Как правильно паять BGA микросхемы — подробная инструкция по реболлингу и перекату шаров

Восстановление контактов

Наносим паяльную пасту тонким слоем и начинаем греть феном с 100 °C, плавно повышая до 200 °C.

И паяльная паста начинает зауживать контакты микро шариками. Почему не паяльником и обычным припоем? Они хуже подойдут для такой работы. Фен равномерно нагревает контакты, и микро шарики не слипаются сразу в большой комок припоя. А остальной припой убираем паяльником.

И паяльная паста начинает зауживать контакты микро шариками. Почему не паяльником и обычным припоем? Они хуже подойдут для такой работы. Фен равномерно нагревает контакты, и микро шарики не слипаются сразу в большой комок припоя. А остальной припой убираем паяльником.

Один из участков восстановлен.

Таким образом проходим по всем контактам. После восстановления и удаления лишнего припоя чистим контакты изопропанолом и ватой.

Таким образом проходим по всем контактам. После восстановления и удаления лишнего припоя чистим контакты изопропанолом и ватой.

Готовые шарики

Готовые шарики продаются разных диаметров. Бывают как 0,15 мм, так и 1 мм.

Преимущества готовых шаров:

• Их проще паять, чем паяльную пасту (именно паять, а не наносить);
• Возможность нанесение шаров без трафарета (каждый шарик отдельно припаивается на микросхему);
• Одинаковые размеры шаров, по сравнению с пастой;
• Лишние шарики после накатки можно использовать повторно/

Недостатки готовых шаров:

• Нужно покупать много шариков разных диаметров, поэтому итоговая стоимость будет выше, по сравнению с пастой;
• Неудобное нанесение шариков на трафарет, их нужно перебирать и отсеивать лишнее;
• Требуется дополнительный флюс.

Выбор зависит в целом от потребностей и навыков. Кому-то проще будет с пастой. А при ремонте ПК, пасты будет мало, поэтому шары будут экономичнее. Все зависит от ситуации.

Дополнительные причины отказов эк

Быстрый нагрев и охлаждение вызывают термический шок ЭК. Различие температур между поверхностью корпуса, где она выше, и его внутренностью вызывает в корпусе термомеханические напряжения. Степень термического шока выше при пайке в паровой фазе, чем при конвекционной и инфракрасной.

Профиль оплавления для ИК-пайки обычно предусматривает нагрев ЭК со скоростью 2 – 6°С/сек., для конвекционной – менее 2°С/сек. В процессе пайки в паровой фазе возможно обеспечить только ограниченный контроль скорости нагрева ЭК и ПП. Максимальная скорость нагрева в процессе такой пайки гораздо выше (до 25°С/сек.)

Флюсы, входящие в состав паяльных паст, являются главными поставщиками ионных загрязнений, которые могут привести к коррозии слоя металлизации кристалла ИС в случае транспортировки загрязнений к поверхности кристалла. Следует избегать флюсов, содержащих соляную кислоту и другие галоидные соединения, а также высокоактивных флюсов, (на основе органических кислот). Где возможно, следует использовать RMA-флюсы и флюсы с низкой активностью (NC и пр.)

Основываясь на рекомендациях [6], ЭК с медными выводами, покрытыми сплавом олово-свинец, необходимо выдерживать при 125°С не более 48 часов, чтобы выводы не потеряли гарантию пайки вследствие окисления и/или роста интерметаллических соединений.

С целью недопущения обрыва выводов и разрушения паяных соединений внутри корпуса, при проведении ультразвуковой очистки собранных узлов необходимо придерживаться следующих режимов: диапазон частот ультразвука – от 39 до 66 кГц; время очистки – 3 мин. на цикл для 5 циклов очистки, суммарное время не должно быть больше 15 мин [6].

Зачем сушить чипы

Чипами называют микросхемы, заключенные в BGA-корпусах. Название, видимо, пошло еще от аббревиатуры, означавшей «Числовой Интегральный Процессор».

По опыту использования у профессионалов существует устойчивое мнение, что при хранении, транспортировке, пересылке, чипы впитывают в себя влагу и во время пайки она, увеличиваясь в объеме, разрушает деталь.

Действие влаги на чип можно увидеть, если нагреть последний. На поверхности его будут образовываться вздутия и пузыри еще задолго до того, как температура поднимется до значения, достаточного для расплавления припоя. Можно только представить, что же происходит внутри детали.

Чтобы избежать нежелательных последствий наличия влаги в корпусе чипа, при монтаже плат осуществляется сушка чипов перед пайкой. Эта процедура помогает удалить влагу из корпуса.

Какие бывают трафареты

Трафареты бывают очень разные.

Шаг между контактами, диаметры шариков и их уникальное расположение могут потребовать свой уникальный рисунок. Иногда они продаются как отдельно друг от друга, так и в сборке. Например, для iPhone разных моделей продаются прямоугольные трафареты сборники, где есть все необходимые рисунки.

Есть универсальные, у которых нет «рисунка» и ими можно накатывать разные микросхемы.

На фотографии сверху расположен трафарет для процессора iPhone. Он универсален, и отлично подойдет для MTK процессоров.

