 градусов на очень маленьком потоке всю площадь, где мы втирали пасту. У меня не получилось сразу в двух руках держать и фотоаппарат и фен и пинцет, поэтому фотографий получилось маловато.

Снимаем готовую микросхему с трафарета и смазываем чуть флюсом. Далее пригреваем феном до расплавления шаров. Это нам нужно, чтобы шарики ровнёхонько стали на свои места.

Смотрим, что у нас получилось в результате:

Блин, чуточку коряво. Одни шарики чуть больше, другие чуть меньше. Но все равно, это нисколько не помешает при запайке этой микросхемы обратно на плату.

Чуточку смазываем пятаки флюсом и ставим микросхему на родное место. Выравниваем края микросхемы с двух сторон по меткам. На фото ниже только одна метка. Другая метка напротив нее по диагонали.

И на очень маленьком воздушном потоке фена с температурой 350-360 градусов запаиваем нашу микрушку. При правильной запайке она должна сама нормально сесть по меткам, даже если мы чуток перекосили.

Где ключ у BGA микросхемы

Давайте разберем момент, когда мы вдруг забыли, как ставится микросхема. Думаю, у всех ремонтников была такая проблема ;-). Рассмотрим нашу микрушку поближе через электронный микроскоп. В красном прямоугольнике мы видим кружок. Это и есть так называемый «ключ» откуда идет счет всех шариковых выводов BGA .

Ну вот, если вы забыли, как стояла микросхема на плате телефона, то ищем схему на телефон (в интернете их пруд пруди), в данном случае Nokia 3110С, и смотрим расположение элементов.

Опаньки! Вот теперь мы узнали, в какую сторону должен быть расположен ключик!

Кому лень покупать паяльную пасту (стоит она очень дорого), то проще будет приобрести готовые шарики и вставлять их в отверстия трафарета BGA.

На Али я их находил целым набором, например .

Заключение

Будущее электроники за BGA микросхемами. Очень большую популярность также набирает технология microBGA, где расстояние между выводами еще меньше! Такие микросхемы перепаивать уже возьмется не каждый). В сфере ремонта будущее за модульным ремонтом. В основном сейчас все сводится к покупке какого-либо отдельного модуля, либо целого устройства. Не зря же смартфоны делают монолитными, где и дисплей и тачскрин уже идут в одной связке. Некоторые микросхемы, да и вообще целые платы заливают компаундом, который ставит на «нет» замену радиоэлементов и микросхем.

Реболлинг BGA компонентов

Реболлинг BGA компонентов: технология и оснастка для восстановления шариковых выводов

Введение

Восстановление шариковых выводов компонентов BGA, или реболлинг BGA (от англ. reballing) – процесс воссоздания матрицы шариковых выводов на нижней стороне корпуса компонента взамен поврежденных при операции его демонтажа. Для подавляющего большинства электронных компонентов (ЭК) в корпусах типа BGA операция демонтажа необратимо повреждает его выводы, и операция их восстановления становится совершенно необходимой, если данный ЭК предполагается использовать вновь.

Операция реболлинга может входить в состав техпроцесса ремонта или восстановления сборок в случае использования дорогих компонентов, отбраковка которых при демонтаже с печатной платы приведет к неоправданно больши́м затратам, нерентабельности заказа единичных новых ЭК либо штучной их партии, либо в случае отсутствия по различным причинам данного компонента на предприятии на момент проведения ремонта при необходимости быстро отремонтировать плату.

Также реболлинг применяется некоторыми производителями для замены бессвинцовых шариковых выводов на оловянно-свинцовые с целью избежать т.н. смешанной технологии, которая в настоящее время является предметом активных споров между технологами. Существуют вполне обоснованные мнения, что пайка бессвинцовых BGA компонентов одновременно со свинцовосодержащими изделиями приводит к ухудшению качества паяных соединений, и если закупка BGA с оловянно-свинцовыми шариками затруднена, следует производить замену шариков. Однако данный вопрос выходит за рамки настоящей статьи.

