Как паять bga микросхемы: Как правильно паять BGA микросхемы

Содержание

Как перепаять BGA микросхему | Практическая электроника

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!

BGA микросхема

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.

Как перепаять BGA микросхему

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

Как перепаять BGA микросхему

а есть также и электрические

Как перепаять BGA микросхему

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:

контактные площадки BGA

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:

BGA микросхема

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:

Как перепаять BGA микросхему

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.

Как перепаять BGA микросхему

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 .

ключ микросхемы 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!

монтажная схема мобильного телефона

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 здесь.

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.

Пайка и ремонт BGA: инструменты, материалы, приспособления

Отличительной особенностью электронных технологий последнего времени является всё большее уплотнение монтажа компонентов и микросхем, что стало причиной появления корпусов типа BGA (англ. Ball grid array — массив шариков). Этот самый массив находится под корпусом микросхемы, что позволяет разместить большое количество выводов в малом объеме (корпуса).

Подобная микроминиатюризация зачастую оборачивается известными неудобствами, вызванными сложностью ремонта (пайки) элементов, размещённых в таком корпусе.

При их пайке обрабатывается сразу несколько контактных ножек и площадок, располагаемых под нижней частью цифрового контроллера или небольшого по размерам чипа. Действовать с ними следует очень аккуратно, пайка требует специализированного оборудования, навыков, знания технологий и профессионализма.

Технология ремонта BGA

Пайка BGA микросхем или реболлинг (reballing) – это процесс восстановления массива из шариков на нижней площадке платы. У нас данный термин не очень прижился и сами специалисты этот процесс ремонта называют просто «перекаткой» контактных шариков. Необходимость в этой процедуре возникает в случаях, когда требуется заменить сгоревшую микросхему, предварительно выпаяв её с посадочного места. Саму процедуру можно разделить на основные этапы:

  • демонтаж неисправного микроэлемента после предварительного нагрева;
  • очистка несущей платы от остатков старого припоя;
  • накатывание новых контактных выводов;
  • установка компонента на место.

Следует отметить, что качество пайки значительно отличается при работе на профессиональных паяльных станциях и в домашних условиях на кустарных приспособлениях. К тому же, BGA пайка требует опыта, знания элементной базы, хорошего глазомера и качественных расходных элементов. Имея профессиональную станцию, ремонт станет значительно проще и пройдет в полуавтоматическом режиме.

Для работы с BGA чипами потребуются следующие инструменты, материалы и приспособления:

  • паяльная станция с термофеном;
  • удобный пинцет;
  • специальная паяльная паста и фирменный флюс;
  • нужный трафарет для нанесения паяльной пасты;
  • липкая лента или экранная оплётка для удаления припоя;

Порядок действий

  1. Для качественной пайки BGA-корпусов очень важна предварительная подготовка посадочного места (его ещё называют «рабочей областью»). Ремонтируемая плата помещается на горизонтальную платформу, имеющую нижний подогрев инфракрасным излучателем локального действия. Этот излучатель направляется на отпаиваемый BGA чип. При нижнем нагреве станция следит за температурой. Она не должна превышать 200°С, так как требуется только подогрев припоя для облегчения демонтажа элемента. Сверху нагрев осуществляется горячим воздухом целенаправленного действия. Обычно для чипов средних размеров температуру выставляют в пределах 330–360°С.
    Процедура занимает около минуты. Нагрев осуществляется по краям платы, исключая центр микросхемы. Это требуется для предотвращения перегрева кристалла. Следует учитывать время и интенсивность обработки микросхемы воздухом. Так как компоновка элементов очень плотная, то существует вероятность перегреть соседние элементы. Для этого их укрывают специальной защитной пленкой.
  2. После этого можно производить демонтаж микросхемы. Для этого используется «подъемник» чипа, который входит в комплект станции. Данное приспособление необходимо для отделения ремонтируемой микросхемы от печатной платы. Этап очень ответственный. При недостаточном нагреве существует риск оборвать дорожки.
  3. Следующим этапом необходимо очистить электронную плату и чип от остатков припоя. Здесь очень важно не испортить паяльную маску, в противном случае возможно растекание припоя по дорожкам. Для удаления используется паяльник с насадкой типа «волна». Его использование эффективно и позволяет добиться максимально качественного результата.
  4. Далее технология BGA пайки предусматривает накатывание новых контактных выводов на чипе. Возможно применение готовых шаров. Но зачастую контактная площадка состоит из сотни выводов. Поэтому в промышленном случае используются специализированные трафаретные площадки, в которых закрепляется микросхема. При реболлинге важный элемент – высококачественная паяльная паста. Такие экземпляры при нагревании дают ровный и гладкий шарик. А некачественные пасты распадаются на большое количество мелких шариков.
  5. Заключительная процедура пайки BGA микросхемы — установка ее на место. Элемент устанавливается, исходя из шелкографии, нанесенной на саму плату или монтажных меток. Затем микросхема прогревается горячим воздухом и за счет сил поверхностного натяжения от действия расплавленного припоя фиксируется на первоначальном участке демонтажа, занимая «удобную позицию».
  6. На этом ремонтные процедуры завершены. Плата промывается аэрозолю flux-off и проверяется на работоспособность.

