Администрирование Железо Мой опыт восстановления шариков корпуса BGA (reballing) Sat, February 23 2019  

Поделиться

нашли опечатку?

Пожалуйста, сообщите об этом - просто выделите ошибочное слово или фразу и нажмите Shift Enter.


Мой опыт восстановления шариков корпуса BGA (reballing) Печать
Добавил(а) microsin   

На эту тему написано немало статей и снято много видоблогов (многие очень неплохие, см. [3]). Поэтому постараюсь как можно короче и проще описать то, что получилось (и не получилось) у меня, возможно кому-то это тоже пригодится.

В основном для восстановления шариков BGA применяют 2 метода - с помощью оловянно-свинцовых шариков и с помощью паяльной пасты. Способ с помощью паяльной пасты у меня не получился, потому что у меня был корпус процессора ADSP-BF538 типа BC-316 с шагом между выводами 0.8 мм и диаметром шарика вывода 0.45 мм. В такой маленький диаметр отверстия шаблона трудно качественно продавить паяльную пасту, чтобы все шарики выводов получились одинакового размера. Как мне кажется, способ на основе паяльной пасты подойдет для чипов BGA с крупными шариками. 

ИМХО процесс восстановления выводов на основе шариков позволяет надежнее и качественнее получить одинаковые выводы BGA, потому что шарики калиброванные и имеют одинаковый размер. Единственный недостаток "шарикового" метода - трудоемкой процесс заполнения шаблона шариками.

[Инструмент]

Для реболлинга нужно иметь стальной шаблон, подходящий под Ваш корпус чипа, оснастку для фиксации шаблона на чипе, жидкий флюс, легкоплавкий оловянно-свинцовый припой, жидкость для очистки флюса, свинцово-оловянные шарики, тонкий пинцет, зубочистки, фен с терморегулятором и регулятором скорости потока воздуха, стационарная лупа с подсветкой или ювелирные очки с увеличением, хороший паяльник с регулятором температуры, чистая ветошь. Желательно (но необязательно) также иметь печку для нижнего подогрева.

Список большой, однако скорее всего у радиолюбителя многое из вышеперечисленного уже есть в наличии.

Подходящий шаблон можно поискать в сети магазинов "Профи", или заказать на сайте AliExpress. Вполне вероятно, что Вы не найдете такой шаблон, который точно соответствует корпусу Вашего чипа. Однако есть так называемые универсальные шаблоны, которые представляют собой стальную пластину, в которой просвелена решетка отверстий с определенным шагом.

Само собой, шаг отверстий шаблона должен совпадать с шагом выводов чипа. Однако также важен и диаметр отверстий шаблона, он должен соответствовать диаметру выводов чипа. Шаг выводов и диаметр шариков выводов можно узнать из технической докуменации на чип (из даташита).

В моем случае был корпус BC-316 (CSP_BGA) с шагом выводов 0.8 мм и диаметром выводов 0.40 .. 0.50 мм. На AliExpress я заказал набор шаблонов, где были 3 шаблона с шагом 0.78 мм и диаметром отверстий 0.4, 0.45 и 0.5 мм. Я выбрал шаблон с отверстиями 0.45 мм.

0.45mm hole 0.78mm pitch universal stencil

Обратите внимание, что шаг отверстий шаблона 0.78 мм, хотя шаг выводов чипа 0.8 мм. Это сделано не случайно, потому что при нагревании шаблон расширяется, поэтому шаг между отверстиями увеличивается.

На AliExpress есть несколько наборов для этого. Я был нулевой, и знал только то, что удалось почерпнуть из видеоблогов. Совсем не представлял себе, что именно нужно покупать, поэтому купил сразу два вида фиксаторов.

