Jak na To - reflow BGA

17.10.2009

Když jsem přemýšlel, jak stylizovat tento článek, napadlo mě klasické schéma - Rozbor, Teorie, Příprava, Provedení, Zhodnocení a Závěr. Pak jsem si ale řekl, že v dnešní době informačních technologií přeci není nic snažšího, než si vygooglit tuny informací o Ball Grid Array každý sám. Proto přeskočíme Rozbor, Teorii a vrhneme se rovnou na Přípravu a Provedení.

Při pročítání všech možných i nemožných informačních zdrojů se samozřejmě dočteme, jak důležitý je předehřev, jak nezbytné je dodržet teplotní profil a jak drahé je všechno potřebné vybavení. Ano, to je sice pravda, ale jen v případě sériové výroby respektive zajištění opakovatelnosti a stability sériového procesu. Pro naše bastlení si bohatě vystačíme s relativně levnou horkovzdušnou BGA / SMD servisní stanicí a několika cenově nenáročnými pomůckami.

1. Potřebné vybavení

- SMD / BGA servisní stanice (horkovzdušná, pro majetnější INFRA)
- bezoplachové tavidlo
- alobal
- v ideálním případě i stanice pro spodní předehřev PCB

2. Jak na to

Nejdůležitější je zjistit, při jaké teplotě respektive času ohřívání dojde k roztavení BGA kuliček. Nejsnazším postupem je sehnat si nějakou nefunkční desku s přibližně stejně velkými BGA IO a pokusit se je odpájet. Kupříkladu pro mou horkovzdušnou pájecí stanici to znamenalo nastavit teplotu na 400°C (max.je 450°C), tlak vzduchu na 30 jednotek (max.50) a s těmito parametry ohřívat IO přibližně 5min. To vše pro IO o velikosti přibližně 35x35mm.

Důležité! Teplota nastavená na pájecí stanici je pouze orientační. To znamená, že rozhodně neodpovídá skutečné teplotě IO. Musíme si uvědomit, že maximální přípustná teplota pro uvažované typy IO se pohybuje kolem 260 - 300°C, přičemž po jejím překročení riskujeme zničení IO. Proto při uvedeném způsobu "zjišťování" pájecí teploty a času platí více než kdy jindy přísloví "dvakrát měř, jednou řež".

Předpokládejme tedy, že parametry jsme si experimentálně zjistili. Dalším krokem je IO uvolnit. Někteří výrobci totiž IO po připájení k desce navíc "přilepí", respektive ho přilepí ještě před vlastním připájením. Lepidlo je obvykle ve formě tenké "housenky" na hraně IO. Pro odstranění stačí jehla či nějaký ostřejší nástroj. Důležité je nepoškodit povrch IO ani základní desky.

Následuje "podlití" bezoplachovým tavidlem, respektive zalití prostoru s BGA kuličkami. Ideální je tavidlo, které jako rozpouštědla využívá izopropylalkohol.

Po podlití zbývá zakrýt desku Alobalem, aby nedošlo k tepelnému poškození ostatních součástek. Alobal má dobrou tvarovou stálost, takže lze poměrně bezproblému zakrýt jakkoliv členité okolí IO. Následně se v Alobalu vyřízne "okénko" přesně podle obrysu IO. Tím je vše připraveno pro ohřev.

Jak již bylo napsáno výše, při ohřevu by se měl dodržovat určitý teplotní profil. Pro "bastlení" ale stačí zajistit, aby nebyl IO vystaven teplotnímu šoku. Dostatečně bezpečným způsobem je začít IO zahřívat s pistolí ve vzdálenosti cca 150mm a postupně ji přibližovat tak, aby po cca 30-60sec bylo její ústí cca 10mm nad povrchem. Tuto vzdálenost pak udržujeme během celého ohřívání (v mém případě cca 5min).

V průběhu přetavování jakožto i ve fázi chladnutí je důležité s deskou nemanipulovat ani se jakýmkoliv způsobem nedotýkat vlastního IO. Proces chladnutí není zapotřebí urychlovat. Po cca 10-ti min je deska připravena k testu.

Všem odvážným přeji hodně štěstí a hlavně - nedejte se odradit skeptiky, kteří budou tvrdit, že "domácí reflow" není možný či dostatečně spolehlivý.

-- DiL --

Nové informace, postřehy, zjištění

1.12.2009

Nakonec mi to nedalo a zakoupil jsem přes e-bay stanici pro horkovzdušný předehřev (tzv. preheater station) v ceně cca 120,-USD včetně poštovného a musím uznat, že reflow s předehřevem je mnohem snazší a bezpečnější. IO totiž není nutné ohřívat na tak vysokou teplotu jako bez předehřevu, navíc lze okamžik roztavení BGA kuliček "vystihnout" mnohem přesněji.

11.7.2011

S postupem času a narůstajícím množstvím provedených reflow (a později i složitejších výměn IC a reball) musím uznat, že tvrzení o určení okamžiku roztavení BGA spojů "odhadem" na základě času a přednastavené teploty na stanici bylo hodně odvážné.

Pokud se tedy chystáte provést reflow s podobným vybavením, které bylo v tomto článku uvažováno, VŘELE doporučuji využít i multimetr s K-článkem (popř.jiný digitální teploměr), přičemž teplotní sondu (K-článek) umístit na desku těsně k substrátu IC.

Pro správné přetavení BGA spojů by teploty v případě lead BGA kuliček měly dosáhnout alespoň 185°C respektive 225°C pro lead-free.

Diskuzní fórum

Diskuze k tomuto článku na http://forum.ntbook.cz.

Související články

Reball GPU v obrazech 1 / 3

Reball GPU v obrazech 2 / 3

Reball GPU v obrazech 3 / 3