Универсальные трафареты подходят только в том случае, если шаг и диаметр шариков совпадает и нет хаотичного расположения. То есть, контакты должны быть прямолинейными, но если контакты находятся чуть-чуть не по прямой линии, то тут такие трафареты не особо помогут. Специализированные же имеют рисунок, и ими легче наносить шарики.

Однако не всегда в наличии есть нужный трафарет и его отдельно приходится заказывать. Так же есть и 3D трафареты, которые очень удобно крепятся. Есть как одиночные трафареты, так и на одном листе все сразу.

Еще к трафаретам предъявляются высокие требования качества. Они не должны быть гнутыми, мятыми, иметь большие царапины, резко гнуться от небольшого нагрева. Также имеет значение качество отверстий. Они должны быть строго по рисунку BGA, одинаковых размеров и без перекосов.

Какие приспособления потребуются

Для пайки микросхем, кроме самого паяльного оборудования, потребуются еще некоторые приспособления.

Если микросхема новая и выполнена в BGA-корпусе, то припой уже нанесен на ножки в виде маленьких шариков. Отсюда и название – Ball Grid Array, что означает массив шариков. Такие корпуса предназначены для поверхностного монтажа. Это означает, что деталь устанавливается на плату, и каждая ножка быстрым точным действием припаивается к контактным пятачкам.

Если же микросхема уже использовалась в другом устройстве и используется как запчасти, бывшие в употреблении, необходимо выполнить реболлинг. Реболлингом называется процесс восстановления шариков припоя на ножках. Иногда он применяется и в случае отвала – потери контакта ножек с контактными пятачками.

Для осуществления реболлинга понадобится трафарет – пластина из тугоплавкого материала с отверстиями, расположенными в соответствии с расположением выводов микросхемы. Существуют готовые универсальные трафареты под несколько самых распространенных типов микросхем.

Какой паяльный флюс выбрать для bga

Лучше всего подойдет пастообразный или гелевый флюс. Не пытайтесь паять жидкой канифолью или жиром. Канифоль и жир слабо распределяют температуру по шарикам, и еще начинают кипеть при нагреве. А это большой риск, поскольку микросхема может подскочить из-за большого парообразования. И в таком случае шарики слипнуться.

К тому же, спирто-канифоль будет негативно влиять на контакты под микросхемой.

Из бюджетных вариантов подойдет RMA 223 или его высококачественные клоны. Не покупайте дешевые подделки, которые стоят меньше 4$. Они плохо смачивают припой.

Отечественный вариант флюса для BGA — Interflux (интерфлюкс) IF 8300.

Отечественный вариант флюса для BGA — Interflux (интерфлюкс) IF 8300.

Если позволяет бюджет, то можно попробовать Martin HT00.0017.

Механизм воздействия влаги на эк

Процесс накопления корпусами ЭК влаги, а также ее критический уровень, который может привести к повреждениям и отказам, зависят от различных свойств материала и конструкции корпуса, среди которых можно выделить следующие:

• форма и размеры полупроводникового кристалла;
• материал и технология крепления кристалла к корпусу;
• размер корпуса;
• количество выводов корпуса;
• толщина слоя герметизирующего материала;
• предел текучести герметизирующего материала;
• показатели диффузии влаги в герметизирующий материал;
• силы адгезии материалов корпуса;
• ТКР материалов корпуса.

Рис. 1. Механизм образования трещин в пластиковом корпусе: а) накопление корпусом влаги; б) испарение влаги в процессе нагрева; в) образование трещины в корпусе. Рисунок из [6]

Основные причины проникновения влаги внутрь пластикового корпуса ЭК связаны с различными процессами расслоения материалов, включая отделение проволочных соединений корпуса от КП, уменьшение площади поперечного сечения проволочных соединений (утонение), отслоение кристалла от площадки для монтажа и растрескивание тонких пленок на его поверхности, эффект образования «кратеров» в местах крепления проволочных выводов к КП и пр.

Степень насыщения корпуса влагой определяется относительной влажностью воздуха, температурой и временем его хранения, а также равновесной растворимостью влаги в материале корпуса – пластике. Появление видимых трещин на поверхности корпуса обычно рассматривается как наиболее наглядное и серьезное последствие накопления влаги.

Механизм образования трещин в корпусе представлен на рис. 1. Суммарное воздействие давления водяного пара и термического расширения пластика при нагреве превосходит силу адгезии пластика к площадке для монтажа кристалла. Пластик отслаивается от площадки, образуется полость, заполненная паром, она расширяется, и на корпусе образуется характерное вздутие (рис. 1б).

Далее в корпусе появляется трещина, вздутие схлопывается, и пар выходит из полости наружу (рис. 1в). Данный процесс часто называют «эффектом попкорна» за характерный звук, раздающийся при схлопывании полости.Оставшийся объем полости является концентратором напряжений, ведущих к дальнейшему разрастанию трещины при последующих температурных циклах.

Нанесение пасты и пайка

Наносим паяльную пасту равномерно по всей площади.

На контактах микросхемы должно быть достаточно пасты, без дефицита и без перебора.

На контактах микросхемы должно быть достаточно пасты, без дефицита и без перебора.

