Элементы bga что это
Практические приемы пайки BGA элементов.
Зачем нужна пайка BGA.
Оборудование для пайки BGA
Пайка BGA-элементов имеет определенные сложности и зачастую для нее применяется весьма сложное и дорогостоящее оборудования. Данная статья описывает пайку с применением минимума средств. Минимум, который необходим для пайки: фен, пинцет, микроскоп, флюс безотмывочный, жидкость для удаления флюса, вата х/б, шило монтажное (лучше стоматологический зубной зонд) для коррекции элемента на плате, фольга с клеевым слоем для теплозащиты.
Процесс пайки BGA
Случай, когда требуется заменить BGA элемент, является более общим, а потому его и рассмотрим. Первое, что нужно сделать- это оценить, не будут ли повреждены близко расположенные элементы потоком горячего воздуха. Микросхемы, залитые компаундом, элементы, имеющие пластиковые детали (микропереключатели, SIM-ридеры) необходимо закрыть фольгой для сведения к минимуму теплового воздействия. Если есть близкорасположенные микробатарейки, микроаккумуляторы, их лучше всего демонтировать, а затем поставить на место при помощи паяльника. Приняв необходимые меры предосторожности, располагаем плату на столе так, чтобы демонтируемый BGA- элемент легко было поднять пинцетом, когда припой расплавится. Имеется в виду, что для захвата пинцетом должно быть необходимое пространство и пинцет при захвате должен располагаться в руке удобно и естественно, иначе очень высока вероятность сдвинуть соседние элементы, так как припой, закрепляющий их, будет тоже расплавлен. Лучше всего плату надежно закрепить в горизонтальном положении и повернуть ее в горизонтальной плоскости под удобным углом. Затем начинаем греть элемент феном, который держим в левой руке, периодически пытаясь приподнять элемент пинцетом (примерно через каждые 30 секунд). Время нагрева сильно зависит от условий в помещении: температуры воздуха, наличия сквозняков, открытых форточек и т.д. Если элемент приподнялся с одного края, то насильно отдирать его нельзя, а нужно отпустить и еще погреть 15-30 секунд. Прикосновение холодным пинцетом сильно остужает элемент, это тоже нужно иметь в виду. Неплохо во время нагрева держать пинцет рядом со снимаемым элементом, для подогрева пинцета. После снятия элемента дальнейшие операции лучше проводить с еще горячей платой. (Если при прогреве элемент подпрыгнул, в буквальном смысле, то это свидетельствует о расслоении печатной платы в результате заводского дефекта. Такая плата ремонту не подлежит. ) Когда микросхема снята, необходимо удалить лишний припой с платы. Для этого наносим пастообразный флюс и собираем припой паяльником, периодически удаляя припой с жала. Необходимо учитывать, что большие «горки» припоя затруднят позиционирование нового элемента. А если пятаки(контакты на плате) будут не облужены, то получившийся контакт может быть не надежен. Следует обратить внимание на целостность пятаков. Если отвалились пустые пятаки, то ничего страшного, если отвалился пятак, имеющий контакт, то можно попробовать облудить металлизацию в отверстии и сформировать капельку припоя на месте пятака. Затем удаляем грязь и остатки флюса с платы. Глядя в микроскоп, необходимо проконтролировать результат и исправить недостатки. Недостатки могут быть следующего характера: плохо облуженные пятаки, на пятаках слишком много припоя, замыкания между пятаками, повреждения паяльной маски, поврежденные пятаки, отслоившиеся проводники. Если дефект устранить не удается, то изделие неремонтопригодно. Затем наносим пастообразный флюс. Флюс необходимо наносить на всю поверхность под элементом, даже если контакты расположены только по периметру. Иначе воздух из пустоты в середине при нагреве расширится и значительно сместит элемент. Важно количество флюса. Его должно быть достаточно для смачивания нижней поверхности элемента, но если элемент будет плавать в «луже», то его будет трудно позиционировать. Я предпочитаю флюс, нанесенный на плату, прогреть феном до жидкого состояния, перед помещением BGA-элемента на плату. Так как при пайке он все равно нагреется и элемент может значительно сместиться.
