Dlaczego Reballing?

Narzędzia
2/2011
Reballing
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. Wtedy też konieczne jest odtworzenie wyprowadzeń
układów ­BGA w postaci kulek, w celu ponownego użycia go. Co więcej,
wprowadzanie dyrektyw ­RoHS oraz ­WEEE spowodowało, że w układach ­BGA,
które wyposażone są jeszcze w wyprowadzenia zawierające ołów należałoby
je wymienić, jeśli będą montowane z użyciem technologii bezołowiowej.
Bywa też odwrotnie. Dziś większość
producentów elementów elektronicznych wytwarza je 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. W tedy też istnieje
konieczność reballingu wyprowadzeń
układów ­BGA.
Proces reballingu układów B
­ GA
można podzielić na kilka głównych
etapów:
1.Przygotowanie układu B
­ GA oraz
płytki elektronicznej
2.Przygotowanie szablonu
3.Nakładanie topnika
4.Nakładanie kulek
5.Lutowanie
6.Czyszczenie
7.Wygrzewanie
8.Kontrola jakości połączeń
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 (MSD
­Level). 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 pady mają mało płaskie powierzchnie, co utrudnia proces rebal-
Przygotowanie
układu B
­ GA oraz płytki
elektronicznej
Układy B
­ GA 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
a ujawnić się może dopiero w procesie
ponownego montażu układu. Zgodnie
ze standardem ­JEDEC, wygrzewanie
lingu 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
Jedną z powszechnych metod jest
wykorzystanie matrycy z otworami
(szablonu) dla każdego padu układu
­BGA i wprowadzenie w nie gotowych
kulek. Spośród znanych technologii
wykonywania szablonów najodpowiedniejsze wydaje się być wycinanie
laserowe. Charakteryzuje się ono stabilnością wymiarową, prostopadłością
oraz gładkością ścian otworów. Dodatkową zaletą jest stosunkowo tani koszt
wykonania takiego szablonu.
Otwór w szablonie powinien być
tylko nieco większy od użytej średnicy kulki. Z doświadczenia wynika, że
średnica otworu powinna być w przybliżeniu równa średnicy kulki ale nie
większa niż o 15%.
Materiały
i dodatkowe
informacje
dostępne na płycie
dołączonej do numeru.
98
e
l
e
k
Fot. 1. Układ umieszczony wraz z szablonem ­BGA w ramce. Nadmiarowe kulki
są zbierane i można je ponownie wykorzystać
t
r
o
n
i
k
a
p
r
a
k
t
y
c
z
n
a
Narzędzia
Fot. 2. Nakładanie topnika na układ
ków 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.
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.
Wygrzewanie
Pomimo najlepszych wytycznych
normy ­JSTD-033 w zakresie kontroli
pochłaniania wilgoci przez elementy
elektroniczne, pojawiają się przypadki kiedy poziom ­MSD nie jest znany. Ma to miejsce między innymi
po wykonanym procesie reballingu.
Zakłada się wtedy możliwie najgorszy
poziom ­MSD dla układu i wygrzewa
go przez okres 48 godzin w temperaturze 125°C.
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 czynni-
l
e
k
t
r
o
n
i
k
2/2011
Fot. 3. Stacja E
­ rsa ­IR 550
Nakładanie topnika
W procesie reballingu dobrze jest
stosować topniki, o dużej lepkości i które są dobrze rozpuszczalne
w wodzie. Zapewniają one, że kulki
będą trzymać się padów lutowniczych
w procesie ich nakładania, podłoże
będzie dobrze przygotowane do lutowania a same pady będą zwilżone
na całej powierzchni podłoża. Nie
zaleca się stosowanie topników typu
­No-Clean. Są one zbyt mało aktywne,
żeby pozwoliły na poprawne zwilżenie
padów układu B
­ GA. 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.
e
Reballing
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 mikro-
a
p
r
a
k
t
y
c
z
skop stereoskopowy lub inne narzędzie
z powiększeniem optycznym.
Urządzenia do reballingu
Proces reballingu układów B
­ GA jest
bardzo skomplikowany i precyzyjny do
przeprowadzenia. Bez zaawansowanych narzędzi, znajomości procesów
lutowania można łatwo doprowadzić
do uszkodzenia często drogich i trudnodostępnych elementów typu ­BGA.
Przystępując do takiej wymiany należy
zdawać sobie dokładnie z tego sprawę
i najlepiej wyposażyć się w odpowiednią stację lutowniczą.
Przykładami urządzeń przystosowanych do reballingu są stacje firmy ­Ersa
z rodziny ­Rework. Świetnym wyborem
dla wielu zakładów naprawczych będzie stacja ­Ersa ­IR 550. Zaimplementowano w niej technologię podgrzewania ­DynamicIR, która pozwala w pełni
zautomatyzować proces podgrzewania
z użyciem dwóch promienników podczerwieni o mocy 800 ­W każdy: górnego o wymiarach 60 × 60 mm i dolnego
o wymiarach 135 × 260 mm. Bardzo
duża łączna moc pozwala precyzyjnie
zwiększać temperaturę płytek i komponentów. Temperatura monitorowana
jest ciągle za pomocą dwóch sensorów:
bezdotykowo i z użyciem termopary.
Ersa ­IR 550 wyposażona jest dodatkowo w laserowy wskaźnik do pozycjonowania wentylator do szybkiego
ochładzania układu. Może być sterowana zdalnie za pomocą oprogramowania ­IRSoft.
Piotr ­Ciszewski
Semicon
ul. Zwoleńska 43/43A
04-761 ­Warszawa
tel. 22 615 73 71, faks 22 615 73 75
www.semicon.com.pl
[email protected]
n
a
99