Круговыми движениями прогреваем трафарет сначала до 100 °C. Плавно повышаем температуру и одного края медленно нагреваем до 200 — 250 °C. Постепенно паста начнет превращаться в припой.

Чистим трафарет изопропанолом, чтобы разбавить флюс. Снова нагреваем трафарет до 100 °C в течении 20 секунд.

Чистим трафарет изопропанолом, чтобы разбавить флюс. Снова нагреваем трафарет до 100 °C в течении 20 секунд.

При помощи лезвия аккуратно поддеваем трафарет без резких движений со всех сторон и он сам отлипнет от южного моста (микросхемы).

Чистим микросхему от ненужных шариков и флюса. Теперь осталось подравнять шарики. Наносим флюс каплями по всей площади.Нагреваем микросхему и шарики начинают равномерно распределяться на своих местах. После этого снова чистим микросхему от флюса.

Чистим микросхему от ненужных шариков и флюса. Теперь осталось подравнять шарики. Наносим флюс каплями по всей площади.Нагреваем микросхему и шарики начинают равномерно распределяться на своих местах. После этого снова чистим микросхему от флюса.

Крепим трафарет к микросхеме и проверяем качество и наличие шариков.

Результат пайки.

Результат пайки.

Оборудование для пайки

Для пайки микросхем можно использовать различное паяльное оборудование, начиная от простейшего – паяльника, и заканчивая сложными устройствами и паяльными станциями с использованием инфракрасного излучения.
Паяльник для пайки микросхем должен быть маломощным, желательно рассчитанным на напряжение питания 12 В. Жало такого паяльника должно быть остро заточено под конус и хорошо облужено.

Для выпаивания микросхем может быть применен вакуумный оловоотсос – инструмент, позволяющий поочередно очищать ножки на плате от припоя. Этот инструмент представляет собой подобие шприца, в котором поршень подпружинен вверх. Перед началом работ он вдавливается в корпус и фиксируется, а когда необходимо, освобождается нажатием кнопки и под действием пружины поднимается, собирая припой с контакта.

Более совершенным оборудованием считается термовоздушная станция, которая позволяет осуществлять и демонтаж микросхем и пайку горячим воздухом. Такая станция имеет в своем арсенале фен с регулируемой температурой потока воздуха.

Очень востребован при пайке микросхем такой элемент оборудования, как термостол. Он подогревает плату снизу, в то время, как сверху производятся действия по монтажу или демонтажу. Опционально термостол может быть оснащен и верхним подогревом.

В промышленных масштабах пайка микросхем осуществляется специальными автоматами, использующими ИК-излучение. При этом производится предварительный разогрев схемы, непосредственно пайка и плавное ступенчатое охлаждение контактов ножек.

Обращение с эк после вскрытия защитного пакета

После получения защитного пакета с ЭК определяется оставшееся время хранения согласно дате запечатывания пакета («shelf life» – по этикетке со штриховым кодом либо предупреждающей наклейке). Пакет осматривается на предмет отсутствия проколов, разрывов и прочих повреждений содержимого либо внутреннего слоя многослойного пакета.

Если время безопасного хранения пакета истекло (срок хранения превышает 12 месяцев со дня запечатывания), но карточка-индикатор показывает допустимый уровень влажности, возможна пайка ЭК оплавлением согласно указанному уровню MSL.

Далее пакет вскрывается отрезанием его верхней части у места герметизации. Необходимо производить обрезку так, чтобы оставалась возможность дальнейшего запечатывания пакета (при необходимости промежуточного хранения ЭК).

Если на сборку одновременно поставляются не все ЭК из пакета, оставшиеся могут храниться в условиях, когда время «floor life» остается на нуле. Это может быть шкаф сухого хранения в условиях воздушной или азотной атмосферы (25±5°С), восстанавливающий параметры хранения по влажности в течение 1 часа после открытия/закрытия дверцы. SMD-компоненты без защитного пакета могут храниться в:

• шкафу сухого хранения при влажности 10%; такое хранение не является заменой защитного пакета, время хранения ограничено согласно таблице 7, при превышении для обнуления времени «floor life» требуется сушка согласно режимам из таблицы 4;
• шкафу сухого хранения при влажности 5%; такое хранение может считаться заменой защитного пакета, содержание эквивалентно нахождению в защитном пакете с неограниченным временем хранения (время «shelf life» остается на нуле).

В случае превышения указанной на предупреждающей наклейке температуры оплавления могут потребоваться дополнительные меры по удалению влаги из корпуса ЭК, выходящие за рамки описываемых процедур. В этом случае необходима консультация с поставщиком ЭК.

В случае многократных циклов пайки одной ПП необходимо удостовериться, что время «floor life» не истекло вплоть до начала последнего цикла оплавления. В противном случае необходима предварительная сушка платы с установленными ЭК. Максимально допускается прохождение одним и тем же ЭК трех циклов оплавления.

Следует помнить, что время «floor life» НЕ обнуляется любым процессом пайки/ремонта ПП.