    Подробнее об особенностях BGA монтажа читайте:

Юрий Суркис

Пайка безвыводных микросхем типа LGA или MLF

Комплектуха все мельчает и мельчает. Последнее время намечается тендеция на то, что производителям западло тратить место на выводы и они делают чипы типа LGA или BGA.

И если BGA корпус на коленке не применим, т.к. требует изготовления многослойной платы, то вот LGA вполне сьедобный корпус. Если конечно вы являетесь джедаем наколенных PCB технологий. =)))

Правильная разводка дорожек
При проектировании платы под такие микросхемы надо внимательно относиться к подводу дорожек к падам микросхемы. Дело в том, что при запайке феном или в печи они самоустанавливаются под действием сил поверхностного натяжения. И вот тут главное, чтобы конфигурация выводов была такой формы, чтобы не искажать эти силы. Иначе чип может встать криво и запаять его будет очень сложно.

 

Плату я сделал родным Лазерным утюгом. Ибо ничего другого не признаю идеологически. Получилось влет, несмотря на перезаправленный и безбожно полосящий картридж 🙂
 

Начинаем паять
Я не использовал паяльную пасту или какую-то специфическую химию. Обошелся чисто крестьянским инструментом — феном да обычным припоем. В качестве флюса использовался ASAHI WF6033 для лужения платы и чипа (после был тщательно смыт), а для запайки применялся безотмывочный ASAHI QF3110A. В принципе они заменяются на глицерин-гидразин и спиртоканифольный флюс соответственно. С равным результатом.
 

Подготовка

 

После подготовки ватой и спиртом тщательно снес остатки флюса которым лудил и приступил к запайке. Пайка велась феном. На минимальном потоке воздуха и температуре около 350 градусов. Когда припой расплавился микруха сама встала на место.
 

Пайка

 

Только паяльник! Только хардкор!
Ну и, напоследок, покажу вам видео по запайке того же корпуса в совсем тяжелых условиях, когда под рукой только паяльник и дикое желание запаять эту хреновину.
 

Позиционируем микросхему как можно точней. Тут ТОЛЬКО твердая рука и меткий глаз. Сама она уже не встанет. Можно подклеить ее на флюс и акуратно выровнять. А дальше греем паяльником дорожки и пропаиваем все выводы. Гарантия успешной запайки 50/50 если припаяешь криво, то отпаять только феном.
 

Паяем!

Пока заливалось видео я проверил запаяюную микросхему — она встала нормально и работала штатно. Несмотря на то, что встала криво и по одной стороне перехлест был едва ли не на 50%. ОДнако ничего не коротнуло и контакт есть.

BGA-пайка корпусов в домашних условиях

В современной электронике наблюдается устойчивая тенденция к тому, что монтаж становится всё более уплотненным. Следствием этого стало возникновение корпусов BGA. Пайка этих конструкций в домашних условиях и будет нами рассмотрена в рамках данной статьи.

Общая информация

Первоначально размещалось много выводов под корпусом микросхемы. Благодаря этому они размещались на небольшой площади. Это позволяет экономить время и создавать всё более миниатюрные устройства. Но наличие такого подхода при изготовлении оборачивается неудобствами во время ремонта электронной аппаратуры в корпусе BGA. Пайка в данном случае должна быть максимально аккуратной и в точности выполняться по технологии.

Что нужно для работы?

