Навіщо сушити чіпи перед встановленням. Реболлінг (відновлення кулькових висновків) BGA компонентів (чіпів)
Піч для сушіння чіпів
Доброго дня. Довелося робити ремонт ноутбуків. І постала проблема, як висушити чіп, перед паянням. Як відомо, що якщо чіп сирий, то при спробі паяння такого чіпа, він здувається бульбашками і буде несправним. У самого було кілька разів на початку. А з урахуванням вартості чіпів, їхнього часу доставки та складності ремонту, це дуже накладно. Багато шукав в Інтернеті. Є різні поради, від - сушити на настільний світильникдо побутової духовки. Є й дуже дороге обладнання. Жодна з порад особисто мене не влаштувала (як і мого друга в Німеччині, він те ж давно шукав що подібне.). За ідеєю, на кожен чіп має бути документація, в якій описано, за якої температури і скільки часу він повинен сушитися перед паянням. Це правильно, але не завжди доступно більшості ремонтників. Якщо узагальнити всю інформацію, виходить, що з нормальної сушіння чіпа, він має перебувати при температурі приблизно 130 гр.С. близько 8-10 годин. Це не шкодить йому, але видаляє вологу. Я не претендую на оригінальність, але хочу поділитися пристроєм, який використовую сам і мій друг у Німеччині (зробив на мою пораду). Можливо, воно буде корисним і ще кому. З часу використання цього пристрою, з жодним чіпом жодного разу не було проблем, виписував і з Китаю і в Росії.
Піч для чіпіввиготовлена з підручних матеріалів за пару вихідних днів. Корпус виготовлений із пресованого паперу з ламінуванням. Це були шматки від декоративної меблевої обробкитовщиною 6 мм. Хоча можна використовувати будь-який температуростійкий матеріал (має тримати температуру хоча б до 180 гр.С. і вище). З'єднання виконані гвинтами M3. В якості нагрівальних елементіввикористано 20 ватні керамічні резистори номіналом 15 Ом (можна застосовувати від 10 до 18 Ом). Усього 6 штук, так як пічка розрахована для одночасного сушіння 2-3 х чіпів. Для одного чіпа достатньо буде 3-4 резистори. Як елемент підтримує температуру використаний електромеханічний термостат на 130 гр.С. Для захисту (на фото немає) до одного з резисторів знизу притиснутий термозапобіжник на 10 А, 180 гр.С. Усі резистори з'єднані паралельно. Тобто. весь ланцюг складається з послідовно з'єднаних: термозапобіжник, термостат, група резисторів. Для наочності паралельно резисторам включений світлодіод на 12 (або 3.5 В через резистор 510 Ом). Весь пристрій живиться від комп'ютерного блоку живлення (був старенький на 200 Вт). Хоча буде придатне будь-яке джерело живлення на 12 В і струм порядку 5 А. Зверху на пристрій надягається кришка, зроблена з того ж матеріалу що і корпус. Це покращує термостабільність та зменшує частоту включення.
Із плюсів:простота виготовлення та доступність матеріалів. (Термостат і резистори можна купити майже в будь-якому радіомагазині).
З мінусів:у термостата дуже великий гістерезис, майже 40 гр.С. Тобто він вимикається за 130 гр.С, а включається при 90 гр.С. Але це ніяк не шкодить чипу, скоріше навпаки, не дозволяє сильно сирому чипу спухнути. На фото показано пристрій знизу (без проводів і термозапобіжника) та власне в роботі. Устр
Як відомо, що якщо чіп сирий, то при спробі паяння такого чіпа, він здувається бульбашками і буде несправним. А з урахуванням вартості чіпів, їхнього часу доставки та складності ремонту, це дуже накладно. Багато шукав в Інтернеті. Є різні поради, від - сушити на настільному світильнику до побутової духовки. Є й дуже дороге обладнання. Жодна з порад особисто мене не влаштувала (як і мого друга в Німеччині, він те ж давно шукав що подібне.). За ідеєю, на кожен чіп має бути документація, в якій описано, за якої температури і скільки часу він повинен сушитися перед паянням. Це правильно, але не завжди доступно більшості ремонтників.
Якщо узагальнити всю інформацію, виходить, що з нормальної сушіння чіпа, він має перебувати при температурі приблизно 130 гр.С. близько 8-10 годин. Це не шкодить йому, але видаляє вологу. Я не претендую на оригінальність, але хочу поділитися пристроєм, який використовую сам і мій друг у Німеччині (зробив на мою пораду). Можливо, воно буде корисним і ще кому. З часу використання цього пристрою, з жодним чіпом жодного разу не було проблем, виписував і з Китаю і в Росії.
