BGA пайка: демонтаж микросхемы, обработка площадки флюсом, позиционирование с помощью трафарета

Набор для пайки для начинающих

Необходимый и достаточный набор оборудования и расходных материалов, для выполнения самостоятельных ремонтов материнских плат телефонов, планшетов и ноутбуков.

Паяльник

Термовоздушная паяльная станция

Микроскоп

Лабораторный блок питания

Мультиметр

Держатели плат

Пинцеты

Трафареты

Стоматологический зонд

Силиконовый жаростойкий коврик

BGA паста

Флюс для пайки

Припой

Оплетка для удаления припоя 1,5 и 2,0 мм

Ультрафиолетовый лак

Ватные палочки

Схемы для пайки для начинающих

Программное обеспечение которым пользуются мастера Bgacenter:

• Wuxinji,
• JCID,
• Xinjijao,
• ZXWsoft.

У каждого софта есть свои преимущества и недостатки. Основной источник схем для пайки это Wuxinji.

Пайка для начинающих

У начинающего мастера по ремонту электроники возникает огромное количество вопросов. Занимаясь паяльными работами, как SMD компонентов так и BGA микросхем, более 8-лет, мастера Bgacenter подготовили для вас исчерпывающий гайд по пайке. Вы также можете освоить пайку для начинающих под руководством специалистов, здесь профессиональная программа по пайке.

Что такое флюс под пайку микросхем типа bga?

По сути, паяльный флюс для микросхем поверхностного монтажа представляет собой химическое (кислотное) соединение, благодаря которому достигается качественная «зачистка» мест пайки. Существуют два вида пастообразных (геле-образных) флюсов:

1. Флюсы, требующие последующей отмывки.
2. Флюсы, не требующие отмывки.

Между тем, в любом варианте следует всё-таки прибегать к функциям очистки платы от остатков флюса после завершения всех работ, тем самым предотвращая возможные разрушения структуры текстолита в будущем. Следует отметить: практически все флюсы, предназначенные для пайки микросхем поверхностного монтажа (BGA), отмываются достаточно легко.

ПАСТА BGA

Коммерческим рынком предлагается обширный выбор материалов подобного рода для работы с микросхемами поверхностного монтажа. В частности, представлен богатый ассортимент на широко известном китайском портале. Причём цены китайских товаров существенно ниже фирменных европейских, а качество вполне соответствует.

При желании допустимо самостоятельно изготовить флюс, используя определённый набор веществ:

• глицерин (смесь глицерина и аспирина),
• уксусная кислота (нашатырь),
• спиртовой раствор канифоли,
• воск.

Однако предпочтительнее применять всё-таки готовый коммерческий продукт.

Что нужно для организации пайки

Необходимость в этой процедуре возникает в случаях, когда требуется заменить сгоревшую микросхему, предварительно выпаяв её с посадочного места. Ещё один вариант необходимости в таких операциях – самостоятельное изготовление печатных плат, содержащих корпуса BGA типа.

Для работы по методу BGA потребуется следующий инструмент и материал:

• паяльная станция, оснащённая термофеном;
• удобный в обращении пинцет;
• специальная паяльная паста и фирменный флюс;
• трафарет для нанесения паяльной пасты с учётом дальнейшего позиционирования корпуса;
• липкая лента или экранная оплётка для удаления припоя.

В отдельных случаях для этих целей может использоваться специальный отсос, позволяющий удалить старый припой.

Для качественной пайки BGA-корпусов очень важна предварительная подготовка посадочного места (его ещё называют «рабочей областью»). Достичь требуемого результата поможет знакомство с основными технологическими особенностями этого процесса.

Bga микросхемы. пайка, хранение, реболлинг

Вакуумный насос с присоской для bga чипов

Этот достаточно оригинальный инструмент является желательным к применению, когда дело касается пайки (отпайки) микросхем поверхностного монтажа типа BGA. Собственно, для работы с другими электронными компонентами современной техники вакуумная присоска также может потребоваться довольно часто.

Обычно таким функционалом уже оснащаются паяльные станции промышленного (коммерческого) производства. Инструмент хорош тем, что позволяет аккуратно демонтировать прогретую до степени демонтажа микросхему BGA, не затрагивая рядом расположенных компонентов. Однако, перейдём ближе к делу – как отпаять и поменять неисправный чип BGA на материнской плате.

