Реболлинг и монтаж BGA
BGA-микросхемы — это головная боль для любого инженера, который занимается ремонтом современной техники. С каждым годом они все больше вытесняют «с платы» элементы в корпусах QFP, TQFP и др. А все потому, что на данный момент BGA корпус наиболее совершенный и выигрывает у других по ряду параметров:
- плотность монтажа
- теплопроводность
- помехоустойчивость.
Но, при всех своих достоинствах, у BGA-микросхем есть один существенный недостаток — сложность ремонта в случае брака. А брак, связанный с особенностями BGA, сейчас встречается очень часто, и в первую очередь это касается мобильных телефонов и ноутбуков.
Вследствие механического или термического повреждения (например, из-за постоянного надавливания в месте, где размещена BGA-микросхема, или перегрева микросхемы во время работы) может пропасть контакт между чипом и платой. Очевидно, что для возобновления работоспособности нужно этот контакт восстановить.
Существуют два способа восстановления:
- прогрев
- реболлинг.
Ни один серьезный сервисный центр не предложит вариант с прогревом. Во-первых, никто не сможет дать гарантию на такой ремонт, и, во-вторых, такой ремонт далеко не всегда дает положительный результат.
Поэтому, единственным рекомендуемым способом восстановления контактных выводов является реболлинг.
Реболлинг — это повторное нанесение (восстановление) всех контактов на BGA-чип, подразумевающее предварительный демонтаж микросхемы с платы с помощью соответствующей паяльной станции. В том случае, если чип не поврежден, его могут использовать в дальнейшем. Если же чип не пригоден, нанесение шариковых выводов делают для нового - исправного.
Залогом успешного реболлинга являются два фактора:
- мастерство инженера
- оборудование и расходные материалы, которое он использует.
К сожалению, с выбором инженера, в этой статье, мы помочь не сможем. А вот подобрать оборудование и расходники для выполнения данной операции — попытаемся.
Итак, для реболлинга нам понадобятся:
- Соответствующая паяльная станция.
- Набор трафаретов и трафаретный столик.
- BGA-шарики или BGA-паста.
- Флюс для BGA.
- Клейкая фольга и термоскотч.
Паяльная станция
О выборе конкретной модели мы расскажем в других публикациях, а в этой статье давайте определимся с типом паяльной станции.
Для успешного монтажа/демонтажа BGA-микросхемы небольшого размера, например мобильного телефона, достаточно термовоздушной паяльной станции типа Lukey 852D+. Более удобный вариант — портативная инфракрасная паяльная станция типа Tornado Infra Pro.
 Lukey 852D+ |
 Tornado Infra Pro |
Если же предстоит восстановление материнской платы ноутбука, с большой площадью текстолита и большими BGA-чипами, то, в таком случае, не обойтись без ремонтного комплекса с нижним и верхним нагревателем типа Jovy Systems RE-8500. Более подробно о выборе паяльной станции можно прочитать в соответствующей статье.
 Jovy Systems RE-8500 |
Набор трафаретов и трафаретный столик
 Jovy Systems JV-RMS |
 Jovy Systems JV-RMP |
Нанесение BGA-шариков на контактные поверхности без использования трафарета — сложная ювелирная работа, которая может занять несколько часов. Для упрощения и ускорения данного процесса были созданы трафареты-матрицы. Трафарет представляет собой металлическую пластину с отверстиями. Размер отверстий соответствует диаметру шариков наносимых на контактные поверхности (параметр «диаметр»). Расстояние между отверстиями трафарета соответствует расстоянию между контактными поверхностями микросхемы (параметр «шаг»).
Трафареты бывают универсальные и специализированные.
Универсальный трафарет — это квадратная матрица с отверстиями одинакового диаметра. Его можно использовать для реболлинга любого чипа с такими же, как у трафарета, значениями шага и диаметра.
Специализированный трафарет — кроме соответствия по «шагу» и «диаметру» также полностью отвечает рисунку нанесенных шариков на микросхему. Пользоваться специализированными трафаретами намного удобнее. Но, как правило, их покупают в случае частого реболлинга соответствующего чипа. Поэтому универсальные трафареты получили большее распространение и входят фактически в любой набор для реболлинга.
По способу изготовления трафареты делятся на лазерные (лазерная резка) и химически протравленные. Отверстия в лазерных проделаны более тщательно, но и стоимость их, соответственно, выше.
Самый главный параметр при выборе трафарета — это его стойкость к деформации при нагреве. В отличие от термостойких трафаретов, которые кроме шариков при реболлинге также позволяют использовать и BGA-пасту, большинство матриц для компьютерных чипов не термостойкие. Их можно использовать только для нанесения шариков, а непосредственно во время прогрева их нужно снимать с чипа.
Примером не термостойких трафаретов может служить популярный набор ACHI LP-37.
А этот набор относится к термостойким.
 ACHI LP-37 |
 BGA-трафареты ACHI (150 шт.) |
BGA-шарики или BGA-паста
 Jovy Systems JV-PB60 |
Jovy Systems JV-LFSB050 |
 Jovy Systems JV-PB40 |
 BGA-шарики 0,6 мм |
Как уже было отмечено выше, в качестве припоя для реболлинга можно использовать BGA-шарики или BGA-пасту. При этом алгоритм восстановления выводов существенно отличается.
Технологически использование BGA-пасты существенно упрощает процесс, но от этого страдает качество. Контактные поверхности при таком реболлинге неоднородные и могут существенно отличатся по размеру. Поэтому, данный метод наиболее актуален для ремонта мобильных телефонов, где размер чипов небольшой.
В случае реболлинга материнской платы, как правило, используют BGA-шарики.
Как BGA-шарики, так и BGA-паста могут быть свинцовыми и бессвинцовыми. Использование бессвинцовых расходных материалов оправдано только в условиях авторизованного сервисного центра.
Флюс для BGA
 |
 |
Одним из ключевых факторов для проведения успешного реболлинга является правильно подобранный флюс. Именно от его свойств зависит то, как шарики «приклеятся» к чипу до прогрева, будет ли он вскипать и пениться во время прогрева, и нужно ли будет его смывать после монтажа чипа на плату.
Поэтому флюс для BGA — это самый качественный и дорогой тип флюса. Использование других флюсов — крайне нежелательно и может привести к негативным результатам при восстановлении.
Клейкая фольга и термоскотч
Клейкая фольга — отличный изолятор от нежелательного нагрева. С ее помощью можно предотвратить выпаивание компонентов, которые находятся возле демонтируемого чипа.
У термоскотча немного другие цели: его можно использовать для фиксации термопары в зоне пайки, а также наносить на поверхность кристалла микросхемы при пайке инфракрасной паяльной станции для лучшей теплопередачи. Также термоскотч часто используют для совмещения BGA-трафарета и BGA-чипа при реболлинге без трафаретного стола.
Так выглядит основной набор оборудования и расходных материалов необходимых при реболлинге. Этот список может меняться в зависимости от личных предпочтений инженера, но для гарантировано успешного восстановления рекомендуем прислушаться к нашим советам.