Піч для чіпіввиготовлена з підручних матеріалів за пару вихідних днів. Корпус виготовлений із пресованого паперу з ламінуванням. Це були шматки від декоративного меблевого оздоблення, товщиною 6 мм. Хоча можна використовувати будь-який температуростійкий матеріал (має тримати температуру хоча б до 180 гр.С. і вище). З'єднання виконані гвинтами M3. Як нагрівальні елементи використані 20 ватні керамічні резистори номіналом 15 Ом (можна застосовувати від 10 до 18 Ом). Усього 6 штук, так як пічка розрахована для одночасного сушіння 2-3 х чіпів.
Для одного чіпа достатньо буде 3-4 резистори. Як елемент підтримує температуру використаний електромеханічний термостат на 130 гр.С. Для захисту (на фото немає) до одного з резисторів знизу притиснутий термозапобіжник на 10 А, 180 гр.С. Усі резистори з'єднані паралельно. Тобто. весь ланцюг складається з послідовно з'єднаних: термозапобіжник, термостат, група резисторів. Для наочності паралельно резисторам включений світлодіод на 12 (або 3.5 В через резистор 510 Ом). Весь пристрій живиться від комп'ютерного блоку живлення (був старенький на 200 Вт). Хоча буде придатне будь-яке джерело живлення на 12 В і струм порядку 5 А. Зверху на пристрій надягається кришка, зроблена з того ж матеріалу що і корпус. Це покращує термостабільність та зменшує частоту включення.
Із плюсів:простота виготовлення та доступність матеріалів. (Термостат і резистори можна купити майже в будь-якому радіомагазині).
З мінусів:у термостата дуже великий гістерезис, майже 40 гр.С. Тобто він вимикається за 130 гр.С, а включається при 90 гр.С. Але це ніяк не шкодить чипу, скоріше навпаки, не дозволяє сильно сирому чипу спухнути. На фото показано пристрій знизу (без проводів і термозапобіжника) та власне в роботі. Пристрій експлуатується вже близько року. Сподіваюся, ця інформація буде корисною!
Приклади виконаних трафаретів
Рис.1 Приклади виконаних трафаретів для відновлення кульок BGA
Рис.2 Відновлені кулькові висновки BGA чіпа
Необхідне обладнання
- Сушіння (рекомендується для підсушування компонентів);
- Система паяння гарячим повітрям, конвекційна піч або конвеєрна піч з обдувом гарячим повітрям;
- Чашка для вимочування (рекомендується для очищення трафаретів);
- Паяльник (або інший інструмент для зняття кульок BGA);
- Захищене від статики робоче місце;
- Мікроскоп (рекомендується для перевірки);
- Дііонізована вода;
- Напалечники.
Вступ
Методи безпеки
Вентиляція:
Випаровування флюсу при паянні та випаюванні можуть шкодити. Використовуйте загальну або місцеву витяжку для дотримання норм Гранично Допустимої Концентрації шкідливих речовинна робочому місці. Проконсультуйтеся у технічній інформації (MSDS) щодо паяльних матеріалів про допустимою нормоюГДК.
Засоби особистого захисту:
Хімікати, що використовуються в процесі реболлінгу, можуть викликати ураження ділянок шкіри. Використовуйте відповідні засоби захисту, коли виконуєте дії з очищення, паяння або випаювання
Небезпека свинцю:
Організація USEPA Carcinogen Assessment Group відносить свинець та його сплави до тератогенів, а компоненти із застосуванням до класу B-2 канцерогенів.
Під час роботи з чутливими до статичного заряду компонентами переконайтеся, що ваше робоче місце захищене від статики, використовуючи такі засоби:
- Напалечники;
- Провідні робочі килимки або покриття столу;
- Заземлений п'ятковий або зап'ясткові браслети.
Сприйнятливість компонентів
Сприйнятливість до вологості
Пластикові корпуси BGA є абсорбентом вологості. Виробник чіпа позначає рівень сприйнятливості компонента кожному корпусі. Кожен рівень сприйнятливості має тимчасову межу зовнішнього впливу, що з ним. Стандарт JEDEC відображає тимчасову межу для зовнішнього впливу при стандартному атмосферному тиску, 30 градусів C та 60% відносної вологості. Також у нашій інструкції представлена таблиця рівнів вологості (див. нижче).
Сприйнятливість до статичного заряду
Послідовність дій зі зняття, реболлінгу та повторного встановлення компонента на друковану плату викликає множину шансів пошкодити компонент статичним зарядом. Намагайтеся використати відповідні засоби захисту
При перевищенні дозволеного часу зовнішнього впливу стандарт JEDEC наказує проводити сушіння компонента. Стандартний час сушіння це 24 години при 125 градусів C. Після закінчення сушіння компонент повинен бути поміщений у пакет з речовиною, що вбирає вологу, що запобігає повторному проникненню вологості в нього. Подібне сушіння підготує компонент до процесу паяння.