Необходимо запастись:

  1. Паяльной станцией, где есть термофен.
  2. Пинцетом.
  3. Паяльной пастой.
  4. Изолентой.
  5. Оплеткой для снятия припоя.
  6. Флюс (желательно сосновый).
  7. Трафарет (чтобы наносить паяльную пасту на микросхему) или шпатель (но остановиться лучше на первом варианте).

Пайка BGA-корпусов не является сложным делом. Но чтобы она успешно осуществлялась, необходимо провести подготовку рабочей области. Также для возможности повторения описанных в статье действий необходимо рассказать про особенности. Тогда технология пайки микросхем в корпусе BGA не составит труда (при наличии понимания процесса).

Особенности

Рассказывая, что собой являет технология пайки корпусов BGA, необходимо отметить условия возможности полноценного повторения. Так, были использованы трафареты китайского производства. Их особенностью является то, что здесь несколько чипов являются собранными на одной большой заготовке. Благодаря этому при нагреве трафарет начинает изгибаться. Большой размер панели приводит к тому, что он при нагреве отбирает значительное количество тепла (то есть, возникает эффект радиатора). Из-за этого необходимо больше времени, чтобы прогреть чип (что негативно сказывается на его работоспособности). Также такие трафареты изготавливаются с помощью химического травления. Поэтому паста наносится не так легко, как на образцы, сделанные лазерной резкой. Хорошо, если будут присутствовать термошвы. Это будет препятствовать изгибу трафаретов во время их нагревания. Ну и напоследок следует отметить, что продукция, изготовленная с использованием лазерной резки, обеспечивает высокую точность (отклонение не превышает 5 мкм). А благодаря этому можно просто и удобно использовать конструкцию по назначению. На этом вступление завершается, и будем изучать, в чем заключена технология пайки корпусов BGA в домашних условиях.

Подготовка

Прежде чем начинать отпаивать микросхему, необходимо нанести штрихи по краю её корпуса. Это необходимо делать в случае отсутствия шелкографии, которая показывает на положение электронного компонента. Это необходимо сделать, чтобы облегчить в последующем постановку чипа назад на плату. Фен должен генерировать воздух с теплотой в 320-350 градусов по Цельсию. При этом скорость воздуха должна быть минимальной (иначе придётся назад припаивать размещенную рядом мелочь). Фен следует держать так, чтобы он был перпендикулярно плате. Разогреваем её таким образом около минуты. Причем воздух должен направляться не к центру, а по периметру (краям) платы. Это необходимо для того, чтобы избежать перегрева кристалла. Особенно чувствительна к этому память. Затем следует поддеть микросхему за один край и поднять над платой. При этом не следует стараться рвать изо всех сил. Ведь если припой не был полностью расплавлен, то существует риск оторвать дорожки. Иногда при нанесении флюса и его прогреве припой начнёт собираться в шарики. Их размер будет в этом случае неравномерен. И пайка микросхем в корпусе BGA будет неудачной.

Очистка

Наносим спиртоканифоль, греем её и получаем собранный мусор. При этом обратите внимание, что подобный механизм нельзя ни в коем случае использовать при работе с пайкой. Это обусловлено низким удельным коэффициентом. Затем следует отмыть область работы, и будет хорошее место. Затем следует осмотреть состояние выводов и оценить, возможной ли будет их установка на старое место. При негативном ответе их следует заменить. Поэтому следует очистить платы и микросхемы от старого припоя. Также существует возможность того, что будет оторван «пятак» на плате (при использовании оплетки). В данном случае хорошо сможет помочь простой паяльник. Хотя некоторые люди используют вместе оплетку и фен. При совершении манипуляций следует отслеживать целостность паяльной маски. Если её повредить, то припой растечётся по дорожкам. И тогда BGA-пайка не удастся.