Если ЭК должен быть выпаян из сборки, рекомендуется использование локального нагрева с тем, чтобы температура любого ЭК на ПП не превышала 200°С. Это минимизирует негативные последствия, связанные с накоплением влаги ЭК. Если температура любого ЭК при процессе ремонта превышает 200°С, сборка должна быть предварительно просушена.

Для просушки собранных изделий на ПП обычно применяется температура 125°С, за исключением случаев, когда на ПП наличествуют ЭК, для которых такая температура недопустима (например, органические светодиоды, батареи, электролитические конденсаторы). С учетом этого режимы сушки выбираются из таблицы 5.

Паяльная паста

Паяльная паста — это тоже самое, что и обычный припой с флюсом. Только она имеет пастообразную форму.

В этой пасте содержится флюс и микроскопические шарики из припоя.
Преимущества пасты:

• Пасту удобно наносить на трафарет;
• Не требует много места для хранения;
• Можно использовать на любом трафарете;
• Позволяет восстанавливать оторванные контакты на микросхеме и плате

Недостатки пасты:

• Шары получаются не одинаковых размеров;
• Паста со временем высыхает (можно, конечно, разбавить с другим флюсом, но у нее уже не будет прежних свойств);
• Шары можно получить только с использованием трафаретов;
• Большой расход для крупно габаритных микросхем.

Из популярных — можно использовать пасту от производителя Mechanic. Самые ходовые и популярные — это XG30 и XG50. Продается в небольших баночках (есть разные размеры) и шприцах.

Температура плавления от 180 ℃. Хранится при температура от 0 ℃ до 10℃. Кстати, шарики в этой пасте начинаются с диаметром от 25 микрон (а в некоторых баночках и от 20). Такой диаметр шариков в домашних условиях трудно сделать, поэтому самодельные пасты уступают заводским.

Печка для сушки чипов — прочие — статьи — каталог статей/блогов — сайт-помощник в ремонте электронной аппаратуры

Сейчас на сайте ВАЛЕРА2022, butaevil, kokopoko, Serg19791979, igor000, contra-80, igortv64, Vsegda_gotow, Александр000, Farta, Soundchaser, servishp03, sayat3, svtv, bolt22, 18rus

Доброго дня. Пришлось заниматься ремонтом ноутбуков. И встала проблема, как высушить чип, перед пайкой. Как известно, что если чип сырой, то при попытке пайки такого чипа, он вздуется пузырями и будет не исправен. У самого было пару раз в начале. А с учетом стоимости чипов, их времени доставки и сложности ремонта, это очень накладно. Много искал в интернете. Есть разные советы, от — сушить на настольном светильнике до бытовой духовки. Есть и очень дорогостоящее оборудование. Ни одни из советов лично меня не устроил (как и моего друга в Германии, он то же давно искал что подобное.). По идее, на каждый чип должна быть документация, в которой описано, при какой температуре и сколько времени он должен сушиться перед пайкой. Это правильно, но не всегда доступно большинству ремонтников. Если обобщить всю информацию, то получается, что для нормальной сушки чипа, он должен находится при температуре примерно 130 гр.С. порядка 8-10 часов. Это не вредит ему, но при этом удаляет влагу. Я не претендую на оригинальность, но хочу поделится устройством, которое использую сам и мой друг в Германии (сделал по моему совету). Возможно оно будет полезным и еще кому. Со времени использования данного устройства, ни с одним чипом ни разу не было проблем, выписывал и с Китая и в России. Печка для чипов сделана из подручных материалов за пару выходных дней. Корпус изготовлен из прессованной бумаги с ламинированием. Это были куски от декоративной мебельной отделки, толщиной 6 мм. Хотя можно использовать любой температуростойкий материал (должен держать температуру хотя бы до 180 гр.С. и выше). Соединения выполнены винтами M3. В качестве нагревательных элементов использованы 20 ваттные керамические резисторы номиналом 15 Ом (можно применять от 10 до 18 Ом). Всего 6 штук, так как печка рассчитана для одновременной сушки 2-3 х чипов. Для одного чипа достаточно будет 3-4 резисторов. В качестве элемента поддерживающего температуру использован электро-механический термостат на 130 гр.С. Для защиты (на фото нет) к одному из резисторов снизу прижат термопредохранитель на 10 А, 180 гр.С. Все резисторы соединены параллельно. Т.е. вся цепь состоит из последовательно соединенных: термопредохранитель, термостат, группа резисторов. Для наглядности параллельно резисторам включен светодиод на 12 В (или 3.5 В через резистор 510 Ом). Все устройство питается от компьютерного блока питания (был старенький на 200 Вт.). Хотя будет пригоден любой источник питания на 12 В, и ток порядка 5 А. Сверху на устройство надевается крышка, сделанная из того же материала что и корпус. Это улучшает термостабильность и уменьшает частоту включения. Из плюсов: простота изготовления и доступность материалов. (термостат и резисторы можно купить почти в любом радиомагазине). Из минусов: у термостата очень большой гистерезис, почти в 40 гр.С. Т.е он отключается при 130 гр.С, а включается при 90 гр.С. Но это никак не вредит чипу, скорее наоборот, не позволяет сильно сырому чипу вспухнуть. На фото показано устройство снизу (без проводов и термопредохранителя) ну и собственно в работе. Устройство эксплуатируется уже около года. Надеюсь эта информация будет полезной! Если есть вопросы, задавайте — отвечу.

