5 главных проблем устройств BGA. Часть 3

Одним из способов преодоления проблем, связанных с такими контактными типами подготовки площадок, зависящими от квалификации оператора, является использование бесконтактного метода подготовки площадки. Некоторые современные наладочные системы сегодня оборудованы программируемыми бесконтактными системами удаления примесных частиц. В этих системах нагретое сопло приближается к печатной плате для расплавления припоя, следуя контуру поверхности печатной платы, одновременно всасывая расплавленный припой с платы. При этом ни площадки, ни поверхность печатной платы не повреждаются. Кроме того, эта техника не требует высокой квалификации от специалиста, выполняющего ремонт. Недостатком такого подхода является снижение производительности, поскольку время программирования системы и увеличенное время процесса удаления припоя делают эту процедуру очень неудобной и обременительной. 

Чтобы извлечение BGA не приводило к отслоению и повреждению площадок, необходимо разработать качественный профиль извлечения BGA. Процесс разработки такого профиля схож с созданием профиля печатной платы для сборки, только выполненный в обратном порядке и меньшем масштабе.

Сначала нужно проанализировать образец платы для пайки, чтобы определить правильное положение термопар. Обычно, одна встраивается в кристалл BGA, по одной в два угловых шарика, одна или более на соседние детали и одна или более разбросаны по всей площади шариков BGA в зависимости от особенностей тепловых характеристик печатной платы. Установка термопар включает сверление и приклеивание их к плате, шарикам припоя и самому кристаллу. После этого специалист набирает профиль пайки, основываясь на собственном опыте. Разрабатываются профили пайки и измеряется температура в этих локациях. После этого корректировка профиля, удаление соседних деталей или надлежащее тепловое экранирование будут полностью оптимизировать профиль для минимизации времени пайки и повреждений соседних компонентов, обеспечивая при этом наиболее равномерное разрушение шариков припоя. Нижний нагрев особенно важен для термически массивных плат или плат, произведенных по бессвинцовой технологии. Это предотвратит термальное повреждение платы, если процесс доработки будет выполнен с припоями с более высокой температурой ликвидуса, такими как бессвинцовый припой. Для плат с большим количеством слоев и для поддержания меньшего перепада температур по всей площади компонентов иногда необходимы многозонные нагреватели с нижней стороны. Наконец, правильное крепление и поддержка платы помогут предотвратить ее коробление.

Если контактные площадки вывернуты больше, чем на толщину площадки, или частично или полностью отслоились от платы, есть два основных метода ремонта, указанные в руководстве по ремонту IPC7721. В одном из них используется двухкомпонентный эпоксид, а во втором – предварительно нанесенный сухой пленочный клей.

Метод с двухкомпонентным эпоксидом (IPC 7721 2.6 – эпоксидная смесь) для ремонта площадок приведен в Процедуре 4.7.1 IPC-7721, Ремонт поверхностных площадок, эпоксидный метод. Это наиболее надежный метод ремонта контактных площадок. Он требует от специалиста высокой квалификации и терпения.

Участок подготавливается для новой площадки – острым ножом удаляется существующая площадка или комбинация площадка/дорожка.  После очистки зоны на плату напаивается новая площадка или площадка/дорожка. Двухкомпонентный эпоксидный клей смешивается согласно рекомендациям производителя на плоской пластине, чтобы смесь была видна (самое простое – использовать стеклянную пластину). С помощью деревянной палочки тонкий слой этой смеси наносится на зону для сменной площадки или площадки/дорожки и прижимается с помощью зажима с антипригарной поверхностью, чтобы удерживать новую площадку на печатной плате во время процесса отверждения. Завершает процесс отверждение в соответствии с указаниями производителя эпоксида, которое обычно происходит немного быстрее за счет увеличения температуры.  Перед выполнением последнего этапа нанесения паяльной маски на зону трассировки и/или по периферии площадок для обеспечения прочности адгезии, необходимо проверить целостность соединения между различными проводниками, участвующими в процессе ремонта.

Метод сухой пленки для ремонта площадок описан в Процедуре 4.7.2 IPC-7721, Ремонт поверхностных площадок, Метод сухой пленки. Этом метод самый чистый и для его выполнения требуется большая ловкость рук. Процесс подготовки площадки и дорожки такой же, как описан выше. Однако, при вырезании пленки нужно быть очень аккуратным и убедиться, что пленка полностью приклеилась к нижней стороне фольги. Если участок дорожки нужно припаять к этому участку платы, специалист должен убедиться, что перекрываемый участок имеет на плате сухую пленку. Когда материалы закреплены на своем месте нагретый наконечник полимеризатора воздействует на область склеивания. Во время склеивания нужно подтвердить температуру отверждения, так как для качественного отверждения важна и температура, и давление. Очистка, тестирование и инспекция проводятся также, как и при варианте использования эпоксида, описанном выше.

Заключение

В данной статье приводится общий обзор основных проблем, связанных с доработкой устройств BGA. Этими проблемами являются (в произвольном порядке): деформация BGA из-за уменьшения толщины корпусов, экранирование соседних устройств в эпоху увеличения плотности установки компонентов, извлечение и замена устройств BGA с андерфиллом, восстановление и ремонт паяльной маски.

В дополнение к этим сегодняшним трудностям в скором времени данный список пополнят новые проблемы, включая доработку устройств с еще меньшим шагом и использование припоев с еще более низкой температурой пайки.

Ссылки

1. Gregory L. Tonkay, Robert H. Storer, Ronald M. Sallade, and David J. Leandri, "Critical Variables of Solder Paste Stencil Printing for Micro-BGA and Fine-Pitch QFP," IEEE Transactions on Electronics Packaging Manufacturing, Volume 27, No. 2, Апрель 2004.
2. Garcia, Omar, et al, "Selective Reflow Rework Process, " IPC APEX EXPO Proceedings, 2015.
3. Wettermann, Robert and Gaynor, Adam, "Effectiveness of Different Materials as Heat Shields during Reflow/Rework," IPC APEX EXPO Proceedings, 2015.
4. Luetzlow, Norbert and Jahal, Kiuldip, "Quantifying Performance of Mechanical and Chemical Processes for Pre-treatment Prior to Solder Mask Application," IPC APEX EXPO Proceedings, 2013.