Сприйнятливість до температури
BGA компоненти сприйнятливі до перепадів температури у таких випадках:
- Швидкі зміни у температурі призведуть до температурного удару, внаслідок нерівномірного розподілу внутрішніх температур у самому чіпі. Швидке нагрівання лише однієї сторони чіпа BGA може викликати температурний удар на підкладці чіпа.
- Підвищена температура: Пластикові BGA чіпи найбільше нагадують друкарські плати. Їхні підкладки складаються із загартованого скла і зазвичай мають Tg (температура склування) приблизно 230 градусів C. Понад температуру склування коефіцієнт термічного розширення починає зростати, несприятливо впливаючи на внутрішні температурні удари. Дуже важливо зберігати підкладку чіпа нижче за цю температуру.
- Нерівномірність температурного нагріву: Рекомендується використовувати піч конвекційного типу, ніж системи паяння пістолетного типу. Для ефективного паяння компонентів необхідна піч, що забезпечує рівномірність нагрівання компонентів Більше того, піч, яка здатна подавати гаряче повітря з невеликою швидкістю, може зменшити ймовірність температурного удару внаслідок нерівномірності нагрівання компонента. Шар шарових висновків сприяє ізолюванню контактних майданчиків підкладки від повітря. Час «вимочування» в печі дає час на те, щоб усі контактні майданчики поступово змочилися припоєм. Коли процес оплавлення за температурним профілем завершено, кулькові висновки мають світло-коричневий колір. Велика температура обдування може призвести до появи темно-коричневого виводу і навіть чорного кольору.
- Рекомендується, щоб компоненти BGA ніколи не нагрівалися більш ніж на 220 градусів C.
Сприйнятливість до удару
Внутрішні удари виникають внаслідок виникнення температурних градієнтів та навантажень усередині структури чіпа. Термічні удари більш помітні в процесі реболлінгу, навіть якщо є обидва типи ударів. Для мінімізації ризику температурного удару ретельно слідкуйте за температурним циклом процесу. Рівномірність нагріву є критичним фактором для мінімізації ударів у чіпі.
Процес зняття кулькових висновків (деболлінг)
Існує багато інструментів, які дозволяють зняти залишки припою з компонету BGA. Вони включають вакуумні інструменти з гарячим повітрям, паяльники з жалом і, що найбільш переважно, низькотемпературні установки паяння хвилею (220 градусів C.) Будь-який з цих інструментів, при правильному використаннідозволяє проводити реболлінг.
Оскільки паяльники я добрим температурним контролемпайки не такі рідкісні зараз і відносно недорогі, ми опишемо процес дебалінгу з використанням паяльника з жалом. Тримайтеся упевненіше протягом усього процесу деболлінгу, т.к. він містить безліч потенційно небезпечних для чіпа механічних та термальних стресів.
Інструменти та матеріали
- Флюс;
- Паяльник;
- Ізопропілові серветки (ізопропіл алкоголь);
- Килимок, що проводить.
- мікроскоп;
- Витяжка для полегшення видалення димів, що утворюються у процесі випоювання;
- Захисні окуляри;
- Ножиці.
Підготовка
- Попередньо розігрійте паяльник.
- Одягніть напалечники.
- Попередньо перевірте ще раз кожний чіп на забруднення, пропущені контактні майданчики, а також паяність.
- Одягніть захисні окуляри.
Примітка:Проведення сушіння компонента для видалення вологості рекомендується робити до виконання його деболлінгу.
 | Крок 1 - Нанесення флюсу на чіпПокладіть чіп на килимок, що проводить, стороною контактних майданчиків вгору. Занадто мала кількість флюсу зробить процес деболлінгу скрутним. |
Рис.3 Подряпані майданчики BGA чіпа | Крок 2 - Зняття кульокВикористовуючи плетінку для випаювання та паяльник зніміть кульки припою з контактних майданчиків чіпа. Поміщайте плетінку поверх флюсу, після чого прогрівайте паяльником зверху. Перед тим, як змістити плетінку по поверхні чіпа, дочекайтеся, щоб паяльник її прогрів і розплавив кульки припою. УВАГА: Не натискайте на чіп паяльником. Зайвий тиск може пошкодити чип або подряпати контактні майданчики (див. рис.3). Для досягнення найкращих результатів, прочистіть чіп за допомогою чистого шматка плетінки. Невелика кількість припою має залишитись на контактних майданчиках для того, щоб зробити процес реболлінгу легшим. |