Предварительная сушка эк перед упаковкой в защитный пакет

ЭК, относящиеся к уровням 2а – 5а, перед упаковкой в защитный пакет должны быть просушены. Время между сушкой и упаковкой не должно превышать времени MET за вычетом времени, затраченного дистрибьютором на переупаковку ЭК. Если ЭК переупаковываются с активным влагопоглотителем, это время не должно вычитаться из времени MET.

Необходимо учитывать, что носители ЭК (ленты, трубчатые кассеты, поддоны) также могут накапливать влагу, поэтому они также должны быть просушены, либо в защитный пакет добавлен дополнительный объем влагопоглотителя.

В таблице 4 приведены режимы сушки изначально сухих ЭК, далее подвергшихся действию окружающей среды с относительной влажностью ≤ 60%, перед упаковкой в защитный пакет на предприятии-изготовителе либо у дистрибьютора при максимальном времени MET, равном 24 часам.

Если время воздействия среды при 30°С/60% было кратким, достаточной является сушка при комнатной температуре с использованием «сухой» упаковки или шкафа сухого хранения. Если прошло не более 30 мин., может использоваться исходный влагопоглотитель.

Безопасное время хранения ЭК в запечатанном виде без превышения норм относительной влажности внутренней среды пакета (т.н. «shelf life») должно быть не меньше 12 месяцев, начиная с даты запечатывания пакета, при его хранении в неконденсирующейся среде при условиях Ј40°С/90%. В случае проведения сушки ЭК и запечатывания их в пакет со свежим влагопоглотителем, время хранения обнуляется.

Реболлинг процессора

Реболлинг — это перепайка микросхемы. Это не замена старой на новую, по сути обновляются шарики на микросхеме для лучшего контакта с платой.

При помощи паяльной пасты и трафарета наносим новые шарики на процессор.

Температура пайки значительно ниже. 180 °C — 200 °C. Закрепляем процессор на трафарет при помощи все того же алюминиевого скотча.

Температура пайки значительно ниже. 180 °C — 200 °C. Закрепляем процессор на трафарет при помощи все того же алюминиевого скотча.

После трафарета чистим процессор и наносим немного флюса. Затем снова греем его, чтобы шары точнее встали на свои места и лучше расплавились. Чистить после этой процедуры.

Затем, перед установкой, на плату ровным слоем наносим флюс. При помощи лопаток или зубочисток распределяем его равномерно, чтобы все контакты хорошо пропаялись и процессор не поплыл.

Ставим процессор по ключу и позиционируем его края. Так как вокруг много скотча это не составит особого труда. После этого также сначала греем плату на 100 — 150 °C, затем увеличиваем до 200 °C — 230 °C и аккуратно пытаемся пинцетом прикоснуться дабы убедиться, расплавился припой или нет. Если сделать это резко, то придется повторять все заново т.к. шары слипнуться.

После пайки убираем скотч и лучше всего не чистить плату вообще. Под BGA микросхемами очень мало воздуха, и поэтому, когда чистящее средство доберется туда, то полностью его удалить оттуда очень сложно. Конечно, можно попытаться на 100 °C «выпарить» флюс, но если у вас хороший и безотмывочный флюс, то не стоит беспокоиться.

Планшет начал включаться уже и без давления на процессор, однако после загрузки он выключался на 0%. Только теперь уже можно войти в режим инженера и попытаться сбросить планшет. После сброса аппарат включился нормально и показывает процесс зарядки, остаток и перестал отключаться.

Теперь нужно тщательно проверить все его функции. Камера, звук, микрофон, Wi-Fi, тачскрин.

Сушка перед пайкой оплавлением

После поставки в защитном пакете от дистрибьютора на предприятие, осуществляющее сборку электронных модулей, ЭК также требуют определенных процедур по их хранению, обращению с ними и, возможно, удалению избыточной влажности.

Важным параметром хранения чувствительных к влажности ЭК является допустимый период времени между выниманием их из защитного пакета, шкафа сухого хранения либо окончанием сушки и процессом пайки оплавлением (т.н. «floor life»). Если это время оказалось превышенным, необходима дополнительная сушка ЭК перед пайкой. Режимы проведения такой сушки приведены в таблице 5.

Условия остановки или обнуления времени «floor life» приведены в таблице 6. Время «floor life» начинает новый отсчет с 0 после проведения сушки/выдержки согласно данным таблицы.

Если условия окружающей среды на производстве отличаются от указанных в столбце «Условия хранения» таблицы 1, значения времени «floor life» для ЭК различных уровней MSL должны быть скорректированы. Стандарт JESD22-A120 [5], основываясь на знании диффундирующей способности влаги в материалы корпусов ЭК, предлагает сводную таблицу скорректированных времен «floor life» для относительной влажности воздуха 5 – 90% и температур 20, 25, 30 и 35°С при различных толщинах корпуса ЭК (таблица 7).