Первый вариант, попроще и подешевле (8 февраля 2019 года стоил примерно 600 рублей):

BGA template fixer1

Второй вариант, который выглядил более солидно. Вместе с ним в комплекте были не только шаблоны, но еще и набор бутылочек с шариками разных диаметров, пинцеты, щупы и крючки. Забегая вперед скажу, что из этого набора мне пригодились только шарики. Так что покупка этого набора была довольно бесполеной тратой денег, так как шарики можно и нужно было купить отдельно. Стоил этот набор 8 февраля 2019 года примерно 4500 рублей. Фиксатор в этом наборе выглядел солидно, но он оказался практически бесполезен (далее объясню почему):

BGA template fixer2

В принципе можно обойтись вообще без фиксатора, однако если хотите подстраховаться, то рекомендую первый вариант.

Подойдет любой, желательно неактивный. Я использовал флюс FluxPlus 6-412-A:

FluxPlus 6 412 A

В крайнем случае можно использовать даже спирто-канифольный флюс, но это нежелательно, потому что при тепературе выше 250 oC он может начать выгорать и дымить.

Это важный компонент, поскольку необходимо быть уверенным в температуре потока воздуха. Подойдет любой профессиональный и полупрофессиональный фен. Я давно пользуюсь китайским феном AOYUE 8032A++, и он меня вполне устравивает:

Aoyue 8032A hot air gun 220V 500W

Вместо фена гораздо лучше использовать паяльную станцию с инфракрасной нагревательной головкой и контролем температуры, но для радиолюбителя это довольно дорогое удовольствие.

Эти инструменты очень помогают при многих операциях - снятие старого припоя с выводов чипа, лужение, точная установка шаблона, заполнение отвертий шаблона шариками, оценке качества восстановленных выводов. ИМХО нужно иметь обязательно. У меня есть хорошая лампа с лупой [1], и вот такие очки с линзами на увеличение:

TK 1004L

Подойдет любой хороший паяльник с регулятором температуры, которым Вы любите пользоваться. ИМХО, паяльник должен доставлять от процесса пайки удовольствие. Я пользуюсь паяльником TS100:

ts100 v2 soldering iron

Рекомендую вот эту, FLUX-OFF Cramolin:

FLUX OFF Cramolin

Жидкость довольно вонючая, но зато баллончик с распылителем, и она отлично чистит остатки нагала и флюса. Также можно использовать спирт или ацетон.

Про остальной инструмент (пинцет, припой, ветошь, зубочистки) писать особо нечего. Припой может быть типа ПОС-61 или аналогичный с температурой плавления порядка 180 .. 190 oC. Ветошь должна быть чистая, с минимальным количеством пыли и ворсинок. Специальные тряпки для чистки можно купить в магазине "Профи".

[Восстановление выводов BGA]

Процесс по шагам:

1. Снятие старого припоя с выводов чипа. Старые выводы BGA скорее всего сформированы из безсвинцового припоя, который имеет повышенную тепрературу плавления. Мы будем заменять материал шариков на более легкоплавкий оловянно-свинцовый припой, потому что это уменьшает термоудар на чип и облегчает формирование качественных шариков выводов.

Положите чип на чистую, плохо проводящую тепло поверхность. Это может быть монтажный коврик, чистый брусок дерева или кусок фанеры. Облейте поверхность выводов флюсом, и нагретым жалом паяльника снимите с него оловянный припой. Жало паяльника должно быть нагрето до тепрературы около 300 .. 330 oC, флюса должно быть много. Периодически очищайте жало паяльника ветошью.

2. Облудите выводы оловянно-свинцовым припоем. Обновите флюс, и облудите выводы чипа. На выводах не должно быть лишнего припоя, и все выводы после лужения должны выглядеть одинаково.

Шаги 1 и 2 нужно проделать для того, чтобы на всех выводах чипа было одинаковое количество остатков припоя, и выводы были надежно облужены. Это обеспечит качественное наплавление шариков припоя и формирование одинаковых выводов.

3. Обрезка шаблона по корпусу чипа. Ни в одном видеоролике я не видел этой операции, но мне пришлось на неё пойти. Шаблон нужно обрезать для того, чтобы его можно было легко и точно позиционировать его на выводы чипа, ориентируясь по краям корпуса. Вот что у меня получилось:

Reball ADSP BF538 stencil cutting

Шаблон, обрезанный точно по корпусу чипа, исключает его перекос и изгибы при нагреве, он будет точно накладываться на чип и не будет смещаться во время всех операций. По крайней мере смещение будет очень легко контролировать.

