Реболлинг BGA

Термин реболлинг (реболлинг от англ. reballing — «лечение» отвала BGA чипов) — это замена шариков припоя, которые располагаются под электронными BGA-компонентами.

При работе с компонентами BGA самые часто возникающие вопросы это: «Можно ли повторно использовать компоненты?» и «Как можно провести реболлинг компонента?». Хотя эти вопросы безусловно актуальны для многих, на сегодня есть очень мало компаний, которые занимаются реболлингом компонентов. Перед началом работы нужно разобраться со следующими вопросами.

Возможность повторного использования компонентов

На этот вопрос должен ответить поставщик компонентов, так как он осведомлен, какое количество термальных циклов в состоянии выдерживать их компоненты. Рассмотрим компонент BGA, установленный на двустороннюю печатную плату с поверхностным монтажом, который был снят, подвержен реболлингу и заменен; потенциально он должен был пройти шесть циклов пайки во время этого процесса в дополнение к пайке шариков во время производства компонента:

1. Сборка оплавлением припоя – верхняя сторона.
2. Сборка оплавлением припоя – нижняя сторона.
3. Снятие компонента.
4. Удаление избытка припоя с компонента.
5. Пайка новых шариков припоя.
6. Замена компонента.

Еще одним важным фактором является количество манипуляций и потенциальное повреждение электростатическим разрядом, которое может произойти в процессе реболлинга. Во многих случаях процесс реболлинга не является коммерчески выгодным из-за дополнительных трудозатрат. В тех случаях, когда ценность компонента очень высока или его трудно достать, возникает необходимость реболлинга.

Методы реболлинга

Существует два основных метода, наиболее часто используемых для реболлинга BGA: предварительные заготовки (преформы) и приспособления для реболлинга. Для повторного нанесения флюса и паяльной пасты на компоненты можно использовать микро-трафареты.

Метод 1. Преформы.

Один из методов реболлинга – это использование предварительных заготовок припоя (обычно это массив шариков припоя, подходящий для компонента, либо в листе бумаги, либо соединенные вместе). Некоторые производители припоя предлагают такие заготовки. В случае с эвтектическими шариками такие заготовки должны паяться на устройство в контролируемой среде (паяльная печь или головка) с использованием флюса. Высокотемпературные шарики из неплавкого припоя должны крепиться к устройству с помощью дозированной или нанесенной трафаретной печатью паяльной пасты.  

Стандартные этапы процесса для установки шариков припоя с помощью BGA преформ таковы:

1. Удаление остатков припоя. Для замены шариков припоя необходимо подготовить контактные площадки у детали. Остатки припоя можно удалить с помощью оплетки для удаления припоя, используемой в сочетании с паяльником прямого действия, оснащенного лезвийным наконечником.

Проведите горячим лезвийным наконечником по площадкам ряд за рядом. Оператор должен тщательно следить за тем, чтобы оплетка находилась между наконечником и платой. Старый припой можно быстро удалить без риска повреждения площадки, которое может произойти в результате прямого контакта между горячим наконечником и подложкой. После этого остатки флюса на детали должны быть удалены разрешенным растворителем, чтобы площадь установки оставалась чистой.

Существуют также бесконтактные методы удаления припоя, использующие горячий воздух или азот для оплавления припоя, одновременно с этим вакуумная пипетка «отсасывает» расплавленный припой с площадки. Этот метод доступен как в автоматизированных процессах, так и при ручном исполнении.

Хотя в нем меньше контакта с площадками, но он может занимать больше времени и требовать специального оборудования, не всегда имеющееся на ремонтных стендах. Следовательно, этот метод может быть более затратным и используется не так широко.

2. Нанесение флюса. Перед установкой на зоны контактных площадок нужно нанести правильный флюс либо дозированием, либо печатью, либо, что более распространено, нанесением кистью.

3. Установка преформы. Обычно установка новой заготовки выполняется вручную, при этом выравнивание контролируется либо регистрацией краев, либо приспособлением для совмещения площадок с преформами.

4. Оплавление. После того, как флюс нанесен и преформа установлена, следующим шагом является оплавление детали. Пайка должна быть многозонной, чтобы соответствовать профилю используемого флюса паяльной пасты. Когда цикл пайки завершен, новый массив шариков припоя должен быть успешно прикреплен. В этот момент нужно удалить материал носителя, что можно сделать множеством способов. Можно оставить носитель на несколько секунд в деионизированной воде, удалить его пинцетом или убрать с помощью распылителя или системы очистки.

Деталь необходимо очистить от остатков флюса, что можно сделать любым стандартным водным методом.

Если бумага удаляется очистителем или распылителем, этот этап может не потребоваться. Если используется не требующий отмывки флюс-гель, бумагу можно удалить в горячем состоянии. Тогда не требуется отмачивать бумагу, что является большим преимуществом, так как нет необходимости в предварительной сушке. Хорошо работает только полная конвекция сверху до низу. Если использовать только верхний нагрев, то элемент будет прогибаться и прикрепятся только шарики по бокам детали, а центральные шарики не припаяются.

Также важно отметить, что некоторые компоненты чувствительны к влажности и, следовательно, требуют предварительного высушивания перед любым присоединением к печатной плате.

Метод 2. Приспособления для реболлинга

Этот метод обычно включает трафареты для конкретных компонентов и инструменты для нанесения пасты или флюса и позволяющие разместить шарики припоя в нужном положении перед пайкой – опять же в контролируемой среде. Шарики припоя различных размеров и составов можно приобрести у производителей паяльной пасты.

Рисунки показывают процесс с использованием паяльной пасты и не расплавляемых высокотемпературных шариков припоя. Такие шарики используются в керамических BGA (CBGA) компонентах, обычно их состав 90/10.