Некоторые производители компонентов не рекомендуют проводить процесс восстановления шариковых выводов вследствие наличия определенного числа циклов теплового воздействия, которым должен подвергнуться компонент. Тем не менее, для большинства компонентов вполне возможно проведение реболлинга, а для многих – неоднократное.

Реболлинг BGA проводится с помощью различных методик, объединяет которые использование специальной оснастки, набора готовых шариков, паяльной пасты либо заготовок с уже установленными шариками. Многие компании выпускают специальные наборы оснастки для реболлинга, инструмента и расходных материалов. Ниже мы остановимся на нескольких получивших наибольшее распространение методах.

Следует отметить, что процесс реболинга требует некоторых навыков, которые могут быть получены в процессе тренировки. Чтобы облегчить этот процесс и сделать его менее затратным, многие производители специально включают в свои наборы для восстановления выводов BGA тестовые макеты компонентов.

При проведении реболлинга, также как и при любой другой операции с BGA компонентами, важно выполнять ряд требований по защите от воздействия статического электричества и принять меры к удалению избыточного количества влаги из корпусов компонентов. Подробнее эти меры изложены в статьях нашего портала «Основы статического электричества» и «Чувствительность электронных компонентов к влажности».

Идентификация компонента

Перед проведением реболлинга с помощью специальных комплектов оснастки необходимо точно знать, какой тип BGA корпуса предполагается подвергнуть этому процессу. Это соображение касается как материала корпуса, так и шариковых выводов компонента. Ниже приводятся описания наиболее распространенных типов таких корпусов с этой точки зрения .

  1. Керамический компонент с шариковыми выводами, изготовленными из высокотемпературного припоя (90Pb/10Sn). Шарики выглядят как гладкие сферы, окруженные мениском из удерживающего их более мягкого эвтектического припоя (обычно с добавкой 2% серебра), слегка отличающегося по цвету. Для реболлинга таких корпусов пригодны только те методы, с помощью которых возможно нанесение паяльной пасты для крепления шариков. Большинство выпускаемых наборов для реболлинга непригодны для этой цели.

  2. Пластиковые или керамические компоненты с шариковыми выводами, изготовленными из эвтектического припоя. У всех пластиковых BGA-компонентов шарики сформированы из эвтектического припоя (также обычно с добавкой 2% серебра) непосредственно на контактных площадках. Ряд ремонтных наборов (в частности, ) возможно применять для реболлинга только таких компонентов.

  3. Пластиковые или керамические компоненты с шариковыми выводами, изготовленными из бессвинцового припоя. Применяемый сплав – как правило, Sn96.5Ag3Cu0.5 с температурой плавления 217-220°C.

  4. Компоненты Tape Ball Grid Array (TBGA). ЭК оснащены частично оплавленными шариками из высокотемпературного припоя (90Pb/10Sn). Если данные компоненты правильно демонтированы с печатной платы с соблюдением необходимого температурного профиля, они не теряют свои шариковые выводы, не требуют реболлинга и могут быть успешно установлены в новую позицию.

Состав наборов для реболлинга

Типичный набор для восстановления шариковых выводов может включать в себя следующие основные компоненты (на примере наборов , рис. 1):

  • Механическое приспособление для закрепления корпуса BGA-компонента и трафарета и последующего помещения их совместно в печь оплавления.

  • Набор трафаретов с различным расположением апертур под шариковые выводы, шагом и диаметром выводов либо готовые одноразовые трафареты с уже уложенными в их апертуры шариками.

  • Флюс-карандаш для флюсования контактных площадок.

  • Деионизированная вода для отмывки.

  • Набор шпателей и ракель для нанесения пасты.

  • Плетенка для удаления остатков припоя.

  • Каптоновая клейкая лента или другой термостойкий материал для крепления компонентов к трафарету и/или приспособлению.

  • Набор эвтектических шариковых выводов различного диаметра.