 | Крок 3 - Очищення чіпаВідразу ж очистіть чіп за допомогою серветки, змоченої в ізопропіловому спирті. Своєчасне очищення чіпа полегшить видалення залишків флюсу. Вийміть серветку з пакета і розгорніть її. Протираючи поверхню чіпа, видаліть флюс. Поступово зрушуйте чіп під час протирання на більш чисті ділянки серветки. Під час очищення завжди підтримуйте протилежний бік чіпа. Не загинайте куточки чипа. Примітка:
|
 Рис.4 Чиста поверхня BGA
Рис.5 Забруднена поверхня BGA | Крок 4 - ПеревіркаРекомендується, щоб перевірка проводилась під мікроскопом. Перевіряйте чистоту контактних майданчиків, пошкоджені майданчики та невіддалені кульки припою. (Див. Рис. 4 та 5) Примітка: Оскільки флюс має корозійну дію, рекомендується провести додаткове очищення, якщо реболлінг чіпа не буде зроблено відразу. |
 | Крок 5 - Додаткове очищенняНанесіть деіонізовану воду на контактні майданчики чіпа і потріть щіткою (можна використовувати звичайну зубну щітку). Примітка: Для досягнення найкращих результатів чистіть чіп щіткою спочатку в одному напрямку, після чого поверніть його на 90 градусів та також чистіть в іншому. Після цього проведіть чищення круговими рухами. |
 | Крок 6 - ПромивкаДобре прочистіть чіп щіткою і промийте деіонізованою водою. Це допоможе змити залишки флюсу із чіпа. Після цього просушіть чіп сухим повітрям. Повторно перевірте поверхню (Крок 4). Якщо чіп деякий час лежатиме без нанесених кульок, необхідно переконатися. Що його поверхня дуже чиста. Занурення чіпа у воду на будь-який проміжок часу НЕ РЕКОМЕНДУЄТЬСЯ. |
Процес нанесення кулькових висновків (реболлінг)
Інструменти та матеріали
- Ремонтний трафарет;
- Фіксатор для трафарету;
- Флюс;
- Деіонізована вода;
- Піддон для очищення;
- Щітка для очищення;
- Пінцет;
- Кислотостійка щітка;
- Пекти оплавлення або система паяння гарячим повітря.
- мікроскоп;
- Напалечники.
Підготовка
- Перед тим, як почати, переконайтеся, що фіксатор для трафарету чистий.
- Виставте температурний профіль обладнання, що виконує оплавлення припою.
 | Крок 1 - Вставка трафаретуРозмістіть трафарет у фіксаторі. Переконайтеся, що трафарет щільно завіксований. Якщо трафарет зігнутий або пом'ятий у фіксаторі, процес відновлення не вийде. Це, як правило, є наслідком забруднення фіксатора або поганого регулювання під трафарет. |
 | Крок 2 - Нанесіть флюс на чіпВикористовуйте шприц для нанесення невеликої кількості флюсу на чіп. Примітка:Перед тим, як почати, переконайтеся. що поверхня чіпа чиста. |
 | Крок 3 - Розподіл флюсу по поверхні чіпаВикористовуючи щіточку рівномірно розподіліть флюс за контактними майданчиками чіпа BGA. Намагайтеся покрити кожен контактний майданчик тонким шаром флюсу. Переконайтеся, що всі контактні майданчики вкриті флюсом. Тонкий шар флюсу працює краще, ніж товстий шар. |
 | Крок 4 - Вставка чіпаПомістіть BGA компонент у фіксатор, покритий флюсом стороною навпроти трафарету. |
 | Крок 5 - Осадження компонентаОбкладіть трафарет і компонент у фіксаторі акуратним натисканням на компонент. Переконайтеся, що компонент плоско сидить навпроти трафарету. |
 | Крок 6 - ОплавленняПомістіть фіксатор у гарячу конвекційну піч або станцію для реболлінгу гарячим повітрям та почніть та запустіть цикл оплавлення. У будь-якому випадку обладнання, що використовується, має бути налаштоване на розроблений для чіпа BGA термопрофіль. |
 | Крок 7 - ОхолодженняВикористовуючи пінцет, вийміть фіксатор з печі або станції для реболлінгу і помістіть його в піддон, що проводить. Залиште чіп остудитись приблизно на пару хвилин, перед тим, як витягнете його з фіксатора. |
 | Крок 8 - Виїмка BGA чіпаПісля того, як чіп охолоне, вийміть його з фіксатора і помістіть його в піддон для очищення стороною кулькових висновків вгору. |
 | Крок 9 - ВимочуванняНанесіть деіонізовану воду на трафарет BGA і зачекайте приблизно тридцять секунд, перш ніж продовжити. |
 | Крок 10 - Зняття трафаретуВикористовуючи тонкий пінцет, зніміть трафарет з чіпа. Найкраще починати з кута, поступово знімаючи трафарет. Трафарет має бути знятий за один прийом. Якщо він раптом не знімається, додайте ще деіонізованої води і зачекайте ще 15 - 30 секунд перед тим, як продовжити. |