Рис.1 Расположение выводов по периметру.
Область выводов закрашена серым.
Извлекаем элемент из контейнера и ставим на плату, соблюдая ориентацию «ключа». Точное позиционирование выполняем под микроскопом по маркерам при помощи монтажного шила. При позиционировании следует учитывать шаг между контактами. Не обязательно добиваться идеального расположения, достаточно небольшого соприкосновения между «шарами» припоя на BGA-микросхеме и пятаками на плате. Оценивать точность позиционирования необходимо с учетом шага контактов и их размера.
Рис.2 Правильное позиционирование.
Необходимое выравнивание произойдет за счет эффекта смачивания при расплавлении припоя.
На Рис.1 приведен пример правильного позиционирования микросхемы на плате, на Рис.3 и Рис.4 приведены примеры неправильного позиционирования элемента на плате. На Рис.3 «шары» припоя одновременно соприкасаются с двумя пятаками, при этом при расплавлении припоя микросхема может встать неправильно, или могут возникнуть замыкания. На Рис.4 шары совсем не соприкасаются с пятаками, при этом сколько бы мы ни грели элемент, его пайка не произойдет. Обычно имеется взаимосвязь между линейными размерами маркера и шагом выводов на элементе. Если имеются сложности с позиционированием, то иногда имеет смысл прогреть примерно установленный элемент феном, для выпаривания флюса. После выпаривания флюс будет вязким и элемент можно установить более точно.
 |
| Рис.3 Неправильная установка. Неоднозначное соприкосновение «шаров» и пятаков. |
 |
| Рис.4 Неправильная установка. Нет соприкосновения «шаров» и пятаков. |
Что такое BGA-микросхемы?
Можно заметить, что разработчики практически всех электронных устройств идут по пути миниатюризации. Ноутбуки, планшеты или смартфоны становятся все легче и тоньше, но это совершенно не сказывается на их функциональности. Как такое возможно? Ответ прост: благодаря применению микросхем BGA.
BGA – что это такое?
Это аббревиатура. Полное название микросхем: Ball grid array, что в переводе означает «массив шариков». Главное их отличие – в типе корпуса: на контактных площадках с обратной стороны чипов расположены шарики из припоя. При нагревании они плавятся, облегчая центровку, а после застывания обеспечивают прочное крепление корпуса к плате.
Так выглядит чип BGA
Применение таких чипов сделало возможным более плотное расположение компонентов в электронных устройствах. Это и есть причина того, почему они становятся все меньше в размерах. С применением таких микросхем сейчас изготавливают видеорегистраторы, телефоны, телевизоры и другие электронные устройства.
Как выполняют пайку BGA
Для фиксации чипов на плате ее разогревают с помощью специальной паяльной станции. Шарики припоя начинают плавиться, но при этом не деформируются полностью (это обеспечивается технологией пайки). В результате формируется надежный контакт.
Для фиксации BGA нужна паяльная станция
Какие есть виды BGA-микросхем
Такие чипы можно классифицировать по нескольким параметрам:
Плюсы и минусы BGA-микросхем
Из плюсов микросхем можно выделить:
Из минусов нужно отметить чувствительность таких чипов к ударам. Это объясняется малой длиной, а поэтому высокой жесткостью выводов. Кроме того, выводы чипов не гнутся, а значит плата, на которую их устанавливают, должна быть идеально ровной. К покрытию тоже предъявляются жесткие требования: для этого подходят олово, серебро или иммерсионное золото.
Заключение
Сейчас компактность считается одной из основных характеристик электронного устройства. Чипы BGA позволили сделать серьезный шаг на пути уменьшения размеров привычных нам гаджетов. Альтернативы им пока нет, но все может измениться в ближайшем будущем.
