С нанесенной паяльной пастой

При использовании пасты некоторые производители [2] не рекомендуют применять традиционную печь оплавления – следует использовать ремонтную станцию с подачей горячего воздуха и маленьким соплом (7х7 или 12х12 мм). Необходимо также как можно более точно воспроизводить профиль оплавления в печи. Последовательность действий при этом следующая:

Предварительный нагрев. Поместить приспособление на расстоянии ~1" (~25,4 мм) под воздушным соплом, установить температуру 177°C, а скорость воздушного потока – в положение «Low» («Низкая»). В зависимости от размера компонента, предварительный нагрев должен длиться от 1 до 3 мин. Если компонент очень крупный, то его необходимо медленно перемещать под воздушным потоком, добиваясь прогрева компонента целиком.

Оплавление. Далее необходимо опустить сопло до высоты ~1/2" (~12,5 мм) над компонентом и установить температуру от 204°C до 260°C. Скорость воздушного потока должна быть установлена в положение «High» («Высокая»). Необходимо перемещать приспособление под воздушным потоком для прогрева всей поверхности компонента. Рекомендуется начать с центра компонента и постепенно продвигаться к периферии корпуса – круговыми движениями или по спирали. Это будет способствовать быстрому формированию шариковых выводов и минимизации температурных градиентов по поверхности корпуса. После того, как паяльная паста начнет оплавляться и все шариковые выводы будут сформированы, можно переходить к заключительному этапу.

Заключительный этап. Установки температуры и воздушного потока прежние. Сопло следует опустить до ~1/4" (~6 мм) над трафаретом. Необходимо прогреть всю поверхность компонента, но быстрее, чем это было сделано при предварительном нагреве. Эта стадия в большинстве случае должна продолжаться 15 с. Полное оплавление припоя происходит, когда цвет шарика становится из тускло-серого блестящим, а его поверхность начинает отражать свет.

Охлаждение также должно производиться при температуре окружающей среды в течение по крайней мере 1 мин., принудительное охлаждение не допускается.

Температурный профиль оплавления

Каждый корпус BGA-компонента, подвергаемый процессу реболлинга, может потребовать своего профиля оплавления. Следует, в общем случае, руководствоваться информацией производителя компонента, если же прямые указания отсутствуют, то начать с базового профиля, подстраивая его параметры в соответствии с материалом, массой и размером корпуса, а также применяемыми материалами припоя шариковых выводов.

Не рекомендуется подвергать корпуса нагреву, превышающему 220°C. Для выполнения реболлинга рекомендуется применение любой установки, реализующей пайку горячим воздухом, при наличии управляемого по времени цикла нагрева, с температурным диапазоном 20- 240°C и принудительной конвекцией.

Рис. 7. Базовый температурный профиль оплавления для реболлинга. Рисунок из [13]  

Базовый вид температурного профиля для эвтектического сплава шариковых выводов (по данным [13]) приведен на рис. 7. Он реализует скорость подъема температуры ~1°C/с, пиковую температуру от 200 до 210°C, время нахождения при температуре, превышающей температуру ликвидуса (183°C) от 45 до 75 с. Более крупные компоненты или компоненты с теплоотводящими элементами конструкции могут потребовать более длительных циклов оплавления. Для разработки правильного температурного профиля под каждую конкретную установку оплавления необходимо воспользоваться термопарами, размещаемыми в различных областях корпуса компонента.

Вынимание готового компонента из приспособления

Необходимо дождаться полного охлаждения приспособления после оплавления, затем попытаться снять трафарет с компонента путем его легкого изгибания. Для облегчения отделения трафарета от компонента может понадобиться применение небольшого количества отмывочной жидкости.

Если трафарет не отделяться легко, важно не пытаться снять его силой с помощью рычага. Лучший способ – снять каптоновую ленту и дополнительно прогреть трафарет горячим воздухом.

Реболлинг с использованием готовых трафаретов с уложенными шариками

Существуют и альтернативные методы восстановления шариковых выводов, в частности, те из них, в которых применяются готовые трафареты с уже уложенными шариками [8, 12, 13]. В качестве материала основы для таких трафаретов используется либо водосмываемая бумага, либо полиимидная пленка.

