Наши услуги

Пайка микросхем BGA

BGA выводы представляют собой шарики из припоя, нанесённые на контактные площадки с обратной стороны микросхемы.

Микросхему располагают на печатной плате, согласно маркировке первого контакта на микросхеме и на плате.

bga

Рис.1 Установка микросхемы BGA на плату

Далее, микросхему нагревают с помощью паяльной станции или инфракрасного источника, так что шарики начинают плавиться.

Поверхностное натяжение заставляет расплавленный припой зафиксировать микросхему ровно над тем местом, где она должна находиться на плате.

Сочетание определённого припоя, температуры пайки, флюса и паяльной маски не позволяет шарикам полностью деформироваться.

Преимущества:

  • – Негибкие выводы, при тепловом расширении или вибрации некоторые выводы могут сломаться. Поэтому BGA не является популярным в военной технике или авиастроении. Отчасти эту проблему решает залитие микросхемы специальным полимерным веществом – компаундом. Он скрепляет всю поверхность микросхемы с платой. Одновременно компаунд препятствует проникновению влаги под корпус BGA–микросхемы;
  • – Теплопроводность;
  • – Лучший тепловой контакт между микросхемой и платой;
  • – Малые наводки. У BGA длина проводника очень мала, и может определяться лишь расстоянием между платой и микросхемой, так что применение BGA позволяет увеличить диапазон рабочих частот, увеличить скорость обработки информации.

Недостатки:

  • – Высокая плотность;
  • – Другим недостатком является то, что после того как микросхема припаяна, очень тяжело определить дефекты пайки. В некоторых случаях из–за дороговизны микросхемы шарики восстанавливают с помощью паяльных паст и трафаретов; этот процесс называют ребоуллинг, от англ. reball;
  • – Лучший тепловой контакт между микросхемой и платой.

Замена микросхем BGA

АО «НПП «Радиосвязь» оказывает услуги по замене микросхем BGA на платах устройств, компьютеров и коммуникаторов.

Услуги оказывают опытные специалисты с использованием специализированной паяльной станции.

Что такое BGA-чипы?

BGA–корпус используется в таких сложных микросхемах, как видеочипы, и может иметь, например, 304 вывода в нижней части микросхемы в виде матрицы 16 х 19 выводов с шагом 1,27 мм.

Для присоединения каждого вывода микросхемы к плате используется свой шарик припоя.

Через эти шарики чип припаивается к контактным площадкам на материнской плате.

  • – Повреждение в результате механических воздействий паяных соединений: отрыв шариков от монтажной платы либо отрыв шариков от самого чипа;
  • – Повреждение печатной платы – отрыв контактной площадки от печатной платы;
  • – Из–за перегрева или механических нагрузок возможно повреждение самого чипа.

При наличии специального оборудования (паяльником подобраться, конечно же, не возможно), BGA–чип можно выпаять из платы и впаять на его место исправный.

Все операции с чипами производятся путем их прогрева на специализированной паяльной станции с обязательным выдерживанием термопрофиля конкретного чипа.

Пайка производится, как правило, с помощью принудительной конвекции во внутреннем объеме сопла, закрывающего установленный компонент.

Схема потока газа в сопле приведена на рис.6

Обеспечивается управление скоростью потока нагретого газа и контроль температуры с замкнутой обратной связью.

Пайка проводится в воздушной или инертной азотной среде.

После окончания фазы охлаждения сопло снимается с компонента, и процесс завершается.

Предварительный демонтаж компонента, в случае необходимости, осуществляется сходным образом, с применением такого же термопрофиля, как и при пайке.

Флюсование / Нанесение паяльной пасты

Флюс необходим для удаления окислов при пайке не только с поверхности контактной площадки, но и с поверхности шарикового вывода, где они могли образоваться вследствие проведения сушки в неинертной атмосфере, термотренировки либо длительного хранения BGA корпусов.

Флюсование без применения паяльной пасты имеет ряд недостатков – в частности, объем припоя в паяном соединении будет несколько меньше, чем при установке на пасту.

Результатом этого станет меньший зазор между корпусом и платой (обычно на 1 – 2 mil – 25 – 50 мкм), вследствие чего может несколько снизиться надежность при термоциклировании, особенно если шариковые выводы расположены под областью кристалла, как это имеет место у корпусов с полной матрицей выводов.

Также по причине меньшего объема припоя уменьшается эффект самоцентрирования корпуса.

Может быть затруднено формирование правильной по форме галтели, если шариковый вывод имеет форму, отличающуюся от нормальной, либо наличествуют мелкие дефекты контактной площадки.

