Dlaczego Reballing?
Transkrypt
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