 | Крок 11 - Очищення від фрагментів брудуМожливо, після зняття трафарету залишаться невеликі фрагменти частинок чи бруду. Заберіть їх за допомогою пінцету. Просто акуратно ведіть одним кінчиком пінцету між кульками компонента, захоплюючи частинки іншим. УВАГА: Кінчик пінцету гострий, тому може подряпати паяльну маску на чіпі, якщо ви не обережні. |
 | Крок 12 - ОчищенняВідразу після того, як прибрали трафарет від чіпа, очистіть його за допомогою деіонізованої води. Нанесіть невелику кількість деіонізованої води та потріть чіп щіточкою. УВАГА: Підтримуйте чіп, поки чистите його щіткою, щоб уникнути механічного стресу. Примітка: Для кращого результату очищення спочатку потріть іп щіткою в одному напрямку, потім поверніть на 90 градусів і потріть в іншому. Завершіть процес очищення круговими рухами щіточки. |
 | Крок 13 - Промивання чіпа BGAПромийте чіп деіонізованою водою. Це допоможе видалити маленькі частинки флюсу та бруду, що залишилися після попередніх етапів очищення. Дайте чипу висохнути на повітрі. Не протирайте його серветками або ганчірочками. |
 Рис.6 Чисті кульки BGA
Рис 7. Корозійні залишки біля основи кульок | Крок 14 - Перевірка якості нанесенняВикористовуйте мікроскоп для перевірки чіпа на забруднення, пропущені кульки або залишки флюсу. При необхідності повторного чищення повторіть кроки 11 - 13. УВАГА: Оскільки в процесі не використовується безочисний флюс, необхідне акуратне очищення для запобігання корозії та подальшого виходу чіпа з ладу. Примітка: Кроки 9 – 13 виконуються однозначно. На деяких інших етапах можливе застосування очищення промиванням спреєм. |
Очищення фіксатора
Протягом процесу реболлінгу BGA фіксатор стає все більш липким і забрудненим. Мал. 8 показує сліди забруднення на фіксаторі. Необхідно очистити залишки флюсу з фіксатора для того, щоб трафарет сидів у ньому правильно. Нижчеописаний процес справедливий як гнучких, так жорстких фіксаторів. Для кращого очищеннянепогано застосовувати ванну з ультразвуковим очищенням
Інструменти та матеріали
- Піддон для очищення;
- Щіточка;
- Склянка;
- Деіонізована вода.
- Маленька чашка чи баночка.
 | Крок 1 - ВимочуванняВимочіть фіксатор для трафаретів BGA у теплій деіонізованій воді приблизно 15 хвилин. |
 | Крок 2 - Чищення з деіонізованою водоюВийміть фіксатор із води та потріть його щіткою. |
 | Крок 3 - Промивання фіксатораПромийте фіксатор деіонізованою водою. Дайте йому висохнути на повітрі. |
Сушіння чіпа
Процедура сушіння дуже важлива для того, щоб бути впевненим, що не виникне ефект «попкорну» в процесі реболлінгу чіпа. Дуже рекомендується піддавати чіп сушінню перед кожною реболлінговою операцією, щоб виключити наявність вологості на подальший період часу.
- Пекти для сушіння;
- Пакет, що захищає від вологості та статичного заряду;
- Речовина-осушувач (наприклад, силікогель).
Підготовка
- Попередньо перевірте кожен чіп на забруднення, відсутні контактні майданчики, та можливість його паяння.
- Підготуйте та приберіть робоче місце.
Крок 1 - Рівень вологості чіпа
Виберіть необхідний рівеньвологості чіпа з наведеної нижче таблиці для визначення часу, необхідного для сушіння BGA компонента. Виробник BGA повинен вказати рівень сприйнятливості чіпа до вологості. Також необхідно знати час дії довкілляна ваші чіпи. Якщо час впливу перевищує рівень сприйнятливості чіпа в 2-5 разів, потрібно 24 годинне сушіння при 125 градусів C.
Примітка:
Якщо ви не впевнені про час впливу зовнішньої атмосфери на чіпи, краще вважайте, що він перевищений.
компонентів для поверхневого монтажу по вологості/температурі оплавлення може бути знайдена у стандарті IPC/JEDEC J-STD 033A.
УВАГА:
Ніколи не сушіть компоненти BGA в пластикових піддонах, виготовлених з матеріалу з точкою плавлення менше 135 градусів C. Більше того, не використовуйте піддони, які не мають чіткого маркування гранично допустимої для них робочої температури.
Не дозволяйте кулькам припою торкатися металевих поверхоньу процесі сушіння.
Крок 2 - Сушіння
Виставте температуру та час печі, відповідно до рівня вологості. Коли піч досягне необхідної температури, помістіть до неї компоненти BGA.
Крок 3 - Суха упаковка
Після завершення сушіння помістіть компоненти у вологозахисний пакет, захищений від статики зі свіжою порцією осушувача. Речовина-осушувач допоможе вам зберегти компоненти сухими при зберіганні та транспортуванні.