Накатка новых шаров

Можно применять уже подготовленные заготовки. Их в таком случае необходимо просто разложить по контактным площадкам и расплавить. Но такое подходит только при небольшом количестве выводов (можете себе представить микросхему с 250 «ножками»?). Поэтому в качестве более легкого способа используется трафаретная технология. Благодаря ей работа ведётся быстрее и с таким же качеством. Важным здесь является использование качественной паяльной пасты. Она сразу же будет превращаться в блестящий гладкий шарик. Некачественный экземпляр же распадётся на большое количество мелких круглых «осколков». И в этом случае даже не факт, что нагрев до 400 градусов тепла и смешивание с флюсом смогут помочь. Для удобства работы микросхему закрепляют в трафарете. Затем с использованием шпателя наносится паяльная паста (хотя можно использовать и свой палец). Затем, поддерживая трафарет пинцетом, необходимо расплавить пасту. Температура фена не должна превышать 300 градусов Цельсия. При этом само устройство должно находиться перпендикулярно пасте. Трафарет следует поддерживать, пока припой полностью не застынет. После этого можно снять крепежную изолирующую ленту и феном, который будет подогревать воздух до 150 градусов Цельсия, аккуратно его нагреть, пока не начнёт плавиться флюс. После этого можно отсоединять от трафарета микросхему. В конечном результате будут получены ровные шарики. Микросхема же является полностью готовой для того, чтобы установить её на плату. Как видите, пайка BGA-корпусов не сложна и в домашних условиях.

Крепёж

Ранее было рекомендовано сделать штрихи. Если же этот совет не был учтён, то позиционирование следует выполнять следующим образом:
  1. Переверните микросхему так, чтобы она была выводами вверх.
  2. Приложите краем к пятакам таким образом, чтобы они совпадали с шарами.
  3. Фиксируем, где должны находиться края микросхемы (для этого можно нанести небольшие царапинки иголкой).
  4. Закрепляем сначала одну сторону, затем перпендикулярную ей. Таким образом, достаточно будет двух царапин.
  5. Ставим микросхему по обозначениям и стараемся шарами на ощупь поймать пятаки на максимальной высоте.
  6. Следует прогреть рабочую область, пока припой не будет в расплавленном состоянии. Если предыдущие пункты исполнялись точно, то микросхема должна без проблем стать на своё место. Ей в этом поможет сила поверхностного натяжения, которой обладает припой. При этом необходимо наносить совсем немножко флюса.

Заключение

Вот это всё и называется «технология пайки микросхем в корпусе BGA». Следует отметить, что здесь применяется не привычный большинству радиолюбителей паяльник, а фен. Но, несмотря на это, BGA-пайка показывает хороший результат. Поэтому ею продолжают пользовать и делают это весьма успешно. Хотя новое всегда отпугивало многих, но с практическим опытом эта технология становится привычным инструментом.

правила работы паяльником и паяльной станцией

Современные радиоэлектронные устройства невозможно представить без микросхем – сложных деталей, в которые, по сути, интегрированы десятки, а то и сотни простых, элементарных компонентов.

Микросхемы позволяют сделать устройства легкими и компактными. Рассчитываться за это приходится удобством и простотой монтажа и достаточно высокой ценой деталей. Цена микросхемы не играет важной роли в формировании общей цены изделия, в котором она применяется. Если же испортить такую деталь при монтаже, при замене на новую стоимость может существенно увеличиться. Несложно припаять толстый провод, большой резистор или конденсатор, для этого достаточно владения начальными навыками в пайке. Микросхему же надо припаивать совсем иным способом.

Чтобы не произошло досадных недоразумений, при пайке микросхем необходимо пользоваться определенными инструментами и соблюдать некоторые правила, основанные на многочисленном опыте и знаниях.

Оборудование для пайки

Для пайки микросхем можно использовать различное паяльное оборудование, начиная от простейшего – паяльника, и заканчивая сложными устройствами и паяльными станциями с использованием инфракрасного излучения.

Паяльник для пайки микросхем должен быть маломощным, желательно рассчитанным на напряжение питания 12 В. Жало такого паяльника должно быть остро заточено под конус и хорошо облужено.

Для выпаивания микросхем может быть применен вакуумный оловоотсос – инструмент, позволяющий поочередно очищать ножки на плате от припоя. Этот инструмент представляет собой подобие шприца, в котором поршень подпружинен вверх. Перед началом работ он вдавливается в корпус и фиксируется, а когда необходимо, освобождается нажатием кнопки и под действием пружины поднимается, собирая припой с контакта.

Более совершенным оборудованием считается термовоздушная станция, которая позволяет осуществлять и демонтаж микросхем и пайку горячим воздухом. Такая станция имеет в своем арсенале фен с регулируемой температурой потока воздуха.

Очень востребован при пайке микросхем такой элемент оборудования, как термостол. Он подогревает плату снизу, в то время, как сверху производятся действия по монтажу или демонтажу. Опционально термостол может быть оснащен и верхним подогревом.