Если производителем ЭК не указано обратное, SMD-компоненты поставляются в групповых упаковках, допускающих температурное воздействие на них в пределах 125°С. Если упаковка ЭК не предназначена для воздействия высоких температур (более 40°С), перед сушкой их необходимо вынуть из упаковки, переложить в высокотемпературную тару, просушить и вернуть обратно в низкотемпературную упаковку.

Технология демонтажа радиодеталей

Наконечник паяльника следует точно устанавливать на слой припоя, расположенный в гнезде одной ножки транзистора и быстро расплавлять его.

Затем в это место вводят с обратной стороны иглу и отделяют олово от ножки. Если имеется демонтажная оплетка или оловоотсос, то пользуются ими.

Когда конструкция радиодетали позволяет использовать металлический зажим для отвода тепла от корпуса, то обязательно применяют его.

Если же место для установки наконечника паяльника сильно ограничено, то работают без использования теплосъема.

В этом случае особое внимание обращают на продолжительность пребывания радиодетали при повышенной температуре.

Типы микросхем

Большое разнообразие корпусов микросхем привело к тому, что методика выпаивания стала различаться. Раньше наибольшее распространение имели микросхемы со штыревыми выводами для монтажа в отверстия печатной платы. В дальнейшем, с увеличением степени интеграции, широким распространением автоматизированных линий пайки, стали использоваться элементы для поверхностного монтажа с плоскими или шариковыми выводами.

Для ИМС (интегральных микросхем) с выводами для пайки в отверстия характерны корпуса типа DIP и SIP с двумя и одним рядом выводов, соответственно.

Поверхностный монтаж (SMD) допускает установку ИМС с выводами таких типов:

• Плоские выводы, выведенные наружу корпуса, – SOIC, SOP, QFP (квадратный корпус);
• Плоские ножки, загнутые вовнутрь, под корпус, – SOJ, PLCC, QFJ;
• Шариковые выводы – BGA.

Каждая из разновидностей имеет по несколько подвидов. Общее число типов корпусов исчисляется десятками.

Корпус DIP

Требования к упаковке эк перед поставкой

Защитная упаковка ЭК обеспечивается дистрибьютором и, как правило, требует наличия следующих материалов:

• упакованных ЭК в трубчатых кассетах, бобинах с лентой, матричных поддонах;
• влагопоглотителя;
• специального пакета с защитой от влажности;
• наклеек, предупреждающих о наличии чувствительного к влажности содержимого;
• карточки-индикатора влажности.

ЭК поставляются от дистрибьютора в т.н. «сухих» упаковках (dry pack), которые представляют собой герметично закрытый пакет с защитой от влажности (Moisture Barrier Bag, MBB, рис. 2) с находящимися внутри носителями с ЭК, влагопоглотителем и карточкой-индикатором влажности (Humidity Indicator Card, HIC).

Основными требованиями к защитному пакету (стандарт MIL-PRF-81705, Тип I) являются гибкость, защита от статического электричества, механическая прочность, стойкость к проколам, возможность термосклеивания. Скорость проникновения водяных паров должна быть Ј0,002 гЧм/100 кв.

Рис. 2. Состав пакета с защитой от влажности. (Рисунок JEDEC)

Влагопоглотитель (стандарт MIL-D-3464, Тип II) должен быть некоррозионным, не образовывать пыли, быть упакованным во влагопроницаемый пакетик и обладать требуемыми абсорбирующими свойствами. Количество влагопоглотителя должно обеспечивать внутри упаковки с ЭК относительную влажность менее 10% при 25°С. Формулы для расчета необходимого количества влагопоглотителя приведены в [2].

Карточка-индикатор влажности, как правило, представляет собой карточку из впитывающей влагу бумаги, снабженную тремя цветными кружками – индикаторами уровней относительной влажности в 5, 10 и 60%. Внешний вид карточки представлен на рис. 3.

Рис. 3. Внешний вид карточки-индикатора влажности. (Рисунок JEDEC)

Избыточная влажность, о которой сигнализирует карточка, может являться следствием неправильной комплектации защитного пакета (например, отсутствующий либо неправильно подобранный влагопоглотитель), неправильного обращения, приведшего к проколам или разрывам пакета, а также хранением в неподходящих условиях. В стандартах описаны следующие варианты индикации:

1. Если все три кружка показывают «сухо», ЭК уровней MSL 2 – 5а сухие в достаточной степени.
2. Если кружок 5% показывает «влажно», 10% НЕ показывает «сухо», а 60% показывает «сухо», ЭК уровня MSL 2 сухие в достаточной степени, ЭК уровней MSL 2а – 5а накопили избыточное количество влаги и требуют сушки.
3. Если все три кружка показывают «влажно», ЭК уровня MSL 2 накопили избыточное количество влаги и требуют сушки.

Если перед запечатыванием пакета кружок 60% показывает «влажно», карточка должна быть забракована.

Рис. 4. Наклейка-идентификатор чувствительного к влажности содержимого на защитный пакет. (Рисунок JEDEC)

На защитный пакет наносятся, как правило, две характерные наклейки: идентификатор чувствительного к влажности содержимого (Moisture-Sensitive Identification Label, MSID, рис. 4) и предупреждающая наклейка (Caution Label, рис. 5), выполненные согласно стандарту EIA/JEDEC JEP113-B [3].