Таблиця рівнів сприйнятливості до вологості
| Рівень сприйнятливості | Час впливу (поза захисним пакетом) при 30 градусах C/60% відносної вологості або як передбачається |
| 1 | Не обмежено при<= 30 градусов C/85% относительной влажности |
| 2 | 1 рік |
| 2a | 4 тижні |
| 3 | 168 годин |
| 4 | 72 години |
| 5 | 48 годин |
| 5a | 24 години |
| 6 | Примусове сушіння перед встановленням. Після сушіння має бути встановлений протягом зазначеного на ньому часу. |
Налаштування фіксатора
Найкращим фіксатором, який використовується в більшості випадків є нерухомий фіксатор, оскільки він не вимагає попереднього налаштування. Звісно, не може бути нерухомих фіксаторів для всіх типів BGA. Це поле діяльності гнучких фіксаторів, що настроюються. Рухомий фіксатор може бути виставлений на будь-який тип і будь-який розмір компонента BGA від 5мм – 57мм, а також для прямокутних компонентів.
Рис.10 Фіксатор із втраченою перпендикулярністю | Крок 1 - Налаштування рухомого фіксатораПослабте всі торцеві гвинти, щоб частини фіксатора могли вільно рухатися, але між ними зберігалися прямі кути. Примітка:Не послаблюйте гвинти надто сильно. Якщо гвинти будуть ослаблені занадто сильно, важко зберегти квадратність фіксатора (див Рис.10). |
 Рис.11 Розташування сходинки для кріплення чіпа | Крок 2 - Визначення необхідних розмірів фіксатораПідлаштуйте фіксатор так, щоб чип щільно фіксувався в ньому, після чого затягніть гвинти. На Рис.11 стрілками показано місце розташування сходинки на фіксаторі. Чіп у фіксаторі «всідає» на ці сходинки, при цьому налаштування фіксатора повинно дозволяти легко виймати чіп при необхідності з нього. |
 Рис.12 Вигинання трафарету за його фіксації | Крок 3 - Перевірка підгонки BGA трафаретуОстанній крок - це перевірка установки в фіксатор чіпа разом з трафаретом, для перевірки припасування фіксатора та її коригування при необхідності. УВАГА:Трафарет не повинен вигинатися та перегинатися після його фіксації. (Приклад Рис.12). Якщо трафарет не влазить у фіксатор без згинання, переналаштуйте фіксатор. Примітка: Рис.11 показує трафарет зверху чіпа, тільки з метою краще показати вигин трафарету. Насправді, при процесі установки, чіп повинен бути зверху трафарету. |
Температурний профіль оплавлення
Як і у всіх процесах паяння, температурний профіль є ключовим елементом успішного процесу. Сам процес реболлінгу BGA чіпа досить простий і повторюваний, набагато більше часу забирає налаштування температурного профілю для обладнання оплавлення гарячим повітрям.
Кожен чіп BGA може вимагати свого температурного профілю. Почніть із базового профілю, показаного нижче, вносячи корективи на тип матеріалу BGA, масу BGA чіпа та його розмір і це має принести до прийнятних результатів.
Пам'ятайте, що налаштування профілю базується на вимірюваній температурі компонента. Сама температура печі зазвичай від неї відрізняється.
УВАГА:Чи не нагрівайте компонент понад 220 градусів C, т.к. це може призвести до виходу його з ладу.
Будь-яке обладнання з гарячим повітрям, обладнане:
- Контрольованим за часом циклом нагрівання;
- Температурним діапазоном нагріву 20 – 240 градусів C;
- Циркулюючим обдуванням повітрям.
Ключові моменти:
- Нахил температурної кривої (зростання температури) близько 1 градуса C/секунду;
- Температурний пік повинен припадати на 200C – 210C;
- Наявність лінії ліквідусу (183C) на 45-75 секунд;
- Великі компоненти або поглиначі тепла вимагатимуть триваліших циклів нагріву.
Вимірювання температури компонента
Для створення робочого температурного профілю термопари розміщуються у різних ділянках компонента, а моніторинг їх показань виконується за допомогою спеціального програмного забезпечення, що дозволяє знайти оптимальний профіль оплавлення компонента. Цей спосіб зняття показань забезпечує рівномірність зняття показань нагріву та мінімальний термічний удар для досліджуваного компонента.
Повітряний потік, обтікаючи компонент, змушує його нагріватися. При нерівномірному нагріванні компонента виникають температурні градієнти (перепади температури) у його складі. Великий температурний градієнт спричиняє температурний удар, який може пошкодити компонент.
Поширені запитання
— Як я дізнаюся, що компонент досить чистий?
— Найкращим способом дізнатися чи достатньо чистий компонент є використання іонографа або іншого аналогічного обладнання для виявлення іонних забруднень.
— Як мають виглядати кульки висновків після процесу реболлінгу?