  • Пинцеты, иголки для размещения шариков в апертурах, антистатическая щеточка, отвертка для завинчивания винтов приспособления.

  • Антистатический поддон для сбора излишков шариков, антистатическая кювета для отмывки.

  • Салфетки для протирки с малым уровнем пылевыделения, пропитанные изопропиловым спиртом.

  • Макеты BGA компонентов для тренировки и приобретения необходимых навыков реболлинга.

  • Инструкция по выполнению технологического процесса.

Набор не обязательно должен содержать все вышеперечисленные компоненты.

Рис. 1. Пример набора для реболлинга (Weller WPRB1000). Фото из

Оборудование и оснастка для реболлинга

Следующие компоненты, как правило, не входят в наборы для реболлинга, и оснащение ими рабочего места возлагается на пользователя :

  • Печь или сушильный шкаф (необходимы для предварительной просушки чувствительных к влажности компонентов).

  • Система пайки горячим воздухом либо конвекционная печь оплавления.

  • Емкость (например, лабораторный стакан) для отмачивания загрязненных флюсом деталей приспособлений и оснастки.

  • Рабочее место, подготовленное в соответствии с требованиями по защите от воздействия статического электричества и удалению вредных летучих соединений.

  • Микроскоп (рекомендуется для проведения контроля).

  • Деионизированная вода.

  • Напалечники или перчатки.

Возможно также применение специальных установок для реболлинга, описанных ниже в данной статье. В комплект их поставки входят практически все необходимые компоненты из наборов для реболлинга.

Последовательность операций реболлинга

Все техпроцессы реболлинга можно разделить на две большие группы: с использованием готовых шариков и с использованием паяльной пасты. Существует ряд наборов для проведения реболлинга, позволяющих применять обе эти методики.

Находят применение и другие технологии восстановления шариков: например, применение одноразовых картриджей с шариками, размещенными на матрице из водосмываемой бумаги либо готовых пленочных трафаретов из полиимида с уложенными шариками .

Использование готовых шариков, хотя и предусматривает дополнительные затраты на их приобретение, позволяет избежать проблем с неплотным прилеганием трафарета, неравномерностью усилия на ракеле при нанесении пасты, что может привести к образованию шариков неодинаковых размеров и, соответственно, проблемам при последующей пайке такого компонента. Однако процесс с применением шариков требует большей аккуратности и трудоемкости с точки зрения недопущения пропусков.

Вне зависимости от применяемого метода, все подготовительные и заключительные операции одинаковы. Ниже приведен список основных операций техпроцесса:

  1. Предварительная сушка компонента

  2. Подготовка компонента

  3. Выбор материала для реболлинга

  4. Флюсование компонента

  5. Совмещение и закрепление специального трафарета на компоненте

  6. Закрепление собранных вместе трафарета и компонента в специальном механическом приспособлении

  7. Укладка шариков/нанесение пасты (если необходимо)

  8. Оплавление

  9. Изъятие готового компонента из приспособления

  10. Очистка

  11. Сушка

  12. Контроль

Материалы для реболлинга

Флюс

Разработчики технологий реболлинга и компании, занимающиеся выпуском комплектов для его осуществления, рекомендуют использовать клейкие флюсы: канифольные средней активности (RMA) либо водосмываемые на основе органических кислот с уровнем активности от слабого до среднего , хотя отмечается, что может быть использовано большинство типов флюсов. Не следует использовать водосмываемые флюсы с высокой степенью активности (в частности, используемые в военной отрасли HF-1189-SP1 тип WSF-0, стандарт MIL-F-14256-F), так как они могут очистить трафареты до такой степени, что будет происходить смачивание их припоем при оплавлении, и вследствие этого такие трафареты станут непригодными для осуществления реболлинга и потребуют замены.