Наклейка для ЭК уровня MSL 1 носит информационный характер (рис. 5а), сообщает об уровне MSL = 1 (квадрат с подписью «level»), отсутствии чувствительности данных ЭК к влажности при соблюдении условий хранения ≤30°C/85% и максимальной температуре корпуса при оплавлении не более 235°C. Наносится на транспортную тару низшего уровня в случае, если температура оплавления ЭК отличается от 220–225°C.

Рис. 5. Предупреждающая наклейка на защитный пакет: а) для уровня MSL 1; б) для уровней MSL 2-5; в) для уровня MSL 6. (Рисунок JEDEC)

На предупреждающую наклейку для уровней MSL 2–5 наносятся следующие надписи (рис. 5б):

1. Уровень MSL (квадрат с подписью «level»).
2. Время безопасного хранения в защитном пакете («calculated shelf life»).
3. Максимальная температура корпуса («peak package body temperature»).
4. Безопасный интервал времени между выниманием ЭК из защитного пакета и пайкой при 30°C/60% («floor life»).
5. Время герметичного запечатывания пакета («bag seal date») в формате “MMDDYY”, “YYWW” или эквивалентном.

ЭК уровня MSL 6 являются экстремально чувствительными к влажности и не требуют «сухой» упаковки, так как в любом случае подлежат обязательной сушке перед пайкой. Тем не менее, такая упаковка является «символом» чувствительных к влажности ЭК и рекомендуется к применению в данном случае, даже без влагопоглотителя и карточки-индикатора внутри запечатанного пакета. На наклейке обозначаются (рис. 5в):

1. Уровень MSL = 6 (квадрат с подписью «level»);
2. Максимальная температура корпуса («peak package body temperature»);
3. Указания к обязательной сушке ЭК в течение 48 часов при температуре 125±5°C в высокотемпературной упаковке, а также монтажу в течение последующих 6 часов при 30°C/60%.

Информация предупреждающей наклейки может дублироваться на этикетке со штриховым кодом (рис. 6), где указывается время запечатывания пакета («bag seal date»), уровень MSL («Level») и время «floor life» («hours»), которая прикрепляется к защитному пакету.

Рис. 6. Этикетка со штриховым кодом на защитный пакет. Рисунок из [6]

Суммарные требования к упаковке согласно уровням MSL приведены в таблице 3.

Герметизация пакета производится специальным устройством-вакуумизатором, при помощи которого производится герметичное термосклеивание пакета, находящегося внутри вакуумной камеры.

Типичная последовательность операций при этом следующая:

• положить носитель с ЭК и все необходимые принадлежности (влагопоглотитель, карточку-индикатор) в пакет;
• используя большие пальцы обеих рук, сделать кладки на боковых сторонах пакета для возможности правильного оттока воздуха;
• вставить пакет между зажимными губками вакуумизатора, проверив, чтобы внутри вакуумной камеры устройства оставался открытый конец пакета длиной около 10 мм;
• держа пакет одной рукой, второй нажать на верхнюю зажимную губку до ее блокировки электромагнитом, после чего начнется цикл откачки, создаваемый в процессе которого вакуум в ряде моделей можно отслеживать по встроенному вакуумметру;
• после достижения необходимого вакуума нажать на кнопку, запускающую процесс термосклеивания.

Времена откачки и склеивания настраиваются. Ряд вакуумизаторов имеют дополнительную возможность заполнения пакета инертным газом.

Уровни чувствительности эк к влажности

По уровню чувствительности к влажности (Moisture Sensitivity Level, MSL) ЭК подразделяются на 6 уровней согласно стандарту [1]. Процедура определения принадлежности ЭК к определенному уровню включает в себя следующие этапы:

• начальная инспекция образцов ЭК на предмет наличия трещин/отслоений (визуальная и с применением акустического микроскопа);
• предварительная сушка ЭК в течение 24 часов при температуре 125 5/-0°C для получения полностью «сухого» состояния корпусов;
• помещение ЭК в сухой, чистый, неглубокий контейнер и сушка их в климатической камере согласно режимам, приведенным в таблица 1 для данного уровня MSL (начиная с 1-го);
• проведение для ЭК после сушки в климатической камере (не ранее, чем через 15 мин. и не позднее, чем через 4 часа после вынимания их из нее), троекратных циклов пайки оплавления по стандартному профилю, указанному в [1] (выдержка между циклами – минимум 5 и максимум 60 мин.);
• окончательная инспекция ЭК на предмет внешних трещин (оптический микроскоп с увеличением 40x), проведение электрических тестов согласно спецификациям производителей ЭК, анализ внутренних дефектов с помощью сканирующего акустического микроскопа.

Критерии отказов ЭК при этом следующие:

1. Видимая с помощью оптического микроскопа с увеличением 40x трещина.
2. Отказ по результатам электрических тестов.
3. Внутренняя трещина, пересекающая проволочное, шариковое либо сварное соединение.
4. Внутренняя трещина, распространяющаяся от вывода к любому другому внутреннему элементу корпуса (выводу, кристаллу, площадке для монтажа кристалла).
5. Внутренняя трещина, распространяющаяся на более чем 2/3 расстояния от любого внутреннего элемента корпуса до внешней его границы.
6. Изменения плоскостности корпуса, вызванные деформацией, короблением, вспучиванием, видимые невооруженным глазом.

