Первый опыт пайки BGA дома с помощью фена и нижнего подогрева на инфракрасной печке показал, что не все так просто, как хотелось бы. Дело в том, что фен сдувает чип до того, как припой успевает расплавиться. Поэтому решил попробовать паять на инфракрасной станции IR6500 - там пайка происходит от инфракрасного нагревателя, и поэтому таких проблем быть не должно.

IR6500 у нас купили на работе. Хотели на ней паять маленькие процессорные модули, но что-то не срослось. Немного поэксперементировали с ней и бросили, и стали заказывать монтаж BGA на стороне. Станция долгое время сиротливо стояла на столе под клеенкой.

На первый взгляд IR6500 выглядит довольно солидно. Большой массивный корпус, много цифровых индикаторов, лампочек и кнопочек, надежное крепление верхнего нагревателя. Инструкция есть, с картинками, на английском языке. Можно найти в сети также инструкцию на русском (перевод от сети магазинов "Профи", в этом магазине и была куплена станция).

Однако потом стали всплывать косяки. Что не понравилось:

1. По руководству пользователя разобраться, как работает станция, очень трудно, особенно не специалисту. Обязательно придется провести серию экспериментов, чтобы понять, что для чего нужно.

2. Нет ручного управления верхним и нижним подогревом. Нельзя просто включить отдельно верхний или нижний нагрев на установленную температуру, можно только запустить заранее выбранную программу пайки.

3. Нет жесткого щупа для установки термопары для контроля температуры платы. Термопара просто подсоединена к гибкому проводу, который просто приходится прилаживать по месту. Термопара постоянно смещается, установить её трудно, и надежность такого решения оставляет большие сомнения.

4. Непонятно, почему для USB выбрано гнездо для хоста (джек Type A, который ставится на компьютер). На самом деле должен быть джек Type B, потому что станция представляет из себя просто устройство USB - виртуальный COM-порт. По этой причине обычный стандартный шнур USB не подойдет, нужен специальный Plug Type A - Plug Type A, который встречается довольно редко. К счастью, в комплекте станции такой шнур есть.

5. Программу на компьютере для управления станцией запустить не удалось. Похоже, что разработчики станции мало уделили внимания этому вопросу. При попытке подключения программа выдавала ошибку.

[]

6. К сожалению, у станции нет видеокамеры для визуального контроля за пайкой, поэтом трудно точно определить момент, когда чип припаялся.

7. Одной лампы подсветки недостаточно. Нужна подсветка с другой стороны, а еще лучше верхняя подсветка.

[Как правильно паять BGA на станции IR6500]

1. Паять чип BGA нужно первым, и только потом паять остальные детали. Иначе верхний нагреватель расплавит пластмассовые детали, и могут отпаяться некоторые соседние SMD-компоненты (см. фото ниже).

Если все-таки нужно перепаять чип на плате, где уже установлены детали, то защитите все места, где не нужен нагрев, с помощью специальной пленки или алюминиевой фольги. Вот так выглядит катушка с защитной лентой:

2. Настройте программу графика изменения температуры (так называемый термопрофиль) на тип припоя, который используется в шариках чипа. Обычно бывает 2 варианта - припой с содержанием свинца Sn63Pb37, у него температура плавления немного меньше, и бессвинцовый припой Sn96.5Ag3Cu0.5. Я паял чипы Blackfin ADSP-BF538, в даташите про их корпуса было написано "316-ball Pb-free CSP_BGA package", поэтому выбрал таблицу термопрофиля Sn96.5Ag3Cu0.5 из руководства IR6500. Ради эксперимента попробовал и профиль для свинцового припоя, но температура прогрева оказалась недостаточной, не все ножки чипа пропаялись.

3. Если ранее посадочное место паялось, то с него нужно полностью удалить наплывы припоя. Это можно сделать, если нагреть плату снизу на печке, и снять припой с платы паяльником с клиновидным жалом с помощью экранирующей оплетки кабеля и обилия флюса. Вот так выглядит специально продающаяся оплетка для сниятия припоя (Desoldering Wire):

Снимать припой надо очень осторожно, совсем без усилий, чтобы не повредить маску, для чего плата должна быть хорошо прогрета нижним нагревом, примерно до 150 .. 180 °C.

4. Установите плату, чтобы посадочное место было точно по центру верхнего нагревателя. Поместите термодатчик так, чтобы он касался платы вблизи паяемого посадочного места чипа.

5. Нанесите на посадочное место безотмывочный, не активный флюс. Все контакты должны быть надежно закрыты флюсом, но желательно не наностить флюса слишком много. Я использовал FluxPlus P/N: 7019074 Aka: 6-412-A. Паяльная паста не нужна, как это ни странно - при условии, что у посадочного места хорошее, не окисленное финишное покрытие. Обычно у свежих плат финишное покрытие всегда хорошее.

6. Положите чип на флюс, точно по меткам шелкографии. Настройте высоту верхнего нагревателя так, чтобы он был примерно на 3 см. выше чипа.

7. Установите нижний подогрев на целевую температуру 220 °C (для бессвинцового припоя шариков BGA).

8. Включите программу термопрофиля. На шаге r2 включите вытягивающий вентилятор на верхней инфракрасной головке. На шаге r3 термопрофиля припой шариков начнет плавиться, и из-под корпуса будут вырываться пузырьки испаряющегося флюса. Если следить за положением чипа, то в конце пайки он должен заметно просесть, примерно на 0.3 мм. Плата начнет слегка дымить.

9. По окончанию термопрофиля прозвучит длинный звуковой сигнал, сигнализирующий об окончании процесса пайки. Станция выключит нагрев, и начнет остывать. Дождитесь, пока плата остынет приблизительно до 70 градусов, после чего её можно вынимать.

[Мои ошибки при пайке BGA]

1. Не следует облуживать перед пайкой контакты посадочного места на печатной плате. В результате могут образоваться ненужные наплывы припоя, и есть риск повредить маску.

2. Обычно в любительских условиях нет возможности нанести по шаблону тонкий слой паяльной пасты. Поэтому паяльная паста не нужна, достаточно просто смочить посадочное место флюсом.

3. Феном паять нельзя, потому что он обязательно сдует чип до того, как он припаяется. Также феном трудно равномерно прогреть чип со всех сторон.

4. Ни в коем случае нельзя надавливать на чип в процессе пайки. Чип висит на расплавленных шариках припоя, и если на чип нажать, то припой выдавится, и может замкнуть соседние контакты.

[Общие выводы]

ИМХО IR6500 это необходимый минимум для надежной пайки BGA. Станция свою цену (28 тыс. рублей на момент 10 января 2019 года) вполне оправдывает.

[Ссылки]

1. IR6500 BGA Rework Station User Manual site:achibgarework.com.
2. 190111ACHI-IR6500.ZIP - документация, управляющая программа, драйвер IR6500.
3. 190117IR6500-CDROM.ZIP - содержимое CD-ROM, который был в комплекте с IR6500.
4. Мой опыт восстановления шариков корпуса BGA (reballing).