В промышленных масштабах пайка микросхем осуществляется специальными автоматами, использующими ИК-излучение. При этом производится предварительный разогрев схемы, непосредственно пайка и плавное ступенчатое охлаждение контактов ножек.

В домашних условиях

Пайка микросхем в домашних условиях может потребоваться для ремонта сложной бытовой техники, материнских плат компьютеров.

Как правило, чтобы припаять ножки микросхемы, используют паяльник или паяльный фен.

Работа паяльником осуществляется с помощью обычного припоя или паяльной пасты.

В последнее время стал чаще применяться бессвинцовый припой для пайки с более высокой температурой плавления. Это необходимо для уменьшения вредного действия свинца на организм.

Какие приспособления потребуются

Для пайки микросхем, кроме самого паяльного оборудования, потребуются еще некоторые приспособления.

Если микросхема новая и выполнена в BGA-корпусе, то припой уже нанесен на ножки в виде маленьких шариков. Отсюда и название – Ball Grid Array, что означает массив шариков. Такие корпуса предназначены для поверхностного монтажа. Это означает, что деталь устанавливается на плату, и каждая ножка быстрым точным действием припаивается к контактным пятачкам.

Если же микросхема уже использовалась в другом устройстве и используется как запчасти, бывшие в употреблении, необходимо выполнить реболлинг. Реболлингом называется процесс восстановления шариков припоя на ножках. Иногда он применяется и в случае отвала – потери контакта ножек с контактными пятачками.

Для осуществления реболлинга понадобится трафарет – пластина из тугоплавкого материала с отверстиями, расположенными в соответствии с расположением выводов микросхемы. Существуют готовые универсальные трафареты под несколько самых распространенных типов микросхем.

Паяльная паста и флюс

Для правильной пайки микросхем необходимо соблюдать определенные условия. Если работа осуществляется паяльником, то жало его должно быть хорошо облужено.

Для этого используется флюс – вещество, растворяющее оксидную пленку и защищающее жало от окисления до покрытия припоем во время пайки микросхемы.

Наиболее распространенный флюс – сосновая канифоль в твердом, кристаллическом виде. Но, чтобы припаять микросхему, такой флюс не годится. Ножки ее и контактные пятачки обрабатывают жидким флюсом. Его можно сделать самостоятельно, растворив канифоль в спирте или кислоте, а можно купить готовый.

Припой в этом случае удобнее использовать в виде присадочной проволоки. Иногда он может содержать внутри флюс из порошковой канифоли. Можно приобрести готовый паяльный набор для пайки микросхем, включающий в свой состав канифоль, жидкий флюс с кисточкой, несколько видов припоя.

При осуществлении реболлинга используется паяльная паста, представляющая собой основу из вязкого материала, в которой содержатся мельчайшие шарики припоя и флюса. Такая паста наносится тонким слоем на ножки микросхемы с обратной стороны трафарета. После этого паста разогревается феном или инфракрасным паяльником до расплавления припоя и канифоли. После застывания, они образуют шарики на ножках микросхемы.

Порядок проведения работ

Перед началом работ необходимо подготовить все инструменты, материалы и приспособления, чтобы они были под рукой.

При монтаже или демонтаже плату можно расположить на термостоле. Если для демонтажа используется паяльный фен, то для исключения его воздействия на другие компоненты, нужно их изолировать. Сделать это можно установкой пластин из тугоплавкого материала, например, полосок, нарезанных из старых плат, пришедших в негодность.

При использовании для демонтажа оловоотсоса процесс происходит аккуратнее, но дольше. Оловоотсос «заряжается» при очистке каждой ножки. По мере заполнения кусками застывшего припоя, его нужно очищать.

Есть несколько правил пайки, которые следует обязательно исполнять:

  • паять микросхемы на плате надо быстро, чтобы не перегреть чувствительную деталь;
  • можно каждую ножку во время пайки придерживать пинцетом, чтобы обеспечить дополнительный теплоотвод от корпуса;
  • при монтаже с помощью фена или инфракрасного паяльника, необходимо следить за температурой детали, чтобы она не поднималась выше 240-280 °C.

Радиоэлектронные детали очень чувствительны к статическому электричеству. Поэтому при сборке лучше использовать антистатический коврик, который подкладывается под плату.

Зачем сушить чипы

Чипами называют микросхемы, заключенные в BGA-корпусах. Название, видимо, пошло еще от аббревиатуры, означавшей «Числовой Интегральный Процессор».