Оставьте свою электронную почту и получайте самые свежие статьи из нашего блога. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить
Как перепаять BGA микросхему
Что такое BGA микросхема?
BGA (Ball Grid Array) — матрица из шариков. То есть это тип микросхем, которые вместо выводов имеют припойные шарики. Этих шариков на микросхеме могут быть тысячи!
В наше время микросхемы BGA применяются в микроэлектронике. Их часто можно увидеть на платах мобильных телефонов, ноутбуков, а также в других миниатюрных и сложных устройствах.
Как перепаять BGA микросхему
В ремонтах телефонов бывает очень много различных поломок, связанных именно с микросхемами. Эти BGA микросхемы могут отвечать за какие-либо определенные функции в телефоне. Например, одна микросхема может отвечать за питание, другая — за блютуз, третья — за сеть и тд. Иногда, при падении телефона, шарики микросхемы BGA отходят от платы телефона и у нас получается, что цепь разорвана, следовательно — телефон теряет некоторые функции. Для того, чтобы поправить это дело, ремонтники или прогревают микросхему, чтобы припойный шарик расплавился и опять «схватился» с контактной площадкой на плате телефона или полностью демонтируют микросхему и «накатывают» новые шарики с помощью трафарета. Процесс накатывания шаров на микросхему BGA называется реболлинг. На российских просторах этот термин не прижился и у нас это называют просто «перекаткой».
Подопытным кроликом у нас будет плата мобильного телефона.
Для того, чтобы легче было отпаивать «вот эти черные квадратики» на плате, мы воспользуемся инфракрасным преднагревателем или в народе «нижним подогревом». Ставим на нем температуру 200 градусов по Цельсию и идем пить чай. После 5-7 минут приступаем парировать нашего пациента.
Остановимся на BGA микросхеме, которая попроще.
Теперь нам надо подготовить инструменты и химию для пайки. Нам никак не обойтись без трафаретов для различных BGA микросхем. Те, кто серьезно занимается ремонтами телефонов и компьютерной техники, знают, насколько это важная вещь. На фото ниже предоставлен весь набор трафаретов для мастера по ремонту мобильных телефонов.
Трафареты используются для «накатывания» новых шаров на подготовленные BGA микросхемы. Есть универсальные трафареты, то есть под любые BGA микросхемы. А есть также и специализированные трафареты под каждую микросхему. В самом верху на фото мы видим специализированные трафареты. Внизу слева — универсальные. Если правильно подобрать шаг на микросхеме, то можно спокойно накатать шары на любой из них.
Для того, чтобы сделать реболлинг BGA микросхемы, нам нужны также вот такие простые инструменты и расходные материалы:
Здесь всем вам знакомый Flux-off. Подробнее про него и другую химию можно прочесть в статье Химия для электронщика. Flus Plus, паяльная паста Solder Plus (серая масса в шприце с синим колпачком) считается самой лучшей паяльной пастой в отличие от других паст. Шарики с ней получаются как заводские. Цена на такую пасту дорогая, но она того стоит. Ну, и конечно, среди всего прочего барахла есть также ценники (покупайте, чтобы они были очень липкие) и простая зубная щетка. Все эти инструменты нам понадобятся, чтобы сделать реболлинг простой BGA микросхеме.
Для того, чтобы не спалить элементы, расположенные рядом, мы их закроем термоскотчем.
Смазываем обильно микросхему по периметру флюсом FlusPlus
И начинаем прогревать феном по всей площади нашу BGA
Вот здесь и наступает самый ответственный момент при отпаивании такой микросхемы. Старайтесь греть на воздушном потоке чуть меньше среднего значения. Температуру повышайте буквально по пару градусов. Не отпаивается? Добавьте немного жару, и главное НЕ ТОРОПИТЕСЬ! Минута, две, три… не отпаивается… добавляем жару.