Применение пасты может уменьшить колебания высот шариковых выводов, обеспечить улучшенную смачиваемость за счет увеличения площади тесного контакта между шариком и пастой, а также обеспечить лучшие клейкие свойства, чем только флюс.

Также наличие пасты поможет предотвратить потерю объема припоя в соединении в случае выполнения переходных микроотверстий в центре контактной площадки BGA компонента.

При нанесении пасты рекомендуется использовать металлические ракели либо ракели, изготовленные из полимеров с высоким показателем твердости, чтобы обеспечить равномерность отпечатков и хорошее отделение пасты от трафарета при снятии, в особенности при уменьшении шага выводов.

Тем не менее, ряд производителей утверждает, что, так как шариковый вывод состоит из эвтектического либо близкого к эвтектическому сплава, он полностью оплавляется в процессе пайки, и добавление дополнительного объема к нему за счет относительно небольшого количества пасты на контактных площадках не является обязательным.

Шарики диаметром 30 mil (∼ 0,76 мм) обеспечивают зазор между платой и корпусом в среднем от 16 до 24 mil (∼ 0,41 – 0,61 мм) в зависимости от типоразмера корпуса и конструкции контактной площадки.

Этого, достаточно, чтобы осадка корпуса гарантировала отсутствие нарушений контакта в соединениях вследствие деформации платы при повышенных температурах.

По этим же данным, добавление паяльной пасты в количестве 14% объема шарикового вывода в общем случае вызовет увеличение зазора на 1 – 2 mil (25 – 50 мкм).

Однако нанесение чрезмерно большого объема паяльной пасты при использовании более толстых трафаретов и⁄или апертур большего диаметра потенциально могут привести к образованию пустот в паяном соединении, особенно в сочетании с высокими скоростями подъема температуры в профиле оплавления и применением быстро испаряющихся флюсов.

Пустоты образуются в процессе испарения флюса и задержки летучих веществ в объеме паяного соединения.

Они формируются в нижней части соединения, у платы, но благодаря эффекту плавучести перемещаются в область соединения вывода с корпусом компонента.

Для нанесения пасты при ремонте сборки или установке отдельных BGA компонентов, когда уже смонтированные на плате компоненты делают невозможным применение полноразмерного металлического трафарета, применяют три основных вида трафаретов – традиционные металлические, гибкие полимерные и полиимидные несъемные.

Помимо нанесения пасты трафаретной печатью, применяется нанесение пастообразного флюса и пасты с помощью переноса на игле, окунания и точечного дозирования.

Дозирование паяльных паст

Дозирование, в свою очередь, может выполняться ручным или автоматизированным методами.

Ручной метод характеризуется чрезмерно большим временем цикла и большими неточностями как с точки зрения координат нанесения доз, так и их объема.

Одним из недостатков метода дозирования является возможность нанесения им паст с относительно низким (до 87%) содержанием металла, в противном случае наконечник дозатора будет часто закупориваться.

Такие пасты более склонны к растеканию и расслоению.

Время цикла здесь определяется скоростью работы дозатора и для BGA компонентов с большим числом выводов может достигать нескольких минут на компонент с учетом времени наладки. Перед началом работы с пастой для дозирования ее рекомендуется выдержать при рабочей температуре в течение 2–3 часов.

Перед установкой на картридж с пастой дозирующего наконечника рекомендуется выдавить вручную валик пасты длиной 2–3 см; это предотвратит возможную закупорку.

Идеальной температурой для дозирования является 28 °С.

Более низкие температуры ведут к образованию «тяжей», высокие – к закупорке и расслоению на припойную и флюсовую составляющие.

Следует использовать подогрев дозирующего наконечника при наличии такой опции в системе дозирования.

Диаметр наконечника определяется наименьшим размером требуемой дозы наносимого материала.

Это, в свою очередь, определяет максимальный размер частиц используемой пасты.

Для его определения следует разделить диаметр наконечника на 7.

Например, в случае диаметра наконечника, равного 0,2 мм, это соответствует размеру частицы пасты, равному 0,2 : 7 = 0,028 мм – 28 мкм, поэтому в данном случае следует использовать пасту с размером частиц 10 – 25 мкм.

Следует помнить, что большие размеры доз в сочетании с маленькими диаметрами наконечника приведут к неоправданному завышению времени дозирования.

Трафареты для монтажа BGA

Металлические трафареты

При ручном нанесении пасты для установки BGA через металлический ремонтный трафарет (рис. 2), он должен быть точно совмещен с контактными площадками платы, затем жестко зафиксирован каким–либо образом, чтобы не допустить его смещения в процессе нанесения пасты и обеспечить плотное прилегание к поверхности платы, после чего с помощью ракеля наносится паста, и трафарет снимается с платы.