По опыту использования у профессионалов существует устойчивое мнение, что при хранении, транспортировке, пересылке, чипы впитывают в себя влагу и во время пайки она, увеличиваясь в объеме, разрушает деталь.

Действие влаги на чип можно увидеть, если нагреть последний. На поверхности его будут образовываться вздутия и пузыри еще задолго до того, как температура поднимется до значения, достаточного для расплавления припоя. Можно только представить, что же происходит внутри детали.

Чтобы избежать нежелательных последствий наличия влаги в корпусе чипа, при монтаже плат осуществляется сушка чипов перед пайкой. Эта процедура помогает удалить влагу из корпуса.

Правила сушки

Сушку чипов необходимо производить, соблюдая температурный режим и продолжительность. Новые чипы, которые были приобретены в магазине, со склада, присланы по почте, рекомендуется сушить не менее 24 часов при температуре 125 °C. Для этого можно использовать специальные сушильные печи. Можно высушить чип, расположив его на термостоле.

Температуру сушки необходимо контролировать, чтобы не допустить перегрева и выхода детали из строя.

Если чипы были высушены и хранились до монтажа в обычных комнатных условиях, достаточно просушить их в течение 8-10 часов.

Учитывая стоимость деталей, очевидно, лучше провести сушку, чтобы с уверенностью приступать к монтажу, чем пытаться паять непросушенный чип. Неприятности могут обернуться не только денежными тратами, а еще и потерянным временем.

Руководство по пайке и замене

микросхем BGA

OLinuXino Аппаратное обеспечение с открытым исходным кодом Компьютер Linux был разработан, чтобы быть удобным для самостоятельного использования компьютером Linux, но более мощные версии содержат ИС BGA.

Многие люди боятся паять микросхемы BGA и думают, что это очень сложный процесс и требует большого количества дорогостоящих инструментов.

Действительно, если вы занимаетесь массовым производством, вам нужны дорогие и точные машины для размещения и оплавления плат, что стоит больших денег.

Если вам нужно собрать и отремонтировать небольшое количество плат, хотя это можно сделать и с помощью недорогого оборудования.

Конечно, вы можете сломать некоторые микросхемы и платы, пока не научитесь делать это правильно, но это не должно вас расстраивать.

В этом руководстве мы покажем вам, как отремонтировать A20-OLinuXino со сгоревшим процессором, используя всего несколько недорогих инструментов:

  • Инструмент для демонтажа горячим воздухом
  • паяльник
  • твизер
  • фитиль припой
  • флюс липкий
  • изопропиловый спирт

Все вышеперечисленные затраты составляют менее 200 евро

Шаг 1 — удерживая ИС с помощью твизеров, переместите ручку горячего воздуха над ИС, пытаясь нагреть ее одинаково
Шаг 2 — с помощью фитиля удалите излишки припоя на контактных площадках BGA, не все будет удалено
Шаг 3 — нанесите флюс и повторяйте шаг 3, пока не сделайте контактные площадки полностью ровными без пятен припоя
Этап 4 — очистите изопропиловым спиртом
Этап 5 — нанесите липкий флюс
Шаг 6 — поместите микросхему BGA на контактные площадки (в наших конструкциях мы размещаем 4 небольших контактных площадки в Углы BGA, поэтому, когда вы помещаете ИС, угол ИС лежит на этих контактных площадках)
Шаг 7 — нагрейте BGA горячим воздухом до 250 C и держите его горячим при температуре выше 250 C в течение примерно 30 секунд.

Бессвинцовый припой Точка плавления составляет 225 ° C, для надежной пайки микросхемы его следует нагреть до 250 ° C, а затем выдержать при этой температуре в течение 30 секунд.

Вы можете провести несколько экспериментов, чтобы узнать, когда ИС нагревается до этой температуры и сколько времени нужно, чтобы нагреться, используя поврежденный чип BGA — поместите термопару на ее дно и поместите ИС на поврежденную плату, так как вам нужно измерить температуру. Если шарики не находятся на верхней части микросхемы, то начните нагревание и отслеживайте температуру, вы увидите, через какое время, когда вы переместите термофен, температура достигнет 250 ° C, обратите внимание, что расстояние между термофеном и IC изменяет значительная температура, также вся ИС должна быть нагрета, и вы должны перемещать горячий воздух циркулирующими движениями, чтобы не удерживать его только в одном месте.
После того, как вы выполните измерения, вы узнаете, сколько времени у вас есть на нагрев ИС и на каком расстоянии, и вы можете попробовать с настоящим чипом.

