reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
© Semicon Przemysł elektroniczny | 24 maja 2011

Dlaczego Reballing?

W zakładach naprawiających sprzęt elektroniczny, często okazuje się, że elementy typu BGA są zbyt cenne lub czas ich dostawy zbyt długi, aby je odrzucić po usunięciu z płytki. Wówczas konieczne jest odtworzenie wyprowadzeń układów BGA w postaci kulek, w celu ich ponownego użycia.
W zakładach naprawiających sprzęt elektroniczny, często okazuje się, że elementy typu BGA są zbyt cenne lub czas ich dostawy zbyt długi, aby je odrzucić po usunięciu z płytki. Wówczas konieczne jest odtworzenie wyprowadzeń układów BGA w postaci kulek, w celu ich ponownego użycia. Co więcej, wprowadzanie dyrektyw RoHS oraz WEEE spowodowało, że w układach BGA, które wyposażone są nadal w wyprowadzenia zawierające ołów należałoby je wymienić, jeśli będą montowane z użyciem technologii bezołowiowej.

Bywa też odwrotnie. Dziś większość producentów wytwarza elementy elektroniczne zgodnie z dyrektywami RoHS i WEEE. Niestety, te same elementy bezołowiowe, które są wykorzystywane szeroko w urządzeniach elektroniki konsumenckiej, niekiedy sprawiają problemy w urządzeniach dla przemysłu militarnego oraz w urządzeniach medycznych. Wtedy też istnieje konieczność reballingu wyprowadzeń układów BGA na technologię ołowiową.

Proces reballingu układów BGA można podzielić na kilka głównych etapów:
1. Przygotowanie układu BGA oraz płytki elektronicznej
2. Przygotowanie szablonu
3. Nakładanie topnika
4. Nakładanie kulek
5. Lutowanie
6. Czyszczenie
7. Wygrzewanie
8. Kontrola jakości połączeń

Przygotowanie układu BGA oraz płytki elektronicznej.

Układy BGA oraz płytka przed procesem reballingu powinny zostać wygrzane w celu usunięcia wilgoci i tym samym wyeliminowania możliwości powstania efektu „popcorningu”. Efekt ten jest bardzo niebezpieczny, bo niewidoczny dla nieuzbrojonego oka i może ujawnić się może dopiero w procesie ponownego montażu układu.

Zgodnie ze standardem JEDEC, wygrzewanie powinno się przeprowadzić w temperaturze 125°C. Czas wygrzewania może wynosić od 4 do 48 godzin i zależy od grubości obudowy układu oraz określonego przez producenta poziomu wrażliwości komponentu na wilgoć (MSL – Moisture Sensitivity Level). Wskaźnik MSL określa maksymalny czas przechowywania elementu wrażliwego na wilgoć w warunkach otoczenia (30°C/60%RH). Istnieje możliwość wygrzewania elementów w niższej temperaturze przy dłuższym czasie, w przypadku kiedy układ lub płytka mogą ulec zniszczeniu.

Z układu oraz płytki należy również usunąć pozostałości lutowia. Najbardziej popularnym i najszybszym sposobem jest wykorzystanie tasiemki miedzianej. Niestety ta metoda jest najtrudniejsza ze względu na możliwość oderwania padów i uszkodzenia soldermaski. W tym przypadku ważny jest odpowiedni dobór grubości tasiemki, grota lutownicy oraz temperatury grzania.

Kolejnym sposobem jest zanurzenie elementu w tyglu z roztopionym lutowiem. W tym celu jednak musimy znać rodzaj stopu zastosowanego na pozostałościach wyprowadzeń aby ustawić odpowiednią temperaturę i dodatkowo nie zanieczyścić pozostałego lutowia. Wadą tej metody jest fakt, że powierzchnia padów nie jest dostatecznie płaska, co utrudnia proces reballingu i wpływa na końcowy wymiar kulek.

Inną metodą jest użycie urządzenia do odsysania lutowia. Metoda ta jest niestety bardzo czasochłonna, ale najbezpieczniejsza dla padów. Pozostałości po usuwaniu lutowia czyści się alkoholem izopropylowym. Po każdym procesie należy też sprawdzić powierzchnię czy nie została uszkodzona.

Przygotowanie szablonu
Do nakładania kulek wykorzystuje się szablony stanowiące matrycę z otworami odpowiadającymi padom układu BGA. Plik Gerbera opisujący ułożenie oraz wielkość otworów można wygenerować na podstawie projektu układu lub też na podstawie pomiaru jego wymiarów oraz średnicy użytych kulek.

Grubość szablonu powinna wynosić co najmniej połowę średnicy kulki BGA. Dla przykładu, dla kulek o średnicy 1 mm grubość szablonu do reballingu wynosi 500÷600 μm. Ważnym aspektem projektu szablonu jest również dobór średnicy otworów w szablonie. W celu zapewnienia poprawnego pozycjonowania kulek w szablonie średnica otworów powinna być o 15% większa od maksymalnej średnicy kulki (z uwzględnieniem maks. tolerancji kulki).

Szablony BGA, ze względu na znaczną grubość, wycina się laserowo z użyciem sprężonego tlenu jako gazu procesowego. Szablony wycinane są na podstawie wygenerowanych uprzednio plików Gerbera dla danego układu BGA. Zapewnia to wymaganą precyzję szablonu oraz gładkość ścian otworów. Dodatkową zaletą jest stosunkowo tani koszt wykonania takiego szablonu.

Nakładanie topnika
W procesie reballingu dobrze jest stosować topniki o dużej lepkości, które są dobrze rozpuszczalne w wodzie. Zapewniają one, że kulki w procesie ich nakładania będą trzymać się padów lutowniczych, podłoże będzie dobrze przygotowane do lutowania a same pady będą zwilżone na całej powierzchni podłoża.

Nie zaleca się stosowania topników typu No-Clean. Są one zbyt mało aktywne, żeby pozwoliły na poprawne zwilżenie padów układu BGA. Nie są również rozpuszczalne w wodzie, tym samym ciężko jest usunąć pozostałości topnika po lutowaniu. Topnik należy nakładać cienką warstwą na całą powierzchnię elementu od strony padów.

Nakładanie kulek
Proces nakładania kulek najlepiej przeprowadzić jest używając specjalnego uchwytu. Jego unikalna konstrukcja pozwala w łatwy sposób wycentrować dowolny szablon w stosunku do układu BGA. Kulki wysypywane są na szablon i miękką szczoteczką umieszczane w otworach. Pozostałe kulki są usuwane w celu ponownego użycia.

Lutowanie
Lutowanie kulek do układu przeprowadza się najczęściej na urządzeniach zwanych stacjami naprawczymi. Mają one górny i dolny promiennik ciepła, termopary do pomiaru temperatury oraz mogą rejestrować przebieg procesu. Dzięki temu możliwe jest dokładne ustawienie profilu lutowania dla każdego układu BGA. Jest to jeden z najważniejszych czynników wpływających na poprawność reballingu. Profil lutowania jest uzależniony od kilku czynników takich jak: rodzaj i masa elementu, jego wymiary oraz rodzaj użytego stopu lutowniczego kulek. Przy ustalaniu profilu temperaturowego dla danego układu należy zawsze sugerować się zaleceniami producenta.

Czyszczenie
Najłatwiejszym sposobem czyszczenia układu z pozostałości topnika jest oczywiście mycie ręczne. W przypadku serii prototypowych lub małych jest to ekonomicznie uzasadnione, jednak przy większych partiach bardziej opłacalny staje się zakup urządzenia myjącego. Spowodowane jest to mniejszym zużyciem środka myjącego oraz powtarzalnością rezultatów. Najlepsze obecnie środki myjące to te, które bazują na wodzie. Są one stosunkowo tanie, efektywne w usuwaniu topników i łatwe do przechowywania.

Wygrzewanie
Pomimo najlepszych wytycznych normy JSTD-033 w zakresie kontroli pochłaniania wilgoci przez elementy elektroniczne, pojawiają się przypadki kiedy poziom MSL nie jest znany. Ma to miejsce między innymi po wykonanym procesie reballingu. Zakłada się wtedy możliwie najgorszy poziom MSL dla układu i wygrzewa go przez okres 48 godzin w temperaturze 125°C.

Kontrola jakości połączeń
Kontrola powinna dotyczyć pozostałości topnika po lutowaniu oraz niepolutowanych kulek. Wymagana jest dokładna inspekcja, aby zapobiec późniejszej korozji, a tym samym zwiększyć niezawodność połączeń. Do tego celu najlepiej wykorzystać mikroskop stereoskopowy lub inne narzędzie z powiększeniem optycznym.

Urządzenia do reballingu

Proces reballingu układów BGA jest bardzo skomplikowany i precyzyjny do przeprowadzenia. Bez zaawansowanych narzędzi, znajomości procesów lutowania można łatwo doprowadzić do uszkodzenia często drogich i trudno dostępnych elementów typu BGA. Przystępując do takiej wymiany należy zdawać sobie dokładnie z tego sprawę i najlepiej wyposażyć się w odpowiednią stację lutowniczą.

Autorem artykułu jest Piotr Ciszewski, z firmy Semicon

Komentarze

Zauważ proszę, że komentarze krytyczne są jak najbardziej pożądane, zachęcamy do ich zamieszczania i dalszej dyskusji. Jednak komentarze obraźliwe, rasistowskie czy homofobiczne nie są przez nas akceptowane. Tego typu komentarze będą przez nas usuwane.
reklama
reklama
Załaduj więcej newsów
June 15 2018 00:12 V9.6.1-1