Некоторые ремонтники любят трепаться «хахаха, я отпаиваю BGАшку за считанные секунды!». Отпаивают то они отпаивают, но при этом не понимают, какой стресс получает отпаиваемый элемент и печатная плата, не говоря уже о близлежащих элементах. Повторю еще раз, НЕ ТОРОПИТЕСЬ, ТРЕНИРУЙТЕСЬ НА ТРУПАХ. НЕ ТОРОПИТЕСЬ срывать не отпаянную микросхему, это вам выйдет боком, потому как оборвете все пятаки под микросхемой! Пользуйтесь специальными устройствами для поднятия микросхем. Их я находил на Али по этой ссылке.
И вот мы греем феном нашу микросхему
и заодно проверяем ее с помощью экстрактора для микросхем. Про него я писал еще в этой статье.
Готовая к поднятию микросхема должна «плавать» на расплавленных шариках, ну скажем… как кусочек мяса на холодце. Притрагиваемся легонько к микросхеме. Если она двигается и опять становится на свое место, то аккуратненько ее поднимаем с помощью усиков (на фото выше), Если же у вас такого устройства нет, то можно и пинцетом. Но будьте предельно осторожны! Не прикладывайте силу!
В настоящее время существуют также вакуумные пинцеты для микросхем такого рода. Есть ручные вакуумные пинцеты, принцип действия у которых такой же, как и у Оловоотсоса
а есть также и электрические
У меня был ручной пинцет. Честно говоря, та еще какашка. Закоренелые ремонтники используют электрический вакуумник. Стоит только приблизить такой пинцет к микросхеме BGA, которая уже «плавает» на расплавленных шариках припоя, как он тут же ее подхватывает своей липучкой.
По отзывам, электрический вакуумный пинцет очень удобен, но мне все-таки не довелось его использовать. Короче говоря, если надумаете, то берите электрический.
Но, вернемся все-таки к нашей микросхеме. Крохотным толчком я убеждаюсь, что шарики действительно расплавились, и плавным движением вверх переворачиваю BGA микросхему. Если рядом много элементов, то идеально было бы использовать вакуумный электрический пинцет или пинцет с загнутыми губками.
Ура, мы сделали это! Теперь будем тренироваться запаивать ее обратно :-).
Вот и начинается самый сложный процесс — процесс накатывания шариков и запаивания микросхемы обратно. Если вы не забыли — это называется перекаткой. Для этого мы должны подготовить место на печатной плате. Убрать оттуда весь припой, что там остался. Смазываем все это дело флюсом:
и начинаем убирать оттуда весь припой с помощью старой доброй медной оплетки. Я бы посоветовал марку Goot wick. Эта медная оплетка себя очень хорошо зарекомендовала.
Если расстояние между шариками очень малое, то используют медную оплетку. Если расстояние большое, то некоторые ремонтники не прибегают к медной оплетке, а берут жирную каплю припоя и с помощью этой капельки собирают весь припой с пятачков. Процесс снятия припоя с пятачков BGA — очень тонкий процесс. Лучше всего на градусов 10-15 увеличить температуру жала паяльника. Бывает и такое, что медная оплетка не успевает прогреться и вырывает за собой пятачки. Будьте очень осторожны.
Дальше прыскаем туда Flux-off, чтобы очистить от нагара и лишнего флюса наше место под микросхему
и зашкуриваем с помощью простой зубной щетки, а еще лучше ватной палочкой, смоченной в Flux-Off.
Получилось как то так:
Если присмотреться, то видно, что некоторые пятачки я все таки оборвал (внизу микросхемы черные круги, вместо оловянных) Но! Не стоит расстраиваться, они, как говорится, холостые. То есть они не никак электрически не связаны с платой телефона и делаются просто для надежности крепления микросхемы.
