Замыкания при пайке bga компонентов: внутренние расслоения

При пайке BGA компонентов контакты в ряде случаев формируются неравномерно: площадь поперечного сечения контактов в центре компонента мала и постепенно увеличивается к краям корпуса (рис. 1)

Рис. 1 Замыкание при пайке BGA

На рис. 1 показан результат контроля качества пайки BGA корпуса X - лучами. Причины Внутренние расслоения BGA (этот дефект также называют эффектом попкорна) возникают из-за расширения влаги внутри корпуса BGA. В результате нижняя часть корпуса начинает расширяться и выжимать припой из под компонента. Повышение концентрации влаги в корпусах электронных компонентов происходит из-за неправильного хранения. Существуют специальные шкафы для хранения электронных компонентов (см. здесь).

При достижении температуры пайки припойные шарики в области середины компонента выдавливаются и образуют перемычки на периферии корпуса. Акустическая микроскопия позволяет увидеть дефекты расслоения корпусов. На рис. 2 они отмечены красным цветом.

Рис. 2 Расслоение BGA корпусов

Предотвращение дефекта Нужно хранить чувствительные к влаге корпуса компонентов в специальной упаковке, предотвращающей попадание влаги внутрь. Кроме того, при сборке следует контролировать влажность воздуха на рабочем месте. Восстановление после брака Поврежденный BGA компонент должен бать удален с печатной платы. Обычно операцию восстановления осуществляют на установках локального

нагрева, которые позволяют осуществлять удаление поврежденных компонентов и пайку новых с минимальным риском повреждения соседних элементов сборки.

Вокруг компонента и под него наносится небольшое количество флюса и осуществляется выпаивание под струей нагретого воздуха. После удаления компонента осуществляется очистка контактных площадок платы от остатков припойной пасты при помощи паяльника и специальной оплетки для удаления припойной пасты или при помощи вакуумного отсоса.

Затем следует очистить поверхность печатной платы в области восстановления от остатков флюса. Эта операция выполняется с помощью хлопкового тампона или кисти и специального растворителя для удаления флюса. После окончательной очистки зоны пайки на контактные площадки наносится новый флюс, устанавливается компонент и осуществляется его пайка на установке локального нагрева. При этом необходимо выдерживать термопрофиль максимально близкий к тому, который использовался при пайке остальной части платы.

Примечание: образующиеся при восстановлении паяных контактов интерметаллидные соедининея сокращают срок службы пайки.

Ручная пайка Выбор паяльного оборудования и советы начинающим

В этой статье вы найдете рекомендации по выбору оборудования и материалов для качественной пайки. Отмечу, что они приведены для тех, кто собирается заниматься пайкой периодически, а не 3 раза в жизни. Для таких людей давать советы нет смысла: только периодическая пайка принесет необходимый опыт, и только для таких занятий есть смысл покупать хорошее оборудование.

Чтобы не пугать читателя сразу термином "хорошее оборудование" отмечу, что пайка одно из наименее дорогих увлечений: стоимость хорошего оборудования (не профессионального, но действительно хорошего) начинается от 500 р. При надлежащем уходе и соблюдении ряда правил оно послужит не меньше 5 лет.

Итак приступим.

Разберемся с процессом пайки. Пайка это процесс образования механического и электрического контакта между металлическими поверхностями, способного выдерживать значительные механические нагрузки. Пайка образуется при высоких температурах (от 180 до 250°С) спаиваемых поверхностей и расплавленного олова. Для качественной пайки недостаточно нагреть одну поверхность с оловом и прислонить к ней другую: обязательное условие образования надежного контакта - равные температуры спаиваемых поверхностей. Естественно что добиться этого можно только при помощи верно подобранного инструмента.

Важное замечание: низкая температура жала паяльника приведет к размягчению припоя но не к его расплавлению. Результат - холодная пайка (узнать можно по зернистой структуре контакта). Перегретое жало - чрезмерное выпаривание припоя. И тот, и другой дефект приводит к рассыпанию / расслоению контакта через некоторое время эксплуатации.

Не нужно забывать и о предельных температурах электронных компонентов: пайка при температуре ~ 250°С не должна проходить более 10 сек. Это уже закон проверенный временем: интегральные компоненты можно запросто пережечь.

Подводя итог выше сказанному определим требования для паяльного оборудования радиолюбителя:

1. Желательно приобретать не просто паяльник, а паяльную станцию. Скажете дороже? Да, но не на много. Цены на хорошие паяльные станции начинаются от 800 руб. Дороже чем паяльник на радиорынке? Но зато какие преимущества: регулируемый диапазон нагрева (вероятность пережечь компоненты спадает на нет); поддержание постоянной температуры жала (жало не перегорает - снижаются затраты на расходники); важная особенность всех паяльных станций - наличие подставки под паяльник (вещь необходимая) и ванны для очистной губки - не захотите покупать станцию будете искать эти вещи отдельно.

2. Мощность паяльника вещь во многом определяющая качество пайки. При пайке печатных плат вполне достаточно паяльника с мощностью 25-40 Вт. Лично я уже 10 лет пользуюсь станциями с мощностью 40 Вт и не знаю проблем. Конечно при пайке проводов сечением в 10 мм : вам и 100 Вт будет мало - но здесь речь идет о пайке плат.

3. Напряжение питания - на территории России стандартом является напряжение 220 ±10% В, 50 Гц. Хотите паять подключаясь к сети электропитания - покупайте паяльник / станцию с таким питанием. Для пайки в автомобиле или в местах где сложно найти розетку можно найти паяльник с питанием 12/18/24 В или газовые паяльники.