Также утверждается , что флюсы, не требующие отмывки, плохо подходят для применения при реболлинге, так как, во-первых, имеют слишком низкую активность, чтобы обеспечивать хорошее смачивание; во-вторых, в случае применения готовых трафаретов из водосмываемой бумаги ее удаление будет существенно затруднено; в-третьих, требуемое количество флюса будет настолько велико, что, скорее всего, потребуется дополнительная отмывка.

Паяльная паста

Паяльная паста обычно не включается в состав наборов для реболлинга, так как срок ее хранения ограничен. Для обычных пластиковых корпусов BGA рекомендуется использовать пасту 62Pb/32Sn/2Ag, которая переходит в текучее состояние при сравнительно низкой температуре 189°С. Использование паст 90Pb/10Sn может привести к отказу компонента при термоциклировании по причине разницы в ТКР пасты и вывода. Согласно , содержание металла в пасте должно находиться в пределах 85 – 93%, шаг сетки – от 325 до 500 ячеек/кв. дюйм по ASTM B-214, что соответствует типу 3 IPC/EIA J-STD-005 (размер частиц не более 50 мкм), вязкость – от 350 до 500 кспз по Брукфилду.

Трафареты

Трафареты могут входить в состав наборов для реболлинга либо изготавливаться на заказ под конкретный компонент. Распространены универсальные трафареты, представляющие собой матрицу отверстий соответствующего диаметра и шага выводов, расположенную ровными рядами либо в шахматном порядке. Если в центре корпуса есть контактные площадки для теплоотвода, окруженные пустой областью, все равно, возможно применять универсальный трафарет – достаточно не укладывать шарики в избыточные апертуры или наносить пасту во все апертуры трафарета (там, где контактных площадок нет, шарики сформируются, но не создадут паяного соединения с корпусом).

Трафареты для реболлинга изготавливаются из высококачественной нержавеющей стали, в противном случае (например, при недостаточной толщине) данный трафарет при нагреве может «повести», что приведет к смещению отпечатков пасты и браку при реболлинге. Диаметр отверстия обычно выполняется на 5 – 10 мкм больше диаметра ремонтного шарика, апертура имеет коническую форму для облегчения снятия трафарета при использовании паяльной пасты. Толщина трафарета обычно соответствует диаметру шарика.

Подготовка микросхемы

Процедура подготовки микросхемы к последующему реболлингу заключается в удалении частично оплавленных выводов и остатков припоя с контактных площадок корпуса BGA-компонента. Иногда данная операция, по аналогии с реболлингом, называется деболлингом (debolling).

Для ее выполнения применяются различные инструменты, среди которых:

  • ручной паяльник и плетенка для удаления припоя;

  • инструменты, осуществляющие отсос припоя посредством вакуума;

  • низкотемпературные системы пайки волной.

Вакуумный процесс наиболее безопасен для микросхемы, однако требует значительного времени. Применение паяльника и плетенки, являясь более быстрым процессом, может в случае неправильного исполнения либо неверного выбора размеров плетенки привести к отслоению контактных площадок ИС или повреждению паяльной маски. Применение систем пайки волной требует, помимо наличия такого оборудования, точного поддержания требуемой температуры при снятии припоя, а также знания состава удаляемого сплава с целью предотвращения загрязнения им паяльной ванны.

Удаление припоя с помощью вакуумного отсоса производится следующим образом (на примере паяльных станций Martin, , рис. 2):

  • на контактные площадки наносится флюс;

  • паяльная станция оснащается насадкой для подачи горячего воздуха и вакуумным отсосом припоя (меньшая насадка соответствует меньшему размеру контактных площадок); температура устанавливается равной 350°C, скорость подачи воздуха – 10 л/мин, мощность нижнего ИК-нагрева – 300 Вт;

  • в процессе удаления припоя инструмент подачи горячего воздуха должен находиться под углом около 45° относительно горизонтали таким образом, чтобы при удалении припоя с одной контактной площадки следующая подогревалась бы потоком горячего воздуха для облегчения проведения операции; инструмент удаления припоя – слегка наклонен и расположен над оплавленным припоем.