Когда шарики BGA плавятся, они «схлопываются», и BGA немного опускается, со временем вы наберетесь опыта и заметите это коллапс, чтобы быть уверенным, когда шарики BGA действительно припаяны.

Вы можете проверить результаты пайки с помощью лупы, глядя на стороны BGA.

Вот ход, который показывает шаги выше:

Нравится:

Нравится Загрузка…

Связанные

.

Как паять массивы шариковых решеток BGA »Электроника

Сборка печатной платы с использованием массивов шариковой сетки, BGA требует немного большей осторожности, так как контакты, подлежащие пайке, находятся под основным чипом и их нельзя увидеть, когда они на месте.


Пайка SMT Включает:
Методы пайки SMT Пайка волной Пайка оплавлением Пайка BGA Что такое паяльная паста и как ее использовать

См. Также: Основы пайки Ручная пайка: как паять Паяльники Инструменты для пайки Припой — что это такое и как пользоваться Распайка — секреты, как правильно сделать Паяные соединения


На первый взгляд, пайка решеток шариков BGA может показаться сложной задачей, поскольку шарики припоя, которые припаиваются к печатной плате, зажаты между самим корпусом BGA и печатной платой.

Однако доказано, что сборка печатной платы с использованием BGA работает и работает хорошо. Процесс пайки и другие части сборки печатной платы могут потребовать незначительной модификации, но преимущества от использования BGA оказались весьма значительными как с точки зрения надежности, так и производительности.

Ball Grid Array, BGA был представлен в результате значительного увеличения количества выводов на многих микросхемах. Штифты на держателях, таких как Quad Flat Pack, стали очень хрупкими, и их легко повредить.Кроме того, разводка печатной платы была затруднена из-за близости многих выводов. Использование всей нижней части микросхемы позволило решить проблему плотности на хрупких выводах микросхемы за один раз.

Компоненты BGA представляют собой гораздо лучшее решение для многих плат, но при пайке компонентов BGA требуется осторожность в процессе сборки печатной платы, чтобы гарантировать, что BGA правильно припаян, чтобы все соединения были правильно выполнены.

BGA

: вид сверху и снизу Что такое шариковая сетка?

Ball Grid Array или BGA — это корпус, сильно отличающийся от тех, которые используют штыри, такие как плоский корпус с четырьмя разъемами.Контакты корпуса BGA расположены в виде сетки, отсюда и название. В дополнение к этому, вместо того, чтобы иметь более традиционные проволочные штыри для соединений, вместо них используются контактные площадки с шариками припоя. На печатной плате, PCB, на которой должны быть установлены компоненты BGA, имеется соответствующий набор медных контактных площадок для обеспечения требуемой связи.

Корпуса

BGA обладают множеством преимуществ по сравнению с их конкурентами с четырьмя плоскими корпусами, и в результате они все чаще используются для производства электронных схем:

  • Усовершенствованная конструкция печатной платы в результате более низкой плотности дорожек: Плотность дорожек вокруг многих пакетов, таких как четырехканальный плоский пакет, становится очень высокой из-за очень близкого расположения контактов.BGA распределяет контакты по всей площади корпуса, что значительно снижает проблему.
  • Корпус BGA надежен: Пакеты, такие как плоский корпус с четырьмя плоскими контактами, имеют очень тонкие штыри, и их легко повредить даже при самом осторожном обращении. Их практически невозможно отремонтировать, если штифты погнуты из-за их очень малого шага. BGA не страдают от этого, поскольку соединения обеспечиваются контактными площадками с шариками припоя BGA на них, которые очень трудно повредить.
  • Более низкое тепловое сопротивление: BGA предлагают более низкое тепловое сопротивление между самим кремниевым кристаллом, чем четырехканальные устройства в плоском корпусе. Это позволяет быстрее и эффективнее отводить тепло, выделяемое интегральной схемой внутри корпуса, из устройства на печатную плату.
  • Улучшенные высокоскоростные характеристики: Так как проводники находятся на нижней стороне держателя микросхемы. Это означает, что провода внутри чипа короче.Соответственно, уровни нежелательной индуктивности выводов ниже, и, таким образом, устройства Ball Grid Array могут предложить более высокий уровень производительности, чем их аналоги QFP.