Шаблон я отрезал и подгонял по размеру дремелем, с помощью тонкого абразивного диска.

4. Покройте облуженный чип равномерным слоем флюса, наложите на него шаблон и закрепите в фиксаторе. Должно получиться примерно так:

Reball ADSP BF538 stencil fixer

5. Над чистой плоской тарелкой начните заполнять шаблон шариками. Сначала насыпьте кучку шариков сверху, а потом распихивайте их по отверстиям зубочисткой. Некоторые шарики можно подобрать с тарелки пинцетом, и заполнить ими оставшиеся отверстия. Лишние шарики ссыпьте с тарелки обратно в бутылочку.

6. Если есть печка для нижнего подогрева, то включите её и поставьте чип с шаблоном и шариками на неё, и дождитесь нагрева печки до температуры примерно 250 oC. Чип, шаблон и шарики при этом будут иметь тепературу около 150 oC, флюс начнет медленно испаряться. Если печки нет, то сразу переходите к шагу 7.

7. Поставьте на фен широкое сопло, или совсем снимите сопло. Установите на фене термературу воздуха 300 oC, и уменьшите силу потока до минимума, чтобы воздух случано не сдул шарики. Начинайте осторожно и равномерно прогревать шаблон и шарики, направляя поток воздуха вертикально, строго перпендикулярно плоскости шаблона. Внимательно следите за выступающими шариками. В процессе нагрева Вы должны заметить момент расплавления шариков, они должны немного осесть. Если этого не замечаете, то облейте сверху шаблон слоем флюса и продолжайте нагрев. После испарения флюса шарики должны надежно наплавиться на выводы чипа.

У меня с первого раза этот шаг не получился - не все шарики наплавились. Если это случилось и у Вас, то не беда - очистите чип и шаблон, снова покройте его флюсом чип, наложите шаблон, положите не припаявшиеся шарики в отверстия и повторите нагрев, немного увеличив температуру или время нагрева. Второй раз точно все получится.

Если у Вас есть станция с инфракрасной нагревательной головкой и контролем тепературы - отлично, намного лучше, чем фен.

8. Дайте чипу время, чтобы остыть. Извлеките чип и шаблон из держателя. Сейчас шаблон довольно плотно приклеился флюсом к чипу, и чтобы его снять, нужно снова слегка нагреть чип потоком воздуха с температурой 150 oC. Подденьте нагретый шаблон зубочисткой, и он довольно легко отделится от поверхности чипа.

На этом все. Очистите чип от остатков флюса, и он готов к пайке на плату. Таким способом я восстановил два процессора Blackfin ADSP-BF538:

Reball ADSP BF538 done

[Мои косяки]

Я также пытался восстанавливать выводы с помощью "фирменного" второго варианта фиксатора, не обрезая шаблон. На youtube есть видео с использованием этого фиксатора, например [2].

Однако это оказалось бесполезной затей. Большой фиксатор и не обрезанный шаблон я никак не мог установить точно, чтобы шаблон совадал с выводами чипа. Кроме того, при нагреве шаблон вспучился, и многие шарики сместились. Некоторые выводы не сформировались, а некоторые просто слились с соседними. По этой причине мне и пришлось обрезать шаблон точно по размеру корпуса чипа. Итак, дорогой фиксатор не подошел, помог более простой и дешевый вариант фиксатора.

Также я пытался восстанавливать выводы с помощью паяльной пасты. Однако не получилось - не во все отверстия удалось качественно продавить пасту, некоторые выводы не сформировались. Причем в некоторые отверстия пасту продавил слишком сильно, так что она зашла под шаблон. Так что способ с паяльной пастой мне не понравился, для меня он не подошел. Возможно, что я делал что-то не так.

[Ссылки]

1Светодиодная лампа с регулировкой яркости.
2. Reballing With Low Cost/HomeMade Equipement site:youtube.com.
3. Реболлинг BGA www.ElEnBlog.ru блог об электронике.

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Top of Page