Реболлинг BGA компонентов: технология и оснастка для восстановления шариковых выводов

Введение

Восстановление шариковых выводов компонентов BGA, или реболлинг BGA (от англ. reballing) – процесс воссоздания матрицы шариковых выводов на нижней стороне корпуса компонента взамен поврежденных при операции его демонтажа. Для подавляющего большинства электронных компонентов (ЭК) в корпусах типа BGA операция демонтажа необратимо повреждает его выводы, и операция их восстановления становится совершенно необходимой, если данный ЭК предполагается использовать вновь.

Операция реболлинга может входить в состав техпроцесса ремонта или восстановления сборок в случае использования дорогих компонентов, отбраковка которых при демонтаже с печатной платы приведет к неоправданно больши́м затратам, нерентабельности заказа единичных новых ЭК либо штучной их партии, либо в случае отсутствия по различным причинам данного компонента на предприятии на момент проведения ремонта при необходимости быстро отремонтировать плату.

Также реболлинг применяется некоторыми производителями для замены бессвинцовых шариковых выводов на оловянно-свинцовые с целью избежать т.н. смешанной технологии, которая в настоящее время является предметом активных споров между технологами. Существуют вполне обоснованные мнения, что пайка бессвинцовых BGA компонентов одновременно со свинцовосодержащими изделиями приводит к ухудшению качества паяных соединений, и если закупка BGA с оловянно-свинцовыми шариками затруднена, следует производить замену шариков. Однако данный вопрос выходит за рамки настоящей статьи.

Некоторые производители компонентов не рекомендуют проводить процесс восстановления шариковых выводов вследствие наличия определенного числа циклов теплового воздействия, которым должен подвергнуться компонент. Тем не менее, для большинства компонентов вполне возможно проведение реболлинга, а для многих – неоднократное.

Реболлинг BGA проводится с помощью различных методик, объединяет которые использование специальной оснастки, набора готовых шариков, паяльной пасты либо заготовок с уже установленными шариками. Многие компании выпускают специальные наборы оснастки для реболлинга, инструмента и расходных материалов. Ниже мы остановимся на нескольких получивших наибольшее распространение методах.

Следует отметить, что процесс реболинга требует некоторых навыков, которые могут быть получены в процессе тренировки. Чтобы облегчить этот процесс и сделать его менее затратным, многие производители специально включают в свои наборы для восстановления выводов BGA тестовые макеты компонентов.

При проведении реболлинга, также как и при любой другой операции с BGA компонентами, важно выполнять ряд требований по защите от воздействия статического электричества и принять меры к удалению избыточного количества влаги из корпусов компонентов. Подробнее эти меры изложены в статьях нашего портала «Основы статического электричества» и «Чувствительность электронных компонентов к влажности».

Идентификация компонента

Перед проведением реболлинга с помощью специальных комплектов оснастки необходимо точно знать, какой тип BGA корпуса предполагается подвергнуть этому процессу. Это соображение касается как материала корпуса, так и шариковых выводов компонента. Ниже приводятся описания наиболее распространенных типов таких корпусов с этой точки зрения [2].

1. Керамический компонент с шариковыми выводами, изготовленными из высокотемпературного припоя (90Pb/10Sn). Шарики выглядят как гладкие сферы, окруженные мениском из удерживающего их более мягкого эвтектического припоя (обычно с добавкой 2% серебра), слегка отличающегося по цвету. Для реболлинга таких корпусов пригодны только те методы, с помощью которых возможно нанесение паяльной пасты для крепления шариков. Большинство выпускаемых наборов для реболлинга непригодны для этой цели.

2. Пластиковые или керамические компоненты с шариковыми выводами, изготовленными из эвтектического припоя. У всех пластиковых BGA-компонентов шарики сформированы из эвтектического припоя (также обычно с добавкой 2% серебра) непосредственно на контактных площадках. Ряд ремонтных наборов (в частности, [2]) возможно применять для реболлинга только таких компонентов.

3. Пластиковые или керамические компоненты с шариковыми выводами, изготовленными из бессвинцового припоя. Применяемый сплав – как правило, Sn96.5Ag3Cu0.5 с температурой плавления 217-220°C.

4. Компоненты Tape Ball Grid Array (TBGA). ЭК оснащены частично оплавленными шариками из высокотемпературного припоя (90Pb/10Sn). Если данные компоненты правильно демонтированы с печатной платы с соблюдением необходимого температурного профиля, они не теряют свои шариковые выводы, не требуют реболлинга и могут быть успешно установлены в новую позицию.

Состав наборов для реболлинга

Типичный набор для восстановления шариковых выводов может включать в себя следующие основные компоненты (на примере наборов [2, 13, 20, 21], рис. 1):

• Механическое приспособление для закрепления корпуса BGA-компонента и трафарета и последующего помещения их совместно в печь оплавления.

• Набор трафаретов с различным расположением апертур под шариковые выводы, шагом и диаметром выводов либо готовые одноразовые трафареты с уже уложенными в их апертуры шариками.

• Флюс-карандаш для флюсования контактных площадок.

• Деионизированная вода для отмывки.

• Набор шпателей и ракель для нанесения пасты.

• Плетенка для удаления остатков припоя.

• Каптоновая клейкая лента или другой термостойкий материал для крепления компонентов к трафарету и/или приспособлению.

• Набор эвтектических шариковых выводов различного диаметра.

• Пинцеты, иголки для размещения шариков в апертурах, антистатическая щеточка, отвертка для завинчивания винтов приспособления.

• Антистатический поддон для сбора излишков шариков, антистатическая кювета для отмывки.

• Салфетки для протирки с малым уровнем пылевыделения, пропитанные изопропиловым спиртом.

• Макеты BGA компонентов для тренировки и приобретения необходимых навыков реболлинга.

• Инструкция по выполнению технологического процесса.

Набор не обязательно должен содержать все вышеперечисленные компоненты.

Рис. 1. Пример набора для реболлинга (Weller WPRB1000). Фото из [1]