Далее берем нашу BGAшку и убираем все лишние припойные шарики. В результате она должны выглядеть вот так:
И вот начинается самое интересный и сложный процесс — накатывание шаров на микросхему BGA. Кладем подготовленную микросхему на ценник:
Находим трафарет с таким же шагом шаров и закрепляем с помощью ценника микросхему снизу трафарета. Втираем в отверстия трафарета с помощью пальца паяльную пасту Solder Plus. Должно получиться как-то вот так:
Держим с помощью пинцета одной рукой пинцет, а в другой фен и начинаем жарить на температуре примерно 320 градусов на очень маленьком потоке всю площадь, где мы втирали пасту. У меня не получилось сразу в двух руках держать и фотоаппарат и фен и пинцет, поэтому фотографий получилось маловато.
Снимаем готовую микросхему с трафарета и смазываем чуть флюсом. Далее пригреваем феном до расплавления шаров. Это нам нужно, чтобы шарики ровнёхонько стали на свои места.
Смотрим, что у нас получилось в результате:
Блин, чуточку коряво. Одни шарики чуть больше, другие чуть меньше. Но все равно, это нисколько не помешает при запайке этой микросхемы обратно на плату.
Чуточку смазываем пятаки флюсом и ставим микросхему на родное место. Выравниваем края микросхемы с двух сторон по меткам. На фото ниже только одна метка. Другая метка напротив нее по диагонали.
И на очень маленьком воздушном потоке фена с температурой 350-360 градусов запаиваем нашу микрушку. При правильной запайке она должна сама нормально сесть по меткам, даже если мы чуток перекосили.
Где ключ у BGA микросхемы
Ну вот, если вы забыли, как стояла микросхема на плате телефона, то ищем схему на телефон (в интернете их пруд пруди), в данном случае Nokia 3110С, и смотрим расположение элементов.
Опаньки! Вот теперь мы узнали, в какую сторону должен быть расположен ключик!
Кому лень покупать паяльную пасту (стоит она очень дорого), то проще будет приобрести готовые шарики и вставлять их в отверстия трафарета BGA.
На Али я их находил целым набором, например здесь.
Заключение
Будущее электроники за BGA микросхемами. Очень большую популярность также набирает технология microBGA, где расстояние между выводами еще меньше! Такие микросхемы перепаивать уже возьмется не каждый). В сфере ремонта будущее за модульным ремонтом. В основном сейчас все сводится к покупке какого-либо отдельного модуля, либо целого устройства. Не зря же смартфоны делают монолитными, где и дисплей и тачскрин уже идут в одной связке. Некоторые микросхемы, да и вообще целые платы заливают компаундом, который ставит на «нет» замену радиоэлементов и микросхем.
Курс по пайке BGA чипов. Замена чипа на плате ноутбука или видеокарты
Содержание
Содержание
Введение. Что такое BGA чипы
Введение. Что такое BGA чипы
Сам BGA чип напоминает бутерброд, который состоит из нескольких слоёв:
Популярнее всего в ремонте замена:
Роль ИК-станции для замены BGA чипов
Роль ИК-станции для замены BGA чипов
Инфракрасная станция это поддон с керамическими плитками, на которые подаётся напряжение и они греются. ИК-станция нужна чтобы равномерно нагревать плату при замене BGA чипа.
Дело в том, что текстолит имеет плохую теплопроводность: тепло быстро рассеивается, слабо удерживается и плохо распределяется. Поэтому мы греем платы с нижней стороны равномерно и по всей площади с помощью ИК-станции. Плитки медленно нагревают воздух, а воздух в свою очередь медленно разогревает плату.
Если паять без нижнего подогрева плату с BGA чипом, причём дуя на него, например, феном, то грелись бы только верхние слои всего BGA бутерброда и температура сверху (на кристалле) была бы намного больше, нежели внизу, где шары и посадочная площадка, а сама плата под чипом вообще была бы холодная.
Такого быть не должно, потому что кристалл не любит высоких температур и может начать деградировать от их воздействия или просто лопнуть.
Чтобы избежать такого исхода мы и используем нижний подогрев. Помимо этого, если использовать только локальный подогрев, то в другом месте, где плата холодная, она начнёт выгибаться и посадить чип уже проблематичнее. Это происходит из-за конструкции текстолита.