Верхний прогрев микросхемы паяльным феном

Паяльным феном прогрев чипа поверхностного монтажа типа BGA выполняется по верхней стороне микросхемы. Если используется паяльная станция с регулятором температуры, параметры обычно выставляются на диапазон 350-400ºC. Равномерно направляя воздушный поток фена на область микросхемы, дожидаются полного расплава олова.

Момент полного расплава можно определить периодической проверкой состояния чипа. Как только чип начинает «покачиваться» на месте крепежа, пришло время применить инструмент вакуумной присоски.

Инструментом-присоской цепляются по центру корпуса микросхемы и попросту снимают чип с места установки. При полном расплаве олова эта операция не вызывает никаких трудностей.

Видео мастер-класс как паять микросхемы bga

Демонстрация видеороликом процесса демонтажа неисправного чипа с последующей установкой на замену исправной микросхемы BGA. Ремонт материнской платы ноутбука в домашних условиях со всеми подробностями:

Демонтаж корпусов

Перед началом демонтажа старой микросхемы следует нанести небольшие штришки по краям её корпуса каким-либо острым предметом (скальпелем, например). Указанная процедура позволяет зафиксировать местоположение электронного компонента, что существенно облегчит его последующий монтаж.

Для удаления неисправного элемента удобнее всего воспользоваться термическим феном, которым можно будет прогревать все ножки одновременно (без угрозы повреждения уже сгоревшего чипа).

В режиме демонтажа BGA температура прогрева зоны пайки не должна превышать 320-350 градусов.

Вместе с тем скорость воздушной струи выбирается минимальной, что исключит расплав находящихся поблизости контактов мелких деталей. В процессе разогрева ножек фен следует располагать строго перпендикулярно к поверхности обработки. В случае, когда полной уверенности в неисправности удаляемой детали нет – для сохранения её в рабочем состоянии поток струи следует направлять не в центральную зону, а на периферию корпусной части.

Такая предусмотрительность позволяет уберечь кристалл микросхемы от перегрева, к которому особо чувствительны чипы памяти любой компьютерной техники.

После примерно минутного разогрева необходимо осторожно поддеть BGA микросхему за один из её краёв пинцетом, а затем слегка приподнять над монтажной платой. При этом желательно ограничивать прикладываемое усилие, чётко отслеживая момент отпаивания каждой из контактных площадок.

Нарушение этого требования может привести к повреждению посадочных «пятачков» микросхемы, которые являются частью проводящих дорожек монтажной платы.

При резком разовом усилии не до конца отпаянная ножка обязательно потянет за собой эту площадку, а вместе с ней – и всю дорожку. В результате такой неосторожности можно окончательно повредить восстанавливаемую материнскую плату.

Плата и микросхема после отпайки

Заключительный штрих по пайке чипов bga

Как показывает текст выше, процедура замены (перепайки) микросхем поверхностного монтажа на различных электронных платах – задача вполне решаемая. Причём сделать эту работу можно в домашних условиях при условии наличия соответствующего инструмента. Владение навыками замены микросхем BGA открывает широкие просторы для организации собственного бизнеса по ремонту бытовой электронной техники.

Замена чипа bga своими руками в домашних условиях

Итак, в распоряжении домашнего мастера имеется материнская плата ноутбука, где в процессе диагностики обнаружена неисправная микросхема BGA поверхностного монтажа, в частности, чип одного из мостов компьютерной платы. Требуется демонтировать BGA микросхему поверхностного монтажа, а вместо демонтированного чипа необходимо установить другой – исправный компонент.

ТРАФАРЕТ

Предварительно материнская плата вынимается из корпуса ноутбука, для чего следует обратиться к сервисной инструкции конкретного производителя планшетных компьютеров. В каждом отдельном случае процедура демонтажа материнской платы может кардинально отличаться.

Замена чипов поверхностного монтажа

Казалось бы, технология интегральных микросхем поверхностного монтажа требует уникального механического подхода. Глядя на такой чип, установленный на материнской плате ноутбука или иной техники, трудно представить, как можно, к примеру, заменить микросхему в домашних условиях, если та вышла из строя. Тем не менее, как показывает практика, домашний ремонт с заменой BGA (Ball Grid Array) вполне возможен.