Шаблон

Рис.2 Металлический трафарет

Большое значение в данном случае имеет опыт и квалификация оператора, так как обеспечение точного совмещения и плотного прилегания трафарета, поддержания равномерной скорости движения и требуемого давления ракеля, а также аккуратное снятие трафарета с платы в этом случае полностью возлагается на него.

Существуют механизированные приспособления с многозвенным манипулятором, предназначенные для крепления трафарета и нанесения пасты.

Такая оснастка включает в себя устройство натяжения минитрафарета и микролифт для точного отделения его от платы после нанесения пасты.

В случае, когда размещение трафарета на плате невозможно из–за особенностей ее конструкции и компоновки, возможно нанесение пасты непосредственно на шариковые выводы BGA компонента через металлический трафарет.

Пример оснастки для такого нанесения пасты представлен на рис. 3.

Оснастка

Рис.3 Оснастка для нанесения пасты

Пленочные трафареты

Существенным преимуществом съемных и несъемных пленочных трафаретов является возможность подрезки в случае, когда их размещению мешают конструктивные элементы сборки, что невозможно для металлических трафаретов.

Однако вручную точное совмещение проще выполнять, напротив, с металлическими трафаретами, хотя и любой трафарет с обратной клеевой стороной позволяет переклеить его в случае неудачного размещения.

Съемные полимерные трафареты.

Одним из распространенных вариантов нанесения паяльной пасты на контактные площадки под BGA компонент в случае ремонта сборки является использование одноразовых полимерных гибких трафаретов с клейкой нижней поверхностью (рис. 4).

Трафарет

Рис.4 Съемный полимерный трафарет.

Трафареты изготавливаются с помощью лазера из антистатической полимерной пленки с клейким покрытием обратной стороны, не оставляющим загрязнений на поверхности платы.

Выпускаются трафареты под различные корпуса, количество, шаг, размер и расположение шариковых выводов.

Так как трафареты являются самоклеющимися, отсутствует надобность в фиксирующей пленке или ленте.

Клеевое уплотнение вокруг каждой контактной площадки BGA препятствует затеканию пасты под трафарет при ее нанесении.

В противоположность металлическим трафаретам, при наличии локальных искривлений платы гибкий клеящийся трафарет будет плотно прилегать к ее поверхности, повторяя форму изгиба.

Наличие отогнутых бортиков по четырем сторонам трафарета препятствует возможному загрязнению поверхности платы паяльной пастой при ее избыточном нанесении или неосторожном перемещении ракеля.

Такой трафарет является одноразовым и, таким образом, не требует очистки.

Если существует необходимость в его повторном использовании, то оно, как правило, допускается производителем, при этом следует учитывать, что очистка с помощью растворителя любого типа вызовет потерю части клеящего слоя.

Также допускается более низкая квалификация оператора, чем при работе с металлическими трафаретами.

Несъемные полиимидные трафареты.

Другим вариантом ручной установки BGA–компонентов являются специализированные ремонтные трафареты StencilQuick, которые являются одноразовыми и несъемными, т.е. после нанесения пасты, установки компонента на плату и пайки оплавлением становятся неотъемлемой частью сборки (рис. 5).

Трафарет

Рис.5 Несъемный полиимидный трафарет.

Такие трафареты способны избавить от проблем, связанных со смазыванием нанесенной матрицы доз паяльной пасты или флюса и неполным отделением пасты от апертур трафарета, а также устраняют необходимость в трудоемкой и отнимающей много времени отмывке минитрафаретов.

Применение трафаретов StencilQuick позволяет сэкономить более 50% времени, затрачиваемого на замену BGA компонента.

В силу конструктивных особенностей эти трафареты поддерживают минимальный зазор между корпусом BGA компонента и платой, равный своей толщине, и препятствуют тем самым чрезмерной осадке корпуса, а также образованию перемычек между контактными площадками при оплавлении.

При нанесении пастообразного флюса такие трафареты позволяют удерживать его непосредственно в области контактных площадок, что позволяет использовать флюс с более высокой степенью активности, не опасаясь его негативного воздействия на прочие области платы и появления на них остатков.

Способы ремонта:

Прогрев чипа до расплавления шариков BGA–монтажа:

  • – Помогает, если только дефектный шарик оторвался от контактной площадки на материнской плате, и место повреждения при этом окислилось не сильно.
  • – Способ крайне ненадёжен из–за невозможности визуального контроля. К тому же, вероятно скорое возвращение проблемы.