4. Важный параметр при пайке плат - форма жала. Сейчас для паяльников / станций предлагается широкий ассортимент жал - лопатка, конус, игла и т.д. Какое выбирать дело ваше: каждому удобно паять тем чем он привык. Я пользуюсь лопатками разных размеров.

5. Немаловажный параметр - стойкость жала. Вы можете найти термостойкие жала которым не страшен длительный перегрев. Удобно, но дорого. В разделе советов вы найдете рекомендации с помощью которых можно с тем же успехом пользоваться обычными жалами.

6. Нельзя не упомянуть о антистатических паяльных станций. Если вы готовы выложить более 100$ за паяльную станцию - вы получите антистатическую защиту (полезно при пайке полевых элементов и других капризных бяк). Нет таких денег - не расстраивайтесь - можно самостоятельно доработать станцию / паяльник: заземление жала в большинстве случаев помогает. Это конечно не та антистатика, которая есть в навороченных станциях, но помогает не хуже.

Ну как, обзавелись паяльным оборудованием? Следующий шаг - расходные материалы. Вам понадобится флюс - для удаления окислов с контактных площадок плат и выводов компонентов и припой.

Выбор флюса - отдельный вопрос. Ваш дедушка паял с канифолью - снисходительно улыбнитесь - раньше другого не было. Чем плоха канифоль - канифоль, спиртовой канифольный флюс относятся к категории активных флюсов. Главный недостаток - при высоких температурах удаляется не только оксид металла - удаляется и сам металл. Посмотрите на жало дедушкиного паяльника - все в рытвинах, черное и с зазубринами. Это действие канифоли. Другой главный недостаток - очистка платы после пайки с канифолью большая проблема. Смыть остатки можно только спиртом или растворителями (да и то, порой проще отковырять чем-то острым). Остатки флюса на плате не только некрасиво с эстетической точки зрения, но и вредно. На платах с малыми зазорами между проводников возможен рост дендритов (проще говоря, замыканий) вызванных гальваническими процессами на загрязненной поверхности.

Каков же выход - на современном рынке материалов можно найти широкую гамму флюсов, которые смываются обычной водой, не разрушают жало паяльника и обеспечивают высокое качество пайки. Продаются такие флюсы, как правило, в шприцах, что очень удобно для использования.

Выбор припоя. Дедушка порекомендовал вам оловянный прут сечением 10 мм? Еще раз улыбнитесь. Сейчас для пайки пользуются припойной проволокой сечением от 1 до 5 мм. Наиболее распространены 1,5-2 мм многоканальные припои. Многоканальность означает, что внутри оловянной проволоки расположены несколько каналов флюса, который обеспечивает образование ровной блестящей и надежной пайки. Продается такой припой в мотках - на радиорынках, в колбах - в которых он находится свернутым в спираль, и в бобинах (в них количество припоя такое, что его хватит не на один год).

Активатор жала. Активатор жала или TipCleaner продается в очень маленьких баночках. Он необходим для увеличения срока службы жала паяльника. Перед каждой пайкой и после неё (имеется в виду в начале и в конце работы) опустите жало в эту баночку. На нем образуется защитное покрытие, препятствующее образованию нагара.

Ну что, готовы к пайке? Последнее что вам нужно - ручной инструмент: нож, кусачки, пассатижи. Если в процессе работы понадобится что еще - поймете сами.

Предвижу вопрос читателя: где все это найти подешевле, с гарантией и в одном месте? Отклонюсь от основного правила сайта (НЕТ РЕКЛАМЕ!) и дам ссылку на фирму в которой не раз покупал все необходимое: Электрон-Сервис-Технология

Перед тем как паять плату необходимо подготовить рабочее место: позаботьтесь о емкости с низкими бортами и достаточно большой площадью для мусора - откусанных выводов и снятой оплетке. Очень хорошо подходит пластиковая одноразовая тарелка (не стоит касаться её жалом разогретого паяльника:). Позаботьтесь и об освещении - свет должен падать на плату так чтобы рука с паяльникам не закрывала его.

Теперь вы настоящий ПАЯЛЬНИК (правда, еще не опытный, но это наверстывается).

Прежде чем приступить к пайке разберитесь с платой. Если вы делали её самостоятельно - скорее всего она без паяльных покрытий: голая медь. Перед пайкой все контактные площадки придется облудить: покройте их флюсом и нанесите олово паяльником так, чтобы не закрыть отверстия в плате. При правильно подобранной температуре и хорошем флюсе, олово с жала паяльника само "обтечет" всю контактную площадку, как только вы её коснетесь. Не стоит брать на жало паяльника огромные капли олова: касаетесь жалом прутка и через секунду на жале будет необходимое количество.

Плата, покрытая оловом - промышленное изготовление - избавляет от этой работы, но и стоит соответственно.

Плата готова? При необходимости удалите остатки флюса и можете приступать к пайке.

Одна из основных ошибок начинающих радиолюбителей - компоненты паяют, а потом откусывают лишнюю длину ножек. При этом качественного контакта добиться сложно - повышенный теплоотвод и усложненный доступ жала к месту пайки только ухудшают образование надежного соединения. Формуйте выводы компонентов и обрезайте их перед пайкой.

Как я уже отмечал - при правильной технологии олово будет "обтекать" контакт самостоятельно. Обращайте внимание на состояние выводов компонентов: серые матовые выводы - окисленные. Придется лудить с флюсом. Будьте осторожны - можно пережечь компонент. Хотите избежать неприятностей - покупайте компоненты в радиоэлектронных магазинах - там они правильно хранятся.