ВСЁ ДЛЯ BGA

Конечно же, необходимо иметь некоторые навыки ремонта электронной аппаратуры и навыки пайки микросхем, в частности. Также потребуется определённая инструментальная и материальная база:

Помимо всей обозначенной материальной базы, важным компонентом в деле пайки микросхем поверхностного монтажа типа BGA выступает специальный флюс – пастообразное вещество.

Инфракрасный нагреватель материнской платы

Дополнительные нагреватели, например, инфракрасный настольный прибор с автоматической установкой температуры, используется под прогрев материнской платы с нижней стороны относительно установки микросхемы BGA.

Таким способом достигается равномерный прогрев в процессе пайки (замены) микросхемы поверхностного монтажа типа BGA, исключается деформация структуры текстолита материнской платы.

НАГРЕВАТЕЛЬ

Однако цифровые инфракрасные нагреватели достаточно дороги (от 5000 руб.), поэтому для домашних условий (индивидуальный не масштабный ремонт) логичнее применять простые керамические инфракрасные плиты под пайку BGA микросхем.

Совместно с нижним подогревом используется инструмент верхнего подогрева. В частности, традиционным инструментом здесь выступает паяльный фен – электрический паяльник современного образца, «заточенный» под пайку (отпайку) миниатюрных элементов электронных плат.

Курс по пайке bga чипов. замена чипа на плате ноутбука или видеокарты | corex | иваново

Особенности работы

Для того чтобы БГА пайка получилась высококачественной – нужно побеспокоиться о приобретении хорошего трафарета или маски, при выборе которых рекомендуется соблюдать следующие условия:

• наличие в маске специальных термических зазоров (термопрофиля);
• небольшие размеры трафарета и удобная для наложения структура;
• желательно, чтобы при изготовлении трафарета применялись лазерные технологии.

Особенностью изделий китайского производства является неудобство работы с многослойными чипами, при наложении на которые и последующем нагреве маска начинает прогибаться. При значительных размерах самого трафарета он при этом начинает отбирать тепло на себя, что также может повлиять на эффективность BGA пайки.

Вот почему при выборе маски следует исходить из возможности приобретения образца с термическими швами, подготовленными по технологии лазерной резки. Изделия этого класса гарантируют получение высокой точности ориентации контактных площадок (с отклонением не более 5-ти микрометров).

При рассмотрении особенностей пайки корпусов чипов нельзя не коснуться такого важного для данного процесса понятия, как реболлинг. В профессиональной практике под ним подразумевается процедура восстановления контактных площадок электронных BGA-компонентов посредством микроскопических паяльных шариков.

Очистка и обработка флюсом

Для соблюдения технологии пайки корпусов BGA в домашних условиях необходимо ознакомиться с особенностями подготовки посадочного места к работе. При этом следует исходить из того, что в зоне пайки не должно оставаться даже микроскопических остатков удалённого припоя.

Но прежде необходимо избавиться от крупных частиц припоя, нередко остающихся в посадочных отверстиях или между контактными площадками (дорожками). Для этого удобнее всего воспользоваться медной экранной оплёткой, накладываемой на очищаемую зону и прогреваемую не очень мощным паяльником.

Нанесение спиртоканифоли

Для окончательной очистки от всего постороннего «мусора» подойдёт разведённая на спирту жидкая канифоль, которая сначала наносится на зону пайки, а затем прогревается обычным паяльником. По завершении сборки остатков припоя площадка для микросхемы тщательно промывается тем же спиртом или любым подходящим для этих целей натуральным растворителем.

Плата и микросхема после отмывки

Пайка от а до я

Процесс пайки bga микросхем, для удобства разделим на несколько последовательных шагов. Основные из которых:

• подготовка материнской платы к паяльным работам
• выпаивание микросхемы
• подготовка контактной площадки
• удаление компаунда
• реболлинг микросхемы
• припаивание микросхемы на плату
• проверка качества пайки

Для того чтобы получить представление о пайке bga, если ранее этим не занимались посмотрите видео-инструкцию. Как преподаватель Bgacenter выполняет процесс паяния

Подготовка контаткной площадки

Паяльником с тонким наконечником нанести сплав Розе на каждый вывод на контактной площадке. Это необходимо для понижения температуры заводского бессвинцового припоя. Если опасаетесь оторвать контакты (или когда мало опыта) при работе с паяльником, можно залудить оплетку сплавом Розе и уже оплеткой залуживать контакты на контактной площадке.

