Фен и нижний подогрев. Снятие/установка BGA без реболлинга
Приветствую, Хабр!
В статье хочу показать процесс снятия чипов в BGA корпусе и установки на новую плату не перекатывая шарики. Опишу некоторые нюансы, которые позволяют осуществлять данную операцию более или менее безболезненно.
Небольшая предыстория. Была произведена партия устройств для заказчика. Часть из них положена на склад. Через некоторое время была разработана вторая версия, которая оказалась более востребована у конечного пользователя (немного изменилась конфигурация, габариты, интерфейсы и стоимость). Время производства небольшой партии совпало с коллапсом на рынке компонентов. Доллар по >150. Цены на некоторые позиции стали просто адовыми, отвалился дистрибьютер компонентов с mouser и мы на некоторое время остались попросту без компонентов (не считая своего склада, который начинал таять на глазах).
Партию устройств никто не отменял и нужно было что-то придумать. Новые платы содержали почти все компоненты из старой версии, которую брать уже никто не хотел. Основная проблема была, конечно же, с активом и частью разъемов. Покупать компоненты по цене х4 смысла не было никакого, так как итоговой стоимостью можно распугать всех клиентов, а продавать по старой — себе в минус.
Произвели партию новых плат (около 200шт.), запаяв на производстве только пассив. Микросхемы и разъемы пришлось перекидывать со старых устройств. Хочу описать процесс переноса именно BGA микросхем: памяти DDR3 и процессора iMX6ULL. Сейчас данные компоненты уже вполне покупаемы, но тогда другого выхода просто не было.
Процессор iMX6ULL содержит 289 шариков с шагом 0.8 мм и габаритами 14×14 мм (BGA289). Также удавалось перепаять без реболла iMX6Q в BGA624, но это уже сложнее, если снимать просто пинцетом, а не вакуумным захватом.
Первый этап — это снятие микросхемы с платы-донора. Тут есть несколько особенностей. Во-первых, снимать нужно обязательно с флюсом, так как иначе на процессоре останутся шарики разного диаметра (они будут вытягиваться во время поднятия чипа). Во-вторых, флюс нужно наносить с трех сторон микросхемы. Если нанести по всем сторонам, то под корпусом образуется воздушный пузырь, где не будет флюса. В-третьих, обязательно использовать нижний подогрев. Без него процент «брака» намного выше.
Мне нужно снять DDR и CPU. DDR3 в корпусе BGA96 флюсом (из шприца) мажу только по дум длинным сторонам. Процессор с трех сторон. Во время прогрева флюс равномерно заполняет все пространство под микросхемами. Вдавливать флюс под микросхему не нужно, большое его количество начнет кипеть и будет крах.
Рис. 1. Промазывание флюсом зазора между платой и корпусом микросхемы.
Далее идет прогрев. Сначала я включаю нижний ИК подогрев на 400 град. Затем грею сверху феном 350–400 град. При большей температуре есть вероятность повредить микросхемы. Например, при пайке температурой 420 град на iMX6ULL перестают работать все USB интерфейсы. При меньшей температуре (<350град) не получается добиться хорошего снятия. После того, как чип начинает «плавать» (немного смещаться при надавливании на торец пинцетом (главное не сдвинуть слишком сильно, иначе перепрыгнет на ряд шариков)), его необходимо снять пинцетом с широкими концами. Чем равномернее Вы будете его поднимать, тем лучше сохранятся шарики.
На плате-доноре будет примерно такая картина (Рис. 2.). Часть припоя
обязательно останется на плате, то есть диаметр боллов на микросхеме станет
чуть меньше, но это не проблема, если пассив на новую плату был запаян на производстве.
На пады процессора тоже была нанесена паяльная паста и там образовались «бугорки»
из припоя. Если чип будет устанавливаться на чистую плату, то он встанет
немного ниже.
Рис. 2. Плата-донос со снятым процессором.
Ниже пример уже новой платы с производства. Все допаяно, осталось поставить только процессор и память. На фото кажется, что количество припоя совсем маленькое, но это не так. Тут просто сделано отрицательное вскрытие маски под микросхемой U1, поэтому диаметр боллов выглядит меньше.