а)

б)

в)

Рис. 2. Удаление припоя с помощью вакуумного отсоса: а) нанесение флюса на контактные площадки; б) оснащение паяльной станции насадкой и отсосом припоя; в) процесс удаления припоя. Фото из

В случае применения паяльника и плетенки последовательность действий следующая (на примере методик и , рис. 3):

  • положить компонент на антистатический коврик контактными площадками вверх;

  • нанести флюс на обращенную вверх сторону компонента (а);

  • накладывая плетенку на флюсованную поверхность компонента, прогревать ее приложенным сверху паяльником с плоским наконечником, добиваясь полного расплавления и удаления остатков припоя и избегая сильного нажима на контактные площадки во избежание их царапания или повреждения корпуса компонента (б);

  • перемещая плетенку по поверхности компонента, добиться полного удаления припоя;

  • окончательно очистить компонент с помощью чистой плетенки.

а)

б)

Рис. 3. Удаление припоя с помощью паяльника и плетенки а) нанесение флюса на контактные площадки (файл SQReballing01.jpg); б) приложение плетенки и паяльника (файл SQReballing02.jpg). Фото из

Хорошей практикой считается оставить часть припоя на контактных площадках с целью облегчения последующего процесса реболлинга. Покрытие контактной площадки должно быть плоским и равномерным.

Далее производится очистка поверхности компонента от остатков флюса не оставляющей волокон салфеткой, смоченной в изопропиловом спирте (рис. 4). Чем быстрее после завершения процесса будет произведена такая очистка, тем легче будет избавиться от остатков флюса. В процессе очистки необходимо всегда поддерживать обратную сторону компонента и не допускать изгибания его углов.

Рис. 4. Очистка поверхности компонента от остатков флюса при помощи салфетки. Фото из

Завершает процесс деболлинга контроль целостности контактных площадок, степени их чистоты и отсутствия отслоения, проводимый с помощью стереомикроскопа или другого соответствующего оптического инструмента. Необходимо добиться полного удаления шариков припоя. На рис. 5 показаны чистые контактные площадки (а) и площадки с оставшимися загрязнениями (б).

Рис. 5. Внешний вид чистых (а) и загрязненных (б) контактных площадок под микроскопом. Фото из

В качестве дополнительной процедуры (рис. 6) рекомендуют проводить очистку компонента с помощью деионизированной воды, нанесенной на поверхность компонента, и антистатической щетки из конского волоса, совершающей прямые в двух перпендикулярных направлениях, а затем круговые движения (а), после чего компонент ополаскивается деионизированной водой (б), просушивается сухим воздухом и снова контролируется на предмет повреждения контактных площадок. Погружение компонента в воду не допускается.

Рекомендуется использовать наиболее сильный очищающий реагент из допустимых для данного типа флюса и материалов корпуса компонента.

Рис. 6. Дополнительная процедура очистки компонента: а) с помощью щетки; б) ополаскивание. Фото из

Флюсование компонента

Клейкий флюс наносится на нижнюю сторону компонента с помощью шприца и далее распределяется антистатической щеточкой по поверхности. Флюс обязательно должен обладать клейкими свойствами, так как это исключительно важно для последующего прикрепления шариковых выводов. Он также обеспечит подготовку поверхности контактных площадок и необходимое смачивание в процессе оплавления шариков.

Совмещение и закрепление специального трафарета на компоненте

Совмещение и выравнивание трафарета относительно корпуса BGA-компонента производится по контактным площадкам, расположенным в противоположных углах корпуса. Для предотвращения их взаимного смещения применяется термостойкая лента из каптона с клейким слоем. Она наклеивается по периметру компонента со стороны, противоположной стороне с контактными площадками, таким образом, чтобы около 10 мм ее ширины выступали за пределы корпуса. Теперь, после совмещения трафарета и корпуса, достаточно просто прижать выступающую часть ленты к трафарету и тем самым скрепить их вместе. В таком виде собранные вместе трафарет и корпус помещаются в механическое приспособление .