На оплетку нанести флюс и не надавливая на плату (положил паяльник и потянул за оплетку) собрать остатки припоя с контактной площадки.

Ватной палочкой или зубной щеткой смоченной в техническом бензине БР-2 (или спирте) отмыть контактную площадку от остатков флюса. Перед отмывкой понизить температуру платы. Как я понимаю, когда уже можно мыть бензином? Палец положил на плату, и если палец терпит, то можно и бензином, для исключения повреждения платы.

Подготовка материнской платы к ремонту

Извлечённая печатная плата ноутбука устанавливается над инфракрасным кварцевым подогревателем с таким расчётом, чтобы максимальный поток тепла приходился на область месторасположения отпаиваемого чипа.

Следующий шаг – обработка микросхемы поверхностного монтажа специальным флюсом. Демонтируемый чип, как правило, прямоугольной (квадратной) формы, обрабатывается способом равномерного нанесения по периметру небольшого количества геле-образного флюса.

ФЛЮСЫ

Далее согласно технологической процедуре:

• включить инфракрасный нижний подогреватель,
• дождаться расплавления нанесённого флюса,
• при температуре 250-300ºC удалить угловые пластиковые фиксаторы чипа,
• после достижения температуры 300-325ºC задействовать паяльный фен.

Подготовка платы

Перед выполнением паяльных работ внимательно осмотрите место предстоящей пайки. А именно: какие микросхемы расположены рядом, есть ли среди них те которые покрыты компаундом (размещаем на них теплоотводы), какие чипы находятся с обратной стороны материнской платы. 

Если выпаиваете микросхемы, а с другой стороны находится CPU или BB_RF; старайтесь немного натягивать микросхему и не давать припою полностью расплавится под чипом. Это так называемая холодная пайка, позволяет не угревать микросхемы расположенные на обратной стороне.

Важно учитывать температуру окружающей среды. То есть зимой если в помещении прохладно или есть сквозняки, температуру необходимо поднимать немного выше на 20-30 градусов Цельсия.

Подготовка посадочной области микросхемы на плате

После удаления неисправной микросхемы поверхностного монтажа (BGA) следует подготовить место установки. Подготовка заключается в проведении «зачистки» контактных площадок под оловянные «шары», прежде чем начинать паять микросхемы BGA. Для этой процедуры достаточно применить обычный паяльник с жалом – хорошо заточенным, имеющим ровные рабочие грани.

ШАРИКИ

Предварительно место «зачистки» обрабатывают небольшим количеством флюса под пайку BGA и далее аккуратно счищают жалом паяльника остатки олова.

Радиолюбители применяют разные способы для очистки, в том числе, вариант, когда используется кабельная оплётка. Но практика состоявшегося радиолюбителя показывает, вполне достаточно одного паяльника, терпения и аккуратности.

Позиционирование и припаивание

При установке микросхемы на своё «рабочее» место в первую очередь необходимо следить за состоянием наложенной маски (трафарета). В случае её повреждения припой легко растекается и попадает на соседние площадки. Ещё одним условием получения отличного результата является применение качественного флюса для пайки BGA, для которого рекомендуется использовать так называемый безотмывочный состав.

Правильное позиционирование монтируемой без маски микросхемы с большим количеством ножек (процессора, например) предполагает следующий порядок установочных операций.

Сначала микросхему переворачивают выводами вверх, а затем аккуратно прикладывают к посадочной зоне таким образом, чтобы её края совпадали с местом расположения паяльных шаров. Затем на этой области посредством иголки обозначают границы корпуса монтируемого чипа.

Сразу вслед за этим можно будет вернуть чип в нормальное положение и зафиксировать на расплавленных паяльником или феном шариках сначала одну из его сторон, затем – смежную грань, расположенную под углом 90 градусов. По завершении их фиксации необходимо убедиться в том, что ножки с двух оставшихся сторон располагаются точно над предназначенными для их запайки установочными шариками.