Ребоулинг – выпаивание чипа, замена контактных шариков и установка этого же чипа обратно на материнскую плату:

  • – Если чип был полностью исправен и не повреждён во время ребоулинга, возможен благоприятный исход.
  • – Но эта операция сложная и не дешёвая, потому что чип приходится нагревать дважды. Чип может просто не выдержать многократных термических нагрузок.

Замена чипа:

  • – Установка нового чипа однозначно эффективнее и прогрева, и ребоулинга. По стоимости же замена отличается незначительно, а чаще и дешевле ребоулинга.
  • – Исключены и повторные проблемы, если замена проведена правильно.

Таким образом, прогрев BGA–чипов АО «НПП «Радиосвязь» не производит для исключения некачественного ремонта.

Ребоулинг применяется, только если нет возможности приобрести новый (либо исправный б⁄у) чип.

АО «НПП «Радиосвязь» производит замену BGA–чипов (видеочипов, мостов и др.) как наиболее качественный и вид ремонта с использованием специализированного паяльного оборудования.

Некоторые возможные признаки нарушения BGA-монтажа:

Устройство не включается, но если потрясти или нажать на угол корпуса — он может включиться;

Во время работы на экране появляются характерные значки, квадраты или полоски.

Для диагностики и качественного ремонта устройств обращайтесь к специалистам АО «НПП «Радиосвязь»!

Монтаж BGA

Наше производство занимается монтажом BGA, CSP и Flip–Chip микросхем.

В связи с технологическими сложностями и высокой стоимостью микросхем мы можем производить установку до 1 000 микросхем в месяц.

Для этого используется специальное оборудование иностранных фирм, позволяющее точно воспроизвести температурный профиль, заданный технологическими параметрами.

Полный контроль всего процесса монтажа, а также последующий рентгеноскопический контроль, позволяют добиться необходимого качества изделий.

Мы предоставляем услуги по:

  • – Монтажу микросхем в корпусах BGA, CSP и Flip–Chip с шагом выводов до 0,6 мм;
  • – Демонтажу микросхем BGA;
  • – Реболингу (восстановлению выводов микросхем BGA).

Наши специалисты производят установку микросхем в корпусах BGA, CSP и Flip–Chip как на пустые платы, так и на платы с уже установленными компонентами.

Обращаем Ваше внимание, что при заказе на установку микросхем для соблюдения всех технологических параметров предусмотренных производителем желательно предоставить нам не только чертёж платы, но и документацию (data sheet) на данный тип микросхем от производителя.

Цены на установку микросхем в BGA, CSP и Flip–Chip корпусах на плату:

  • – Для корпусов с шагом выводов 1,0 – 1,27 мм – 500 рублей.
  • – Для корпусов с шагом выводов 0,8 мм – 800 рублей.

Цены указаны без учёта НДС.

Цены на установку микросхем в BGA, CSP и Flip–Chip корпусах с шагом 0,6 мм определяются по договорённости.

Демонтаж одной микросхемы BGA – 100 рублей.

Все цены являются ориентировочными. На стоимость заказа оказывает влияние его объём, сложность, сроки выполнения и другие параметры.

Внимание: для корпусов микросхем BGA, CSP и Flip–Chip большое значение при хранении имеет климатический режим.

При хранении микросхем без вакуумной упаковки производителя необходимо учитывать уровень чувствительности микросхем к влажности (moisture–sensitivity level).

Время допустимой установки микросхем при хранении при 30 °С и относительном уровне влажности 60 % для различных уровней чувствительности к влажности (MSL) приводится в таблице.

Таблица 1: Время допустимой установки микросхем для различных уровней чувствительности
Уровень MSLВремя хранения без упаковки
1Неограничено, допускает относительный
уровень влажности 85 %
21 год
4 недели
31 неделя
472 часа
548 часов
24 часа
66 часов

При превышении этого уровня необходимо производить сушку микросхем в течении суток при температуре 125 °С, что увеличивает время выполнения заказа.

Пайка BGA

Рис.6 Пайка BGA компонента. Схема потока газа в сопле.


На рисунке обозначены:

  • 1 – «Вакуумный лифт» для поднятия компонента после окончания процесса демонтажа;
  • 2 – Канал для выхода воздуха из сопла;
  • 3 – Корпус сопла;
  • 4 – Отражательная пластина для равномерного распределения газа внутри сопла;
  • 5 – Печатная плата;
  • 6 – BGA–компонент;
  • 7 – Вакуумный захват для демонтажа компонента;
  • 8 – Датчик температуры;
  • 9 – Кольцо установки сменных сопел в адаптер.

 

В начало страницы