Реболлинг От англ. reballing 

(Лечение отвала BGA чипов)

 

Мы попытаемся просто и внятно объяснить что такое реболлинг и для чего он нужен:

В двух словах реболлинг это замена шариков припоя которые располагаются под электронными BGA-компонентами, это нужно в том случае когда происходит отвал в местах соприкосновения чипа и платы, в следствии чего компонент (чип) перестаёт работать! В большинстве случаев проблемы отвала происходят из-за использования низкокачественного припоя, и принятия дериктивы RoHS (Данная директива ограничивает использование потенциально опасных элементов в электротехническом и электронном оборудовании, в данном случае свинец) если раньше производители применяли припои с содержанием свинца, то после принятия директивы в 2006 году свинец стал под запретом, и компании были вынуждены использовать другие сплавы (с 2006 года количество брака выросло во много раз) 

А теперь по порядку, мы попытаемся разъяснить весь техпроцесс!

Статика опасна для компонентов! перед началом всех работ нужно защититься от статического электричества, ниже приведён небольшой список средств для защиты от статики (ESD-Защита):

  • Антистатический браслет и иные заземляющие устройства
  • Антиэлектростатические вещества (например аэрозоль Антистатик)
  • Всеразличные увлажнительные приборы или Ионизаторы

И так с защитой мы не много разобрались теперь переходим к самому процессу!

 

Демонтаж BGA Компонента 

Демонтаж BGA компонентов намного сложнее, чем кажется на первый взгляд! Для качественного демонтажа необходимо наличие паяльной станции (желательно ИК) в состав который входит: термостол,  верхний нагреватель на штативе и регулятор температуры желательно с возможностью работы по заданному термопрофилю! После прогрева платы,BGA компонент нужно быстро снять в момент оплавления выводов! Снимать можно механическим или вакуумным пинцетом. (Вакуумным безопаснее меньше шанс повредить плату во время снятия!)

Инструменты и материалы

  • Инфракрасная или воздушная паяльная станция (Станция Фен+Паяльник не подходит, обратите внимание на рисунок ниже чтобы понять о чём идёт речь)
  • фольга (Для защиты компонентов вокруг BGA чипа)
  • Механический или вакуумный пинцет
  • Флюс
  • Рамочный держатель или Фторопластовые стойки

Шаг 1 — Установка платы

Установите плату в рамочный держатель или на фторопластовые стоики неисправным компонентом к вверху, и поместите на термостол паяльной станции.

Шаг 2 — Подготовка к пайке

Нанесите флюс вокруг BGA компонента, закройте фольгой компоненты вокруг чипа, установите термодатчик вблизи от BGA компонента для контроля работы по термопрофилю.

Шаг 3 — Пайка

Установите верхний нагреватель над неисправным компонентом задайте термопрофиль для пайки и ждите завершения.

Шаг 4 — Снятие BGA компонента

После того как процесс пайки завершиться быстро снимите Компонент при помощи вакуумного или механического пинцета.

Процесс снятия шариковых выводов (деболлинг)

После снятия BGA компонента с платы необходимо убрать оставшийся припой как с платы, так и с самого компонента!(собственно эта процедура и называется деболлинг) Существует много инструментов, которые позволяют снять остатки припоя с BGA компонента. Это могут быть как  вакуумные инструменты с горячим воздухом, так и паяльники, так же существуют низкотемпературные установки пайки волной, которые более предпочтительны в данном случае, они не сильно нагревают компонент, из чего следует что шансов повредить компонент нагревом стремиться к нулю!
Поскольку паяльники с температурным контролем пайки не так редки, мы опишем процесс деболлинга с использованием паяльника с жалом.

Внимание: Процесс деболлинга содержит множество потенциально опасных для чипа механических и температурных стрессов, по этому следует быть аккуратней.

Инструменты и материалы

  • Флюс
  • Паяльник
  • Изопропиловые салфетки
  • Оплётка (Плетёнка) (Медная лента для удаления припоя)
  • Антистатический коврик (Излишней ESD защиты не бывает)

Дополнительные рекомендуемые инструменты

  • Микроскоп
  • Вытяжка для облегчения удаления дыма, образующихся в процессе выпаивания
  • Защитные очки

Подготовка 

  • Разогрейте паяльник.
  • Убедитесь что вы защищены от статики.
  • Перепроверьте каждый чип на загрязнение, пропущенные контактные площадки, а также паяемость.
  • Оденьте защитные очки.

Примечание: Проведение сушки компонента, для удаления влажности рекомендуется делать до выполнения его деболлинга. 

Шаг 1 — Нанесение флюса на BGA компонент: 

Положите BGA компонент на антистатический коврик, стороной контактных площадок вверх. Нанесите равномерно Флюс пасту на BGA компонент. (Слишком малое количество флюса сделает процесс деболлинга затруднительным.)

Шаг 2 — Снятие шариков припоя: 

Используя плетёнку и паяльник, чтобы снять шарики припоя с контактных площадок Чипа. Положите плетенку на чип поверх флюса, после чего прогревайте паяльником. Перед тем, как сместить плетенку по поверхности чипа, дождитесь чтобы паяльник ее прогрел и расплавил шарики припоя. 

ВНИМАНИЕ: 

Не надавливайте на чип жалом паяльника. Излишнее давление может повредить чип или поцарапать контактные площадки. Для достижения лучших результатов , прочистите BGA компонент с помощью чистого куска плетенки.

Шаг 3 — Очистка чипа 

После Удаления припоя с поверхности чипа, Сразу же очистите чип с помощью салфетки, смоченной в изопропиловом спирте. Своевременная очистка чипа облегчит удаление остатков флюса. 

Протирая поверхность чипа, удалите с него флюс. Постепенно сдвигайте чип при протирке на более чистые участки салфетки. При очистке всегда поддерживайте за противоположную сторону чипа.

Примечание: 

1. Никогда не очищайте BGA чип загрязненным участком салфетки. 

2. Всегда используйте новую салфетку для каждого нового чипа.

Шаг 4 — Проверка 

Рекомендуется, чтобы проверка проводилась под микроскопом. 

Проверяйте чистоту контактных площадок, поврежденные площадки и неудаленные шарики припоя.

Примечание: 

Поскольку флюс имеет коррозийное действие, рекомендуется провести дополнительную очистку, в случае, если реболлинг чипа не будет сделан сразу.

Шаг 5 — Промывка 

Нанесите деионизованную воду (Вода не имеющая электически заряженных частиц.(ионов)) на контактные площадки чипа и потрите их щеткой (можно использовать обычную зубную щётку). Это поможет смыть остатки флюса с чипа. После чего просушите чип сухим воздухом. Повторно проверьте поверхность (Шаг 4). 

Если чип будет некоторое время лежать без нанесенных шариков, необходимо убедиться. Что его поверхность очень чистая. Погружение чипа в воду на любой промежуток времени НЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ.

 

Подготовка BGA компонента к монтажу

Инструменты и материалы

  • BGA трафарет
  • Держатель для трафарета
  • Флюс
  • Деионизованная вода
  • Поддон для очистки
  • Щетка для очистки
  • Пинцет
  • Кислотоупорная щетка
  • Печь оплавления или система пайки


Дополнительно рекомендуемые инструменты

  • Микроскоп
  • Напальчники

Подготовка

  • Перед тем, как вы начнете, убедитесь, что фиксатор для трафарета чист
  • Выставьте температурный профиль для оборудования, выполняющего оплавление припоя.

Шаг 1 — Вставка трафарета 

Разместите трафарет в фиксаторе. Убедитесь, что трафарет плотно зафиксирован. Если трафарет согнут или помят в фиксаторе, процесс восстановления не получится. Помятие, как правило, является следствием загрязнения фиксатора или плохой его регулировки под трафарет.

Шаг 2 — Нанесите флюс на чип 

Используйте шприц для нанесения небольшого количества флюса на чип. 

Примечание: Перед тем как начать, убедитесь. что поверхность чипа чиста.

Шаг 3 — Распределение флюса по поверхности чипа 

Используя кисточку равномерно распределите флюс по стороне контактных площадок BGA чипа. Постарайтесь покрыть каждую контактную площадку тонким слоем флюса. 

Убедитесь, что все контактные площадки покрыты флюсом. Старайтесь нанести флюс тонко и равномерно, при толстом слое будет плохой контакт между шариками припоя и контактными площадками.

Шаг 4 — Вставка чипа 

Поместите BGA компонент в трафоретный держатель, контактными площадками к вверху.

Шаг 5 — Наложение трафарета 

Наложите сферху трафарет, напомним то что трафарет уже в фиксаторе (верхняя крышка трафаретного держателя), и зафиксируйте так чтобы трафарет прилегал к контактным площадкам.

Шаг 6 — Накатка Шаров

Высыпте нужное количество шариков припоя на трафарет, наклонными движениями трафаретного держателя раскатывайте шарики, после того как шарики встанут на свои места в трафарете уберите излишки кисточкой. 

Шаг 6 — Оплавление 

Поместите трафарет в горячую конвекционную печь или станцию для реболлинга горячим воздухом или ИК, и запустите цикл оплавления. 

В любом случае используемое оборудование должно быть настроено на разработанный для чипа BGA термопрофиль.

Шаг 7 — Охлаждение 

Выньте фиксатор из печи или станции для реболлинга и поместите его в проводящий поддон. Оставьте чип охладиться примерно на пару минут, перед тем, как вынуть его из фиксатора.

Шаг 8 — Выемка BGA чипа 

После того, как чип охладился, выньте его из фиксатора и поместите его в поддон для очистки, стороной шариковых выводов вверх.

Шаг 9 — Вымачивание 

Нанесите деионизованную воду на трафарет BGA и подождите примерно секунд тридцать, прежде чем продолжить.

Шаг 10 — Снятие трафарета 

Используя тонкий пинцет снимите трафарет с чипа. Лучше всего начинать с угла, постепенно снимая трафарет. Трафарет должен быть снят за один прием. Если он вдруг не снимается, добавьте еще деионизованной воды и подождите еще 15 - 30 секунд, перед тем, как продолжить.

Шаг 11 — Очистка от фрагментов грязи 

Возможно, после снятия трафарета останутся небольшие фрагменты частиц или грязи. Уберите их с помощью иголки или пинцета. 

ВНИМАНИЕ: 

Кончик пинцета острый, поэтому может поцарапать паяльную маску на чипе, если вы не будете осторожны.

Шаг 12 — Очистка 

Сразу после того, как вы сняли трафарет с чипа, очистите его с помощью деионизованной воды. Нанесите небольшое количество деионизованной воды и потрите чип щеточкой. 

ВНИМАНИЕ: 

Поддерживайте чип, пока чистите его щеткой во избежание механического повреждения. 

Шаг 13 — Промывка чипа BGA 

Промойте чип деионизованной водой. Это поможет удалить маленькие частицы флюса и грязи, оставшиеся после предыдущих этапов очистки. 

Дайте чипу высохнуть на воздухе. Не протирайте его салфетками или тряпочками.

Шаг 14 — Проверка качества нанесения 

Используйте микроскоп для проверки чипа на загрязнение, пропущенные шарики или остатки флюса. При необходимости повторной чистки, повторите шаги 11 - 13. 

Очистка фиксатора

В течение процесса реболлинга BGA, фиксатор становится все более липким и загрязненным. Необходимо очистить остатки флюса с фиксатора для того, чтобы трафарет сидел в нем правильно. Ниже описанный процесс подходит как для гибких, так и для жестких фиксаторов. Для лучшей очистки неплохо применять ванну с ультра звуковой очисткой 

Инструменты и материалы

  • Поддон для очистки
  • Щеточка
  • Стакан
  • Деионизованная вода

Дополнительно рекомендуемый инструмент

  • Маленькая чашка или баночка 

Шаг 1 — Вымачивание 

Вымочите фиксатор для трафаретов BGA в теплой деионизованной воде примерно 15 минут.

Шаг 2 — Чистка с деионизованной водой 

Выньте фиксатор из воды и потрите его щеткой.

Шаг 3 — Промывка фиксатора 

Промойте фиксатор деионизованной водой. Дайте ему высохнуть на воздухе.

 

Монтаж BGA компонента

После того как мы сделали реболлинг очистили и проверили чип необходимо убедиться в том что контактные площадки на плате очищены от остатков припоя и грязи.

И только после проверки начать монтаж компонента для этого нужно нанести на контактные площадки тонкий слой флюса устоновить чип для дальнейшей пайки (Расположение чипа должно точно совподать с контактными площадками!) Отпустить верхний нагреватель и запустить заданный термопрофиль.  

 

Пример Реболлинга на термовоздушной паяльной станции FINEPLACER core (цена на данную паяльную станцию начинается от 40.000 Евро)