Качественной пайке помогут: во-первых, действующие на этом уровне силы поверхностного натяжения жидкого припоя, а во-вторых – использование специальной паяльной пасты для BGA. Пасту используют вместо припоя, равномерно распределяя по области пайки (трафарету). В домашних условиях ее удобно наносить пластиковой картой.

Процедуру пайки BGA корпусов следует отнести к разряду профессиональных работ, требующих специального обучения. В связи с этим перед тем, как проверить на практике приобретённые ранее навыки специалисты советуют потренироваться на старых платах.

Приемы bga монтажа

Одним из положительных свойств при пайке BGA компонентов является самоцентрирование. Этот эффект проявляется при формировании паянного соединения, когда расплавленный припой, находящийся на контактных точках печатной платы, соприкасается с разогретыми выводами микросхемы.

В этом случае локальные силы, удерживающие припой в каплевидном состоянии, стремятся равномерно распределиться на поверхности контактов, чем максимально центрируют их расположение. Для проявления такого эффекта необходимо соблюдение дополнительных условий:

Корпуса BGA микросхем имеют классификацию чувствительности к влажности при разгерметизации для подготовки к монтажу. Для некоторых компонентов время хранения составляет всего 24 — 72 ч при 60% RH, поэтому требуется учет и контроль состояния влажности.

Если же эти условия были нарушены, то для качественного монтажа требуется длительная сушка в температурном диапазоне 90° С — 125° С в течении 1 — 2 суток. Оснащение производства шкафами сухого хранения позволит увеличить время хранения разгерметизированных BGA микросхем.

Припаивание микросхемы на плату

Если при подъеме микросхемы сместили обвязку, сначала восстановить обвязку, только потом работаем с микросхемой. На фене выставить Т = 280 – 320 градусов Цельсия (в зависимости от используемой пасты) и уменьшить поток воздуха, по сравнению с потоком при выпаивании.

Нанести флюс небольшое количество на контактную площадку. если флюса будет много, микросхема будет плавать в нем.

Выставить микросхему по зазорам и по ключу:

• точка или другой знак на корпусе  микросхемы
• контакт А1, смотреть в ZXW или Wuxinji

Направить поток горячего воздуха на припаиваемую микросхему. Если микросхему сдувает с платы, заводите фен сверху. В этом случае воздухом микросхему придавит и она не будет смещаться. А ещё может сдувать микросхему, потому-что мастер забыл добавить флюс — . Ни в коем случае нельзя надавливать на микросхему сверху.

Как понять что микросхема припаялась:

• Когда прекращаются пульсации флюса выходящего из под припаиваемой микросхемы
• Зондом или пинцетом толкнуть микросхему горизонтально, для того чтобы убедиться что микросхема припаялась. За счет поверхностного натяжения припоя микросхема переместиться обратно. Я всегда толкаю, за много лет выработалась такая привычка. Даже центральный процессор, когда “перекидку” делаю тоже толкаю, для уверенности.

Отмыть флюс с материнской платы.

Проверка качества пайки

Перед проверкой понизить температуру платы. Нельзя подключать к ЛБП и подавать питание на горячую плату сразу после пайки. Так как существуют линии, чаще всего это основные питающие линии процессора и оперативной памяти,у которых низкое сопротивление.

И при подаче напряжения на горячую плату – ЛБП может регистрировать КЗ. Подключить плату к лабораторнику и подать напряжение, начиная с 0 вольт плавно довести до рабочего 3,8 Вольт. Если пайка выполнена качественно, то потребления тока на блоке не покажет.

Реболлинг микросхемы

Расположить микросхему на специальном коврике, сверху на котором разместить салфетку или кусок джинсовой ткани.

Для восстановления шариковых выводов на микросхеме, необходимо удалить существующий припой. Паяльником залудить сплавом Розе все выводы на микросхеме (для больших микросхем NAND Flash или Wi-Fi, чипы малых размеров можно не залуживать Розе, а сразу собирать припой медной оплеткой). Будьте аккуратны со стеклянными корпусами, пины легко повреждаются и затем не залуживаются.