Технология с применением готовых трафаретов из водосмываемой бумаги

Первая технология компании Emulation Technologies Inc. носит название SolderQuik™ [12 – 14] и предусматривает применение готовых трафаретов из водосмываемой бумаги, а также механического приспособления – специального фиксатора (под конкретный размер либо регулируемого) для компонента и трафарета. Процедура реболлинга при этом состоит из следующих основных этапов ([13], рис. 8):

• положить готовый трафарет на ступеньку фиксатора логотипом SolderQuik™ вниз, убедиться в том, что трафарет свободно располагается в фиксаторе – если трафарет во вставленном состоянии будет изогнут, реболлинг не получится;

• нанести небольшое количество флюса на нижнюю поверхность корпуса; кисточкой распределить его по поверхности таким образом, чтобы каждая контактная площадка оказалась покрыта тонким слоем флюса;

• вставить корпус в приспособление стороной с нанесенным флюсом к трафарету; прижать корпус к трафарету путем легкого нажатия на него; убедиться в плотном совмещении деталей и плоском расположении компонента в фиксаторе;

• поместить фиксатор в печь либо на станцию пайки горячим воздухом и произвести оплавление с использованием соответствующего температурного профиля;

• используя пинцет с тупыми захватами, вынуть фиксатор из печи или снять с паяльной станции и поместить в антистатический поддон; дать охладиться в течение около 2 мин., прежде чем вынимать компонент из фиксатора;

• после охлаждения корпуса, вынуть его из фиксатора и поместить его шариковыми выводами вверх в поддон для отмывки;

• нанести деионизированную воду на трафарет и выждать ~30 секунд для отмокания бумажной подложки;

• используя пинцет с заостренными захватами, снять бумажную подложку с корпуса, захватив ее при этом с одного угла; подложка должна сняться в виде одного листа; если она рвется в процессе снятия, остановиться и добавить еще деионизированной воды и выждать 15 – 30 с, после чего продолжить процесс;

• удалить случайно оставшиеся клочки бумаги с помощью пинцета; необходимо соблюдать осторожность, чтобы острыми захватами пинцета не повредить паяльную маску компонента;

• сразу же произвести отмывку компонента с помощью щетки и большого количества деионизированной воды (подробнее см. выше при подготовке компонента к реболлингу);

• произвести ополаскивание деионизированной водой, чтобы удалить небольшие частицы флюса и бумаги, оставшиеся после предшествующей операции отмывки; не следует вытирать компонент насухо.

а)

б)

в)

г)

д)

е)

ж)

з)

и)

к)

л)

Рис. 8. Процедура реболлинга для фиксатора и готовых трафаретов из водосмываемой бумаги: а) закрепление трафарета в фиксаторе; б) флюсование компонента; в) закрепление компонента в фиксаторе; г) оплавление; д) вынимание фиксатора из печи; е) вынимание корпуса из фиксатора; ж) отмокание бумажной подложки; з) снятие бумажной подложки; и) удаление пинцетом клочков бумаги; к) отмывка компонента; л) ополаскивание компонента. Фото из [13]  

Дальнейшая процедура инспекции аналогична применявшейся при подготовке микросхемы к реболлингу. Для проверки качества отмывки следует использовать тестеры ионных загрязнений. На рис. 9 показаны чистые шариковые выводы (а) и выводы, окруженные слоем остатков флюса (б).

Рис. 9. Внешний вид чистых шариковых выводов (а) и коррозионных остатков флюса под микроскопом. Фото из [13]  

Большое значение имеет своевременная очистка фиксаторов, которые при долговременном использовании становятся грязными и липкими из-за наростов флюса. Грязный фиксатор может стать причиной неправильной установки компонента и нарушения всего процесса реболлинга.

Очистку фиксаторов следует проводить также в деионизированной воде, предварительно дав фиксатору отмокнуть в ней в течение ~15 мин., затем применив щетку для очистки, ополоснув и просушив в воздушном потоке. Для фиксаторов различных конструкций для достижения наилучших результатов рекомендуется применять ультразвуковую очистку.

Невозможно изготовить полный набор фиксаторов для осуществления реболлинга всех выпускаемых компонентов BGA. Опционально могут поставляться регулируемые фиксаторы (рис. 10), которые возможно настроить на любой размер корпуса от 5 до 57 мм [13], и которые также возможно применять для реболлинга прямоугольных корпусов.

Рис. 10. Регулируемый фиксатор. Фото с сайта [13]  

Такой фиксатор с четырьмя подвижными плечами настраивается с помощью четырех регулировочных винтов под конкретный корпус, который помещается в гнездо на ступеньку фиксатора, а плечи подгоняются под необходимые размеры с каждой стороны (рис 11). Трафарет должен помещаться в фиксаторе без прогибания, в противном случае необходимо перенастроить фиксатор.

Рис. 11. Настройка регулируемого фиксатора. Фото из [13]