Технологии в электронной промышленности №4'2005

Задача монтажа и демонтажа BGA-корпусов

Андрей Жилин


Задача монтажа и демонтажа корпусов микросхем BGA-типов (Ball Grid Array) стоит и перед ремонтной мастерской, и перед серьезным производством. Как ни странно, установить и припаять BGA проще, чем QFP-компонент, а вот демонтаж BGA и восстановление выводов без специального оборудования - серьезная проблема.


Крупнейшие производители электронной техники OEM, СЕМ применяют специальное оборудование для демонтажа микросхем в корпусах BGA. Так, в цеху производства материнских плат компании ASUS находится 4 установки для ремонта внутреннего брака BGA-корпусов. Крупнейшие производители микросхем ODM — (Original Design Manufacturer), такие как Intel и VIA, всегда применяют такое оборудование.

В этой статье приведены варианты технологии монтажа, демонтажа и восстановления выводов BGA, а также непредвзятый обзор ремонтных комплексов для этой цели.

Технология демонтажа BGA

  • Установка температурного профиля для установки
  • Установка термопары

Процесс демонтажа проиллюстрирован на рис. 1-7.

Рис. 1. Алгоритм демонтажа BGA
Рис. 2. Вид микросхемы
Рис. 3. Установка термопары под BGA с обратной стороны
Рис. 4. Установка термопары под BGA с обратной стороны
Рис. 5. Фиксация термопары термостойкой лентой с нижней стороны платы
Рис. 6. Фиксация термопары термостойкой лентой с верхней стороны платы
Рис. 7. Демонтаж BGA

После демонтажа требуется очистить микросхему от старых шариковых выводов. Для этого наносим флюс-гель на поверхность микросхемы. Используя паяльную оплетку, убираем старые шариковые выводы. Следует обратить внимание, что без применения флюс-геля есть высокая вероятность повреждения контактных площадок (КП) выводов (можно поцарапать или порвать проводники).

Рис. 8. Удаление излишков припоя паяльной оплеткой

Технология восстановления шариковых выводов BGA

На данный момент существует большое количество разнообразных технологий восстановления шариков корпусов BGA-типов. Остановимся на трех из них.

1. Использование готовых преформ SolderQuik компании WinSlow Automation. Преформы представляют собой пластину полимера с запрессованными шариковыми выводами. Данная технология описывалась в статьях С. Борисенкова (см. «НТВ Электроника» «Восстановление шариковых выводов микросхем в корпусах BGA/CSP») и здесь рассматриваться не будет.

Рис. 9. Оснастка для восстановления шариковых выводов

Данная технология применима для ремонтных мастерских.

Достоинства: не требуется оснастки для восстановления шариков.

Недостатки: из-за высокой стоимости пре-форм себестоимость ремонта высока.

2. Использование готовых преформ, например, StencilQuik компании BEST Inc. Пре-формы представляют собой пластину полимера с отверстиями на месте шариковых выводов. Вы устанавливаете шаблон на нужное место на плате, затем шпателем наносите паяльную пасту, устанавливаете корпус микросхемы и оплавляете. Полимер, который является флюсом, растекается, а паяльная паста оплавляется, образуя паяное соединение в виде шара. Данная технология применима для ремонтных мастерских.

Достоинства: не требуется оснастки для восстановления шариков. Используя ножницы, можно создать любую конфигурацию расположения выводов.

Недостатки: из-за высокой стоимости преформ себестоимость ремонта высока. Этот вариант хорош при одиночном ремонте.

3. Использование готовых шариковых выводов и шаблонов. Здесь возможно два варианта: установка шариков на пасту или на флюс. 3.1. Установка шариков на пасту. Так как температура оплавления паяльной пасты ниже, чем у вывода шарика, то температурная деформация незначительна. Этот вариант хорош в ремонте на среднесерийном и крупносерийном производстве для ремонта внутреннего брака. 3.2. Установка шариков на флюс. Этот вариант при нагреве приводит к излишнему оплавлению шарика и, как следствие (как известно, после оплавления шарик принимает бочкообразную форму), деформации (рис 10). Этот вариант хорош при одиночном и мелкосерийном ремонте.

Рис. 10

Автор является сторонником первого способа восстановления. Так как целостность шариков сохраняется, и разница в высоте шариков минимальна, вероятность припая выводов становится выше. Вид идеального шарика после пайки изображен на рис. 11. 4. В свою очередь, процесс укладки можно производить вручную и полуавтоматически. Для всех вариантов процессов применяются шаблоны (трафареты) для укладки. Так как существует большое разнообразие BGA-корпусов, то универсальных шаблонов не существует. Материал для изготовления шаблонов может быть следующим:

  • Стеклотекстолит или пластик — для мелкосерийного ремонта, для шариков диаметром 0,7-0,9 мм. Метод изготовления шаблонов — сверление.
  • Бронза, медь — для мелкосерийного и среднесерийного ремонта, для шариков диаметром 0,5-0,9 мм. Метод изготовления шаблонов — травление.
  • Нержавеющая сталь — для ремонта любой серийности, для шариков диаметром 0,3-0,9 мм. Метод изготовления шаблонов — лазерная резка.
Рис. 11

Самым практичным и воспроизводимым считаются шаблоны из нержавеющей стали. В России существует много компаний, продающих готовые шаблоны или изготавливающих на заказ. Следует обратить внимание — при изготовлении и заказе металлических шаблонов нужно учитывать толщину шаблона h = (0,5-1) xOвывода, где Овывода—диаметр вывода

Для ручной укладки существуют разнообразные оснастки (рис. 9). Технология использования показана на рис. 12-17.

Оборудование для полуавтоматической укладки шариковых выводов представлено на рис. 18-19.

Пайка шариковых выводов осуществляется в зависимости от применяемой технологии:

Рис. 12. Фиксация корпуса микросхемы
Рис. 13. Установка крышки в оснастке
Рис. 14. Фиксация крышки
Рис. 15. Нанесение припойной пасты
Рис. 16. Установка шариковых выводов
Рис. 17. Оплавление
Рис. 18. Для одиночной укладки
Рис. 19
Рис. 20 в многозонной конвекционной печи (рис. 20); на ремонтном комплексе с контролем термопрофиля.

Главный инструмент ремонта

1. Метод использования двух термофенов. Автор статьи не рекомендует данный способ пайки, считая его варварским, но приводит его в силу распространенности.

Для демонтажа применяется два термофена, имеющих регулировку и индикацию температуры. Один фен устанавливается снизу платы, под корпусом BGA, второй — над корпусом BGA. Даже профессионал, имеющий большой опыт демонтажа таким способом, не может гарантировать нужную температуру, то есть сохранность (целостность) микросхемы. Выход годных после перепайки таким способом — 40-60%. (Методы проверки качества пайки будут описаны в следующей статье.)

Таблица. Паяльные станции для демонтажа и монтажа микросхем

Таблица. Паяльные станции для демонтажа и монтажа микросхем (продолжение)

Рис.21. Fonton BGA-936A

Рис. 22. Den-On 300
Рис. 23. Den On 500S
Рис. 24. Martin BGA Expert 07
Рис. 25

2. Использование специализированного технологического оборудования — ремонтных комплексов (рис. 21-25). Перед автором статьи была поставлена задача выбора и покупки ремонтного комплекса для крупносерийного производства. Основные критерии: цена, качество ремонта, воспроизводимость результата.

Цена

В процессе выбора была сформирована таблица, которую мы приводим. В ней вместо цены дается ценовой диапазон (чтобы не обидеть продавцов оборудования).

Качество ремонта

Это многофакторная оценка: 1. Жесткость конструкции определяет точность позиционирования платы при вы-пайке и пайке (рис. 26).

Рис.26

2. Наличие микрометрических винтов подводки по осям X, Υ.

3. Контроллер для пайки по температурному профилю (рис. 27).

Рис.27

4. Наличие призмы для совмещения КП на плате и КП на микросхеме (рис. 28).

5. Пайка только горячим воздухом.

6. Наличие подогрева платы снизу (рис. 29). В связи с этим автор сгруппировал существующие ремонтные станции по цене.

1. Базирующиеся на основе универсальных станций пайки горячим воздухом, а также имеющие:

  • не жесткую фиксацию платы;
  • подогрев платы снизу;
  • ручное или полуавтоматическое управление по температурному профилю.

2. Полустационарные ремонтные станции, имеющие:

  • жесткую фиксацию платы;
  • подогрев платы снизу;
  • полуавтоматическое управление нагревом по температурному профилю.

3. Стационарные ремонтные станции, имеющие:

  • автоматическое управление нагревом по температурному профилю;
  • подогрев платы снизу;
  • совмещение микросхемы через призму;
  • подогрев.

В следующей статье будут описаны отличия и нюансы методики монтажа на ремонтных станциях.

Рис. 28
Рис. 29

 

Другие статьи по этой теме


 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

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