Рис. 3. Новая плата без процессора и памяти.
Память снимается почти всегда хорошо (9 из 10), а вот процессор 50/50. Рассмотрим случай, когда снялся «не очень». Выглядит это примерно так, как на фото ниже.
Рис. 4. Неравномерные боллы на процессоре.
Правый шарик получился больше, левый меньше (чем должно быть). Чаще всего проблема именно этого угла, так как не всегда получается поднять пинцет вертикально вверх. Я снимаю паяльником припой с двух контактных площадок и ставлю новые шарики.
Тут тоже есть небольшой нюанс. Если просто положить шарик на контактную площадку, то при нагреве феном он поплывет и слипнется с соседним. Его тоже придется снимать и так бесконечно. Захватить шарик пинцетом невозможно, так как под воздействием температуры он сплющится. Необходимо просто прикоснуться к боллу пинцетом (можно предварительно чуть макнуть в флюс) и он прилипнет.
Рис. 5. Шарик на пинцете.
Далее разогрев микросхему, прикасаемся пинцетом с шариком до пада (пинцет будет разогрет и выполнит дополнительную теплопроводную роль).
Вуаля! Шарики на месте!
Рис. 6. Восстановленные боллы.
Следующий шаг — это нанесение флюса на новую плату и правильная установка микросхем. При нанесении большого количества флюса микросхемы неизбежно будут «плавать» и при нагреве «съедут». Если флюса будет мало, то он испарится, пока припой еще не расплавится. Тут только практика. Теперь главное правильно установить чипы. Если пытаться поставить их сразу «как нужно», то есть «шарик на шарик», то при нагреве флюса микросхема обязательно «съедет», и по закону подлости — по диагонали. Необходимо, чтобы шарики микросхемы стояли на самом текстолите и соприкасались с шариками на плате. В этом случае при нагреве они объединятся в один болл. На фото ниже показано как я ставлю такие микросхемы и как происходит их смещение во время разогревания припоя.
Рис. 7. Установка микросхем.
Теперь все точно также, сначала нижний подогрев, потом сверху фен. Если все сделано правильно, то микросхемы «поедут» в указанных стрелками направлениях. Когда чипы встали на свои места они, также, как и в случае с выпаиванием, должны легко двигаться с помощью пинцета.
После отмывки платы смотрим на получившийся результат.
Рис. 8. Отмытая плата.
Смотрим как выглядят шарики сбоку на DDR.
Рис. 9. Шарики на DDR.
Вроде все отлично. Проверяем плату на КЗ по питаниям и включаем. Видим долгожданный загрузчик.
Рис. 10. Запуск платы после установки микросхем.
Этот способ подходит для микросхем относительно с большим шагом между боллами. С eMMC, например, в корпусе BGA153 все куда печальнее. Ее намного сложнее как снять, так и поставить, ведь шаг всего 0.5 мм, а шарики куда меньше.
Рис. 11. eMMC в корпусе BGA153
И в заключение, основные тезисы.
При снятии BGA чипа (процессоры, DDR4/5 и т.д.) наносить флюс только с трех сторон. Для DDR2/3 — по двум длинным сторонам.
После снятия микросхемы убедиться, что все шарики на месте и имеют одинаковый диаметр. Если нет — восстанавливаем.
Не снимать припой (если он нанесен) с посадочного места BGA.
Равномерно тонким слоем нанести флюс на посадочное место под микросхему.
Микросхему поставить на холодную плату со смещением по диагонали, чтобы шарики микросхемы соприкасались с падами на плате.
Сначала прогреть плату нижним подогревом, затем прогреть феном сверху.
После установки убедиться, что все шарики расплавлены и микросхема свободно двигается. Не переусердствовать.
Перед снятием платы со станции нижнего подогрева убедиться, что она достаточно остыла.
Произвести очистку платы от флюса.
Спасибо за внимание и успехов!
Habrahabr.ru прочитано 2869 раз