процесс пайки BGA

Одним из первоначальных опасений по поводу использования компонентов BGA было их паяемость и возможность сделать пайку компонентов BGA столь же надежной, как паяльные устройства с использованием более традиционных форм соединения. Поскольку прокладки находятся под устройством и не видны, необходимо убедиться, что используется правильный процесс и он полностью оптимизирован.Осмотр и переделка тоже вызывали беспокойство.

К счастью, методы пайки BGA оказались очень надежными, и после правильной настройки процесса надежность пайки BGA, как правило, выше, чем у четырехплоских корпусов. Это означает, что любая сборка BGA имеет тенденцию быть более надежной. Поэтому его использование в настоящее время широко распространено как при сборке печатных плат массового производства, так и при сборке прототипов печатных плат, где разрабатываются схемы.

Для пайки BGA используются методы оплавления.Причина этого в том, что всю сборку необходимо нагреть до температуры, при которой припой будет плавиться под самими компонентами BGA. Этого можно добиться только с помощью техники оплавления.

Для пайки BGA шарики припоя на корпусе содержат очень тщательно контролируемое количество припоя, и при нагревании в процессе пайки припой плавится. Поверхностное натяжение заставляет расплавленный припой удерживать корпус в правильном положении с печатной платой, в то время как припой охлаждается и затвердевает.

Состав припоя и температура пайки тщательно подбираются таким образом, чтобы припой не плавился полностью, а оставался полужидким, позволяя каждому шарику оставаться отдельно от своих соседей.

Проверка пайки BGA

Проверка BGA — одна из областей процесса сборки печатной платы, которая вызвала значительный интерес, когда были впервые представлены BGA.

Осмотр

BGA невозможно выполнить обычным способом с использованием простых оптических методов, потому что, совершенно очевидно, паяные соединения находятся под компонентами BGA и их не видно.

Это вызвало значительную степень беспокойства по поводу технологии, когда она была впервые представлена, и многие производители провели тесты, чтобы убедиться, что они могут удовлетворительно паять компоненты BGA. Основная проблема при пайке компонентов BGA заключается в том, что необходимо приложить достаточное количество тепла, чтобы все шарики в сетке расплавились в достаточной степени, чтобы каждое паяное соединение BGA было выполнено надлежащим образом.

Паяные соединения не могут быть полностью протестированы путем проверки электрических характеристик.Хотя эта форма тестирования процесса пайки BGA покажет проводимость в то время, она не дает полной картины того, как процесс пайки BGA был успешным. Возможно, что соединение не будет выполнено должным образом и со временем оно выйдет из строя. Для этого единственным удовлетворительным средством проверки является форма проверки BGA с использованием рентгеновских лучей. Эта форма проверки BGA позволяет увидеть через устройство паяное соединение внизу. В результате автоматизированная рентгеновская инспекция, AXI стала основной технологией для проверки сборок печатных плат, содержащих BGA.

К счастью, выяснилось, что после правильной настройки теплового профиля для паяльной машины компоненты BGA паяются очень хорошо, и при пайке BGA возникает мало проблем.

Переделка BGA

Как и следовало ожидать, переделать сборки BGA непросто, если нет подходящего оборудования. Если есть подозрение, что компонент BGA неисправен, можно удалить устройство. Это достигается путем локального нагрева компонента BGA для расплавления припоя под ним.

В процессе восстановления BGA нагрев часто достигается на специализированной ремонтной станции. Он состоит из приспособления, снабженного инфракрасным обогревателем, термопары для контроля температуры и вакуумного устройства для подъема упаковки. Необходимо тщательно следить за тем, чтобы нагревался и извлекался только BGA. На другие устройства поблизости необходимо как можно меньше воздействовать, иначе они могут быть повреждены.

Технология

BGA в целом и, в частности, процесс пайки BGA зарекомендовали себя как очень успешные с момента своего появления.Теперь они являются неотъемлемой частью процесса сборки печатных плат, используемого в большинстве компаний для массового производства и сборки прототипов печатных плат.

Другие идеи и концепции конструкции:
Пайка Пайка компонентов SMT ESD — Электростатический разряд Производство печатных плат Сборка печатной платы
Вернуться в меню «Строительные методы». . .

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.