Следует отметить, что на трафареты для реболлинга, как правило, нанесена маркировка, облегчающая определение правильной стороны трафарета при закреплении. Так, в наборах Weller обозначение «THIS FACE DOWN» относится к стороне трафарета, которая должна прилегать к компоненту. Это важно, так как апертуры трафарета имеют коническую форму для облегчения снятия его с готового компонента. Обозначение «THIS FACE UP» наносится на ту сторону трафарета, которая должна быть обращена вверх при установке собранных вместе компонента и трафарета в механическое приспособление.

Закрепление собранных вместе трафарета и компонента в специальном механическом приспособлении

Существуют различные конструкции таких приспособлений.

Например, основой конструкции приспособления из набора Weller является керамическая плита с четырьмя винтовыми креплениями по краям . Компонент с трафаретом размещается на пластине, причем под нижнюю сторону корпуса подкладываются по необходимости одна или несколько стеклянных пластин различной толщины, благодаря чему обеспечивается «грубая» высота пакета для последующего точного закрепления его винтами. Трафарет слегка поворачивается до того момента, пока винты не попадут в соответствующие отверстия «под ключ» в углах трафарета. Возможно, для этого потребуется слегка нажать на углы трафарета. Пластины должны быть подобраны так, чтобы в собранном состоянии поверхность трафарета была ровной и горизонтальной; она не должна прогибаться при нажатии на любую ее точку. При наклоне приспособления стеклянные пластины не должны смещаться.

Также в более простом варианте реализации процесса возможно аккуратно прикрепить компонент с трафаретом на керамическую пластину термостойким скотчем.

Укладка шариков/нанесение паяльной пасты

Укладка шариков

Перед укладкой шариков необходимо установить механическое приспособление в специальный антистатический поддон. Он позволит легко собрать просыпавшиеся шарики после окончания процедуры и снова пересыпать их в контейнер для хранения. Шарики укладываются в апертуры трафарета с помощью специальной антистатической мягкой щеточки, «помогающей» шарикам проваливаться в апертуры. Необходимо убедиться, что каждая контактная площадка компонента получила свой шариковый вывод. Если трафарет универсальный и, соответственно, больше по размерам, чем компонент, то нет необходимости заполнять все его апертуры.

Нанесение паяльной пасты

Паяльная паста наносится на поверхность трафарета наиболее подходящим по размеру шпателем из набора. Паста должна быть нанесена в каждую апертуру трафарета. После этого необходимо провести по поверхности трафарета каучуковым ракелем и удалить с нее излишки пасты. Трафарет должен быть полностью очищен от пасты. Наклеенная предварительно каптоновая лента поможет избежать наличия большого количества избыточной пасты вдоль краев компонента под трафаретом. Хотя эта паста и не оказывает отрицательного влияния на результат реболлинга, она расходуется и оплавляется впустую, а после окончания операции трудно поддается удалению.

Необходимо наносить пасту на весь компонент целиком, независимо от того, есть ли в центре его корпуса контактные площадки. Если их нет, то шариковые выводы будут сформированы, но не прикрепятся к корпусу компонента.

При нанесении пасты особенно важно, чтобы трафарет плотно прилегал к поверхности корпуса.

Оплавление

С уложенными шариками

Далее приспособление помещается в обычную печь оплавления для формирования шариковых выводов. Как и во всех прочих операциях оплавления, одной из ключевых составляющих успеха реболлинга является соблюдение правильного температурного профиля. Настоятельно рекомендуется использовать рекомендованный производителем BGA-компонента профиль оплавления, не допуская превышения максимально допустимой температуры нагрева, составляющей для BGA-компонентов ~220–230°С, и обеспечивая равномерный нагрев без значительных температурных градиентов. После окончания оплавления цвет шариковых выводов должен быть светло-коричневым, более темный цвет свидетельствует о превышении допустимой скорости обдува горячим воздухом .