Текстолит имеет множество слоёв, и в случае, когда в одном месте он разогрет, а в другом нет, то в месте, где «соприкасается» разогретый слой с холодным, он расширяется, но расширяются не все слои как положено, а только некоторые. Из-за этого и выгибает плату. Чтобы всего этого избежать мы используем ИК-паяльную станцию.
Равномерно нагревая всю плату снизу мы можем смело греть сверху BGA чип даже феном, потому что тепло сразу же и сверху, и снизу. В таком случае мы можем рассчитывать, что нам потребуются меньшие температуры для нагревания BGA бутерброда, и в следствии мы не «ужарим» кристалл.
Готовимся к пайке BGA
Готовимся к пайке BGA
Ставим стойки для пайки на плату
Ставим стойки для пайки на плату
Плата во время нагрева становится более мягкой и гибкой, поэтому тот угол или середина, которая, как бы, висит в воздухе, может при разогреве изогнуться или прогнуться. Для того, чтобы этого избежать, распределите равномерно стоечки по отверстиям платы так, чтобы вы мысленно представили её во время нагрева и определили какие места могут провиснуть.
Лайфхак. Если на плате в какой-то части нет отверстий под стойки, аккуратно накрутите их на край текстолита.
Включаем нижний ИК-подогрев паяльной станции
Включаем нижний ИК-подогрев паяльной станции
Экспериментально мы знаем, что плата за это время успеет нагреться до 130-150 градусов, в зависимости от массивности. На нашей паялке даже после выключения нижнего подогрева плата догревается ещё на градусов 20, потому что плитки долго остывают.
Время и температура подсчитываются для того, чтобы плату не выгнуло. Температура в месте пайки должна быть не сильно выше, чем температура остальной платы, хорошо, если разница не больше 50 градусов. Температура плавления припоя
190-220 градусов, соответственно и плата должна быть не меньше 150-170 градусов в момент пайки BGA чипа.
Прошу заметить, что на плате ничего прикрывать не нужно как снизу, так и сверху, главное, чтобы она не соприкасалась со стеклом пластиковыми местами, если этого нет, то не стоит бояться, что с платы что-то потечёт. Все пластиковые разъёмы сделаны из углепластика, так что им высокая температура не страшна, но если есть какие-то компоненты со сплавом розе с нижней стороны, то они могут упасть во время пайки.
Кстати, не бойтесь, что от больших температур попадают все мелкие компоненты с нижней стороны платы. В твёрдом состоянии само собой ничего не упадёт, но если разогреть какое-то место до 220 градусов, то припой там станет жидким, но ничего не упадёт, потому что за счёт сил поверхностного натяжения эти элементы будут будто притягиваться к местам, где они припаяны, но если что-то припаяно плохо, то оно, конечно, отпадёт. Следите за этим.
Снимаем компаунд с BGA чипов
Снимаем компаунд с BGA чипов
Как восстановить дорожки на плате под BGA чипом
Как восстановить дорожки на плате под BGA чипом
Токопроводящие дорожки могут повредиться даже при правильном снятии BGA чипа. Это может быть из-за того, что ноутбук роняли или коррозия подъела контакты. Чтобы всё работало корректно, восстановите оторванный пин вместе с дорожкой. Для этого используйте тонкую проволоку, тонкий пинцет, тонкое жало для паяльника и ультрафиолетовую маску для изоляции.
Метод восстановления токопроводящей дорожки простой:
В конце нанесите тонкий слой УФ-лака и поставьте под ултрафиолетовую лампу, чтобы лак застыл. УФ-лаком покрывайте даже когда просто повреждена маска текстолита и ничего не оторвано.
Некоторые пины смежные и из-за поврежденной дорожки из двух пинов может образоваться один большой. Шариковый припой может распределиться неправильно и вообще отойти от подложки. В таком случае контакта не будет, потому что весь припой перейдёт на плату.