Нанести флюс на микросхему и оплеткой с паяльником собрать припой перемешанный с Roze. При необходимости удалить остатки компаунда с поверхности чипа. Отмыть микросхему ватной палочкой или зубной щеткой. 

Подобрать трафарет. Предварительно под микроскопом оценить состояние трафарета (качество просечки, загрязненность пастой или флюсом), при необходимости отмыть трафарет бензином или заменить. Совместить трафарет с микросхемой и прижать пинцетом.

С этого момента и при последующей накатке не допускать горизонтальных и вертикальных смещений накатываемой микросхемы относительно трафарета.

Температуру на фене понизить примерно до 250 – 270 градусов Цельсия. Поток воздуха также можно уменьшить по сравнению с потоком при демонтаже. Направить фен на трафарет и прогревать по периметру, выполняя круговые движения. Выпарить флюс из пасты и окончательно сформировать выводы на чипе.

Стоматологическим зондом или пинцетом вытолкнуть микросхему из трафарета (толкнув в угловые контакты). Это необходимо выполнять, пока микросхема не остыла, иначе она застрянет в трафарете.

Дополнительно еще раз прогреть феном вновь сформированные контакты, для окончательного формирования шаров.

Свойства микросхем в корпусах bga

В отличие от корпусов классических микросхем, у которых выводы расположены по бокам устройства, компоненты BGA типа в качестве электродов имеют шаровидные площадки на нижней широкой прямоугольной поверхности изделия. Поэтому выводы смонтированной микросхемы закрыты самим корпусом интегрального компонента.

Такая конструкция в большой степени защищает их от скопления загрязнений между выводами и появлению нежелательных гальванических связей. Однако это накладывает ограничения на методы пайки, качество соединений и делает невозможным визуальное исследование состояния монтажа.

Удаление компаунда

Выставить на фене температуру 240 – 250 градусов Цельсия. Специальной лопаткой или пинцетом убрать остатки компаунда с контактной площадки, из-под микросхемы и обязательно очистить периметр. Часто вокруг микросхем установлены компоненты очень маленьких размеров и залиты компаундом.

Поэтому особое внимание при чистке компаунда на то чтобы не оторвать обвязку вместе с клеем. Для этого рекомендуется достаточное время прогревать плату, для размягчения клея. И снимать компаунд послойно, а не сразу на всю глубину. Финально отмыть место пайки.

При выполнении ремонта, в режиме диодной прозвонки измерить падение напряжения на каждом контакте. Обязательно даём плате остыть и только после этого выполняем замеры. Горячие конденсаторы могут показывать КЗ, а когда их температура понизиться, КЗ не покажут.

Установка и пайка нового исправного компонента

На следующем этапе подготовленный для замены чип BGA следует поместить на место демонтированной микросхемы. При этом необходимо соответствовать маркерам (линиям) на электронной плате, включая маркер «ключа», который указывает правильную позицию чипа согласно рабочим контактам.

Далее включается инфракрасный кварцевый подогреватель нижнего нагрева, плата прогревается до момента расплава флюса. Включают паяльный фен и выполняют прогрев верхней области микросхемы поверхностного монтажа до температуры 350-400ºC.

Вот, собственно и всё. Новая микросхема типа BGA установлена взамен неисправной. Материнская плата ноутбука готова к работе. Более подробно на видео ниже.

Электрический паяльный фен для микросхем поверхностного монтажа

Этот вид паяльного инструмента отличается от традиционного паяльника с металлическим жалом тем, что в данном случае рабочее жало не используется. Вместо рабочего жала нужный температурный фон в местах пайки обеспечивает поток нагретого воздуха. Соответственно, конструкцию паяльного фена следует рассматривать своего рода воздушным насосом, оснащённым системой подогрева и контроля.

BGA ПАЯЛЬНИК

Существуют паяльные фены разнообразных конструкций и рабочих мощностей. Конструкции заводского изготовления обычно имеют функции управления силой воздушного потока, температурой исходящего воздуха, позволяют визуально отслеживать параметры. Вместе с тем, допустимо из обычного электропаяльника сделать вполне сносный паяльный фен, выполнив некоторую модернизацию конструкции.