Про — Після оплавлення кулі на компоненті BGA мають бути сферичними та гладкими. Структура їх поверхні як шкірка апельсина свідчить про занадто тривалий час оплавлення, занадто гарячу температуру оплавлення або занадто повільний процес охолодження.
— Трафарет прилипає до компонента в процесі його зняття. Що можна зробити?
О -Нанесіть більше води і дозвольте трафарету відмокнути тривалий час. Зазвичай це допомагає. Збільшення температури води також може мати позитивний ефект. Виникнення такої проблеми зазвичай говорить про те, що цикл оплавлення занадто гарячий або занадто довгий.
— Одна з кульок не пристала до контактного майданчика. Що я можу зробити?
— Використання флюсу та температурного профілювання часто є причиною виникнення подібних проблем із контактом кульок. Нанесіть невелику кількість флюсу на контактний майданчик і помістіть на неї окрему кульку на флюс, після чого оплавте її. Це дозволить закріпити кульку, яка не припаялася вперше. Якщо таких кульок занадто багато, виконайте деболлінг чіпа і повторіть процес нанесення кулькових висновків.
— Після кількох циклів використання трафарети перестали чітко закріплюватися у фіксаторі. У чому може бути справа?
О - Флюс може нарости на внутрішній стороні фіксатора і стати причиною проблем із закріпленням трафарету. Очистіть фіксатор згідно з наведеними вище інструкціями.
Сучасні радіоелектронні пристрої неможливо уявити без мікросхем – складних деталей, які, по суті, інтегровані десятки, або навіть сотні простих, елементарних компонентів.
Мікросхеми дозволяють зробити пристрої легкими та компактними. Розраховуватися за це доводиться зручністю та простотою монтажу та досить високою ціною деталей. Ціна мікросхеми не відіграє важливу роль у формуванні загальної ціни виробу, в якому вона застосовується. Якщо зіпсувати таку деталь при монтажі, при заміні на нову вартість може суттєво збільшитися. Нескладно припаяти товстий провід, великий резистор або конденсатор, для цього достатньо володіння початковими навичками паяння. А мікросхему треба припаювати зовсім іншим способом.
Щоб не сталося прикрих непорозумінь, при пайці мікросхем необхідно користуватися певними інструментами та дотримуватись деяких правил, заснованих на численному досвіді та знаннях.
Для паяння мікросхем можна використовувати різне паяльне обладнання, починаючи від найпростішого паяльника, і закінчуючи складними пристроями та паяльними станціями з використанням інфрачервоного випромінювання.
Паяльник для паяння мікросхем повинен бути малопотужним, бажано розрахованим на напругу живлення 12 В. Жало такого паяльника має бути гостро заточене під конус і добре опромінене.
Для випоювання мікросхем може бути застосований вакуумний олововідсмоктувач – інструмент, що дозволяє почергово очищати ніжки на платі від припою. Цей інструмент є подібністю до шприца, в якому поршень підпружинений вгору. Перед початком робіт він вдавлюється в корпус і фіксується, а коли потрібно, звільняється натисканням кнопки і під дією пружини піднімається, збираючи припій з контакту.
Більш досконалим обладнанням вважається термоповітряна станція, яка дозволяє здійснювати демонтаж мікросхем і паяння гарячим повітрям. Така станція має у своєму арсеналі фен із регульованою температурою потоку повітря.
Дуже потрібний при паянні мікросхем такий елемент обладнання, як термостіл. Він підігріває плату знизу, тоді як зверху здійснюються дії з монтажу або демонтажу. Опціонально термостіл може бути оснащений верхнім підігрівом.
У промислових масштабах паяння мікросхем здійснюється спеціальними автоматами, які використовують ІЧ-випромінювання. При цьому проводиться попереднє розігрів схеми, безпосередньо паяння та плавне ступінчасте охолодження контактів ніжок.
В домашніх умовах
Паяння мікросхем в домашніх умовах може знадобитися для ремонту складної побутової техніки, материнських плат комп'ютерів.
Як правило, щоб припаяти ніжки мікросхеми, використовують паяльник або паяльний фен.
Робота паяльником здійснюється за допомогою звичайного припою чи паяльної пасти.
Останнім часом став частіше застосовуватися безсвинцевий припій для паяння з вищою температурою плавлення. Це необхідно зменшення шкідливого дії свинцю на організм.
Які пристрої потрібні
Для паяння мікросхем, крім самого паяльного обладнання, знадобляться ще деякі пристрої.
Якщо мікросхема нова і виконана в BGA-корпусі, то припій нанесений на ніжки у вигляді маленьких кульок. Звідси і назва Ball Grid Array, що означає масив кульок. Такі корпуси призначені для поверхневого монтажу. Це означає, що деталь встановлюється на плату, і кожна ніжка швидкою точною дією припаюється до контактних п'ятачок.
Якщо мікросхема вже використовувалася в іншому пристрої і використовується як запчастини, що були у використанні, необхідно виконати реболлінг. Реболлінгом називається процес відновлення кульок припою на ніжках. Іноді він застосовується і у разі відвалу – втрати контакту ніжок із контактними п'ятачками.
Для здійснення реболлінга знадобиться трафарет - пластина з тугоплавкого матеріалу з отворами, розташованими відповідно до розташування висновків мікросхеми. Існують готові універсальні трафарети під кілька найпоширеніших типів мікросхем.
Паяльна паста та флюс
Для правильної паяння мікросхем необхідно дотримуватись певних умов. Якщо робота здійснюється паяльником, то жало його має бути добре облуженим.
Для цього використовується флюс – речовина, що розчиняє оксидну плівку та захищає жало від окислення до покриття припоєм під час паяння мікросхеми.
Найбільш поширений флюс - соснова каніфоль у твердому, кристалічному вигляді. Але, щоб припаяти мікросхему, такий флюс не годиться. Ніжки її та контактні п'ятачки обробляють рідким флюсом. Його можна зробити самостійно, розчинивши каніфоль у спирті чи кислоті, а можна купити готовий.
Припій у цьому випадку зручніше використовувати у вигляді дроту присадки. Іноді він може містити усередині флюсу з порошкової каніфолі. Можна придбати готовий паяльний набір для паяння мікросхем, що включає до складу каніфоль, рідкий флюс з пензликом, кілька видів припою.
При здійсненні реболлінгу використовується паяльна паста, що є основою в'язкого матеріалу, в якій містяться дрібні кульки припою і флюсу. Така паста наноситься тонким шаром на ніжки мікросхеми зі зворотного боку трафарету. Після цього паста розігрівається феном або інфрачервоним паяльником до розплавлення припою та каніфолі. Після застигання вони утворюють кульки на ніжках мікросхеми.
Порядок проведення робіт
Перед початком робіт необхідно підготувати всі інструменти, матеріали та пристрої, щоб вони були під рукою.
Під час монтажу або демонтажу плату можна розташувати на термостолі. Якщо для демонтажу використовується паяльний фен, то для виключення його на інші компоненти, потрібно їх ізолювати. Зробити це можна встановленням пластин з тугоплавкого матеріалу, наприклад, смужок, нарізаних зі старих плат, що стали непридатними.
При використанні для демонтажу олововідсмоктувача процес відбувається акуратніше, але довше. Олововідсмоктувач «заряджається» при очищенні кожної ніжки. У міру заповнення шматками застиглого припою його потрібно очищати.
Є кілька правил паяння, які слід обов'язково виконувати:
- паяти мікросхеми на платі треба швидко, щоб не перегріти чутливу деталь;
- можна кожну ніжку під час паяння дотримувати пінцетом, щоб забезпечити додаткове тепловідведення від корпусу;
- при монтажі за допомогою фена або інфрачервоного паяльника необхідно стежити за температурою деталі, щоб вона не піднімалася вище 240-280 °C.
Радіоелектронні деталі дуже чутливі до статичної електрики. Тому при збиранні краще використовувати антистатичний килимок, який підкладається під плату.
Навіщо сушити чіпи
Чіпами називають мікросхеми, укладені в BGA-корпусах. Назва, мабуть, пішла ще від абревіатури, що означала Числовий Інтегральний Процесор.
За досвідом використання у професіоналів існує стійка думка, що при зберіганні, транспортуванні, пересиланні, чіпи вбирають у себе вологу і під час паяння вона, збільшуючись в обсязі, руйнує деталь.
Дію вологи на чіп можна побачити, якщо нагріти останній. На поверхні його утворюватимуться здуття та бульбашки ще задовго до того, як температура підніметься до значення, достатнього для розплавлення припою. Можна тільки уявити, що відбувається всередині деталі.
Щоб уникнути небажаних наслідків наявності вологи в корпусі чіпа, при монтажі плат здійснюється сушіння чіпів перед паянням. Ця процедура допомагає видалити вологу із корпусу.
Правила сушіння
Сушіння чіпів необхідно проводити, дотримуючись температурного режиму і тривалості. Нові чіпи, які були придбані в магазині, зі складу, надіслані поштою, рекомендується сушити щонайменше 24 години при температурі 125 °C. Для цього можна використовувати спеціальні сушильні печі. Можна висушити чіп, розташувавши його на термостолі.
Температуру сушіння необхідно контролювати, щоб не допустити перегріву та виходу деталі з ладу.
Якщо чіпи були висушені та зберігалися до монтажу у звичайних кімнатних умовах, достатньо просушити їх протягом 8-10 годин.
Враховуючи вартість деталей, очевидно, краще провести сушку, щоб з упевненістю приступати до монтажу, ніж намагатись паяти непросушений чіп. Неприємності можуть обернутися не лише грошовими витратами, а ще й загубленим часом.