Если отказал хотя бы один из тестируемых образцов, ЭК считается не прошедшим тест на данном уровне MSL, и исследуется новая группа образцов при режимах, соответствующих следующему уровню чувствительности ЭК к влажности.

Также существует ряд критериев отказа, основанных на качественной и количественной оценке расслоения различных материалов корпуса (в процентах разницы между состояниями после предварительной сушки и после оплавления), различающиеся в зависимости от конструкции корпуса [1].

Тем не менее, если ЭК успешно прошел электрические тесты, но наблюдается отслоение материала на обратной стороне площадки для монтажа кристалла, элементе-распределителе теплоты, обратной стороне кристалла, но при этом нет внешних признаков наличия трещин и других расслоений, и корпус удовлетворяет требованиям п.

_______1 Стандартные времена выдержки по умолчанию включают в себя 24 часа пребывания ЭК без защиты от влажности, между сушкой на предприятии-производителе ЭК и упаковкой в защитный пакет (т.н. manufacturer’s exposure time, MET), а также максимальное время пребывания вне защитной упаковки у дистрибьютора.

Эквивалентный ускоренный режим не следует использовать до тех пор, пока для характеристик повреждений, включая электрические, не установлена зависимость между ним и стандартными условиями выдержки, а также, если энергия активации для диффузии составляет 0,4 – 0,48 эВ.

Если реальное время MET для уровней чувствительности 2а – 5а меньше 24 часов, время выдержки может быть уменьшено: на разницу между 24 часами и реальным временем MET при 30°C/60%, и на 1 час на каждые 5 часов разницы между 24 часами и реальным временем MET при 60°C/60%.

Если реальное время MET для уровней чувствительности 2а – 5а больше 24 часов, время выдержки должно быть увеличено: на разницу между реальным временем MET и 24 часами при 30°C/60%, и на 1 час на каждые 5 часов разницы между реальным временем MET и 24 часами при 60°C/60%.

Чем и как лудить/паять?

Устройство и разновидности электропаяльников с медным луженым жалом

Если не предполагается работ с микрочипами (телефоны, планшеты, компьютеры) и пайки стали толщиной более 0,5-0,6 мм, можно обойтись комплектом из паяльников на 25 Вт (поз. 3а) и 60-65 Вт, поз. 3 б. Вдруг возникнет необходимость паять металлопрофили с толщиной стенок до 3-4 мм и/или толстый стальной лист, потребуется радиаторный паяльник-«топор» на 300-400 Вт, поз. 4.

Жала паяльников малой мощности (поз. 2а, 2б, 3а, 3б) изначально не прокованы и потому довольно быстро окисляются (подгорают). Чтобы повысить их стойкость, а заодно и отформовать нужным образом, вынутый из паяльника стержень проковывают слесарным молотком на наковальне настольных тисков.

Теперь понадобится твердая канифоль и мягкий, достаточно тугоплавкий припой (см. далее): ПОС-10, ПОС-30 или ПОС-40. Стержень паяльника вставляют на место, фиксируют, если есть винт-фиксатор, и включают паяльник в сеть. По мере выкипания флюса при прогреве жало погружают в канифоль, чтобы не оголялось.

Пока мы готовили паяльник, флюс на паечных поверхностях сделал свое дело: под его слоем они чистые, можно лудить. Здесь критическим пунктом будет толщина деталей:

• Менее 1/8 диаметра стержня паяльника – прогреются насквозь до температуры плавления припоя менее чем за 7 с. Флюс не успеет выкипеть.
• Более 1/6 той же величины – прогреются более чем за 10 с, флюс выкипит, детали оголятся и окислятся.
• 1/8-1/6 диаметра стержня – нужно, чаще всего основываясь на собственном опыте, лудить легкоплавким припоем под высококипящим флюсом. Или воспользоваться паяльником помощнее.

В первом случае на жало набирают каплю припоя, переносят на паяемую поверхность, и, если:

1. Провод тонкий – легко, без нажима, двигают по оголенному концу жалом с одной и затем с противоположной стороны, пока припой не растечется. Провод держат кончиком вниз. Стекшую туда каплю излишка припоя снимают паяльником.
2. Провод толстый – жало двигают по спирали взад-вперед.
3. Плоская тонкая длинная деталь – припой наносят на конец и двигают жало вдоль. Когда за жалом покажутся незалуженные края детали, наносят на недолуженный участок еще флюса, набирают другую каплю припоя и продолжают лужение.
4. Длинная более широкая деталь – то же, что и в пред. случае, но жало ведут змейкой.
5. Широкая деталь – жало двигают по спирали от центра в краям.

Для лужения толстых деталей берут ниточный припой с флюсом, т. наз. гарпиус: это тонкая гибкая трубочка из фольги припоя, в просвете которой порошкообразная канифоль. Лужение начинают с края длинных или с середины широких деталей. Конец гