Технологический процесс пайки BGA: от демонтажа до рентген-контроля
BGA (Ball Grid Array) — корпус микросхемы, где выводы расположены не по бокам, а массивом шариков припоя снизу. Это позволяет разместить сотни контактов на площади ногтя, но делает невозможным ремонт обычным паяльником.
1. Анатомия соединения: SMD vs NSMD
Надежность зависит от типа контактной площадки на плате:
- SMD (Mask Defined): Маска закрывает края меди. Используется там, где нужна механическая прочность при частых перепайках. Минус: зона напряжения у края маски, риск трещин.
- NSMD (Non-Solder Mask Defined): Маска отступает от меди. Шарик обтекает площадку целиком. Самый надежный вариант для современных процессоров.
2. Оборудование и материалы
|
Компонент
|
Зачем это нужно
|
Пример / Параметры
|
|
Инфракрасная станция
|
Прогрев платы снизу и чипа сверху без сдувания компонентов воздухом.
|
Jovy RE-8500, Quick IR PRO. Обязательны термопары для контроля реальной температуры.
|
|
Припой
|
Сплав шариков. Свинецсодержащий проще в работе.
|
SnPb (эвтектика) — плавится при 183°C.
SAC305 (бессвинец) — плавится при 217°C.
|
|
Флюс-гель
|
Растворяет оксиды, работает как микро-прокладка между чипом и платой.
|
Тип ROL0/ROM0 (безотмывочный, активный).
|
|
Рентген
|
Единственный способ увидеть пустоты внутри скрытых под корпусом шариков.
|
Проверка на пористость и смещение центров шаров.
|
3. Этапы технологического процесса
Этап А. Демонтаж (Профиль нагрева)
- Предварительный прогрев: Плата нагревается до 150–180°C. Снимает внутреннее напряжение текстолита.
- Локальный нагрев: Температура доводится до точки плавления + 30 градусов запаса.
- Пиковая температура: Для SnPb — ~210-220°C. Для SAC305 — ~240-250°C.
- Время выше ликвидуса: Припой должен быть жидким 45–60 секунд для равномерного прогрева массива.
- Съем: Чип поднимается вакуумным пинцетом строго вертикально вверх за счет поверхностного натяжения расплава.
Этап Б. Подготовка площадок
Удаление старого припоя оплеткой и паяльником. Критически важно выровнять все медные пятаки в одной плоскости. Любой бугорок олова приведет к перекосу («домино») нового чипа.
Этап В. Реболлинг (если восстанавливаем старый чип)
- Нанесение густого флюса на площадки чипа.
- Установка металлического трафарета нужного шага (например, 0.5 мм или 0.8 мм).
- Рассыпка калиброванных шариков припоя поверх трафарета.
- Оплавление (~250°C) и снятие трафарета. Осмотр каждого шара под микроскопом.
Этап Г. Монтаж и кристаллизация
- Нанесение тонкого слоя флюса на плату.
- Позиционирование чипа по ключу (метке).
- Запуск профиля оплавления.
- Критический момент — Охлаждение: Скорость должна составлять 3–4 °C/секунда. Медленное охлаждение создает усадочную пористость металла.
4. Типичные дефекты и физика отказов
|
Дефект
|
Причина
|
|
Отвал шаров (Grey pads)
|
Разница коэффициентов теплового расширения (КТР) кремния и текстолита. Усталость металла из-за циклов включения-выключения.
|
|
Усадочная пористость
|
"Смешанная технология": бессвинцовый чип (SAC305) паяют свинцовой пастой (SnPb) при низкой температуре. Шарики плавятся не полностью, образуя рыхлую структуру с порами.
|
|
Надгробный камень (Tombstoning)
|
Асимметрия нагрева: одна сторона шарика расплавилась раньше другой и потянула край компонента вверх.
|
Послепаечный контроль
Никогда не включайте устройство сразу после пайки BGA. Алгоритм проверки:
- Мультиметр: проверка цепей питания на короткое замыкание (КЗ).
- Микроскоп: ровная посадка, отсутствие "заваленных" углов.
- Рентген: поиск пустот, мостов (коротких замыканий между шарами) и смещений.
Каталог товаров