Ряд производителей также допускает использование ремонтных систем с нагревом горячим воздухом . Необходимо использовать насадку достаточно большого размера для размещения под ней корпуса компонента целиком и также как можно более точно воспроизводить профиль оплавления в печи. В процессе предварительного нагрева сопло должно размещаться на высоте ~1″ (~25,4 мм) над трафаретом, а во время этапов подъема температуры и достижения пиковой температуры оплавления – находиться на уровне ~1/8″ (~3 мм).

Охлаждение должно производиться при температуре окружающей среды, принудительное охлаждение не допускается. Затем сопло убирается от приспособления.

С нанесенной паяльной пастой

При использовании пасты некоторые производители не рекомендуют применять традиционную печь оплавления – следует использовать ремонтную станцию с подачей горячего воздуха и маленьким соплом (7х7 или 12х12 мм). Необходимо также как можно более точно воспроизводить профиль оплавления в печи. Последовательность действий при этом следующая:

Предварительный нагрев. Поместить приспособление на расстоянии ~1″ (~25,4 мм) под воздушным соплом, установить температуру 177°C, а скорость воздушного потока – в положение «Low» («Низкая»). В зависимости от размера компонента, предварительный нагрев должен длиться от 1 до 3 мин. Если компонент очень крупный, то его необходимо медленно перемещать под воздушным потоком, добиваясь прогрева компонента целиком.

Оплавление. Далее необходимо опустить сопло до высоты ~1/2″ (~12,5 мм) над компонентом и установить температуру от 204°C до 260°C. Скорость воздушного потока должна быть установлена в положение «High» («Высокая»). Необходимо перемещать приспособление под воздушным потоком для прогрева всей поверхности компонента. Рекомендуется начать с центра компонента и постепенно продвигаться к периферии корпуса – круговыми движениями или по спирали. Это будет способствовать быстрому формированию шариковых выводов и минимизации температурных градиентов по поверхности корпуса. После того, как паяльная паста начнет оплавляться и все шариковые выводы будут сформированы, можно переходить к заключительному этапу.

Заключительный этап. Установки температуры и воздушного потока прежние. Сопло следует опустить до ~1/4″ (~6 мм) над трафаретом. Необходимо прогреть всю поверхность компонента, но быстрее, чем это было сделано при предварительном нагреве. Эта стадия в большинстве случае должна продолжаться 15 с. Полное оплавление припоя происходит, когда цвет шарика становится из тускло-серого блестящим, а его поверхность начинает отражать свет.

Охлаждение также должно производиться при температуре окружающей среды в течение по крайней мере 1 мин., принудительное охлаждение не допускается.

Температурный профиль оплавления

Каждый корпус BGA-компонента, подвергаемый процессу реболлинга, может потребовать своего профиля оплавления. Следует, в общем случае, руководствоваться информацией производителя компонента, если же прямые указания отсутствуют, то начать с базового профиля, подстраивая его параметры в соответствии с материалом, массой и размером корпуса, а также применяемыми материалами припоя шариковых выводов.

Не рекомендуется подвергать корпуса нагреву, превышающему 220°C. Для выполнения реболлинга рекомендуется применение любой установки, реализующей пайку горячим воздухом, при наличии управляемого по времени цикла нагрева, с температурным диапазоном 20- 240°C и принудительной конвекцией.

Рис. 7. Базовый температурный профиль оплавления для реболлинга. Рисунок из

Базовый вид температурного профиля для эвтектического сплава шариковых выводов (по данным ) приведен на рис. 7. Он реализует скорость подъема температуры ~1°C/с, пиковую температуру от 200 до 210°C, время нахождения при температуре, превышающей температуру ликвидуса (183°C) от 45 до 75 с. Более крупные компоненты или компоненты с теплоотводящими элементами конструкции могут потребовать более длительных циклов оплавления. Для разработки правильного температурного профиля под каждую конкретную установку оплавления необходимо воспользоваться термопарами, размещаемыми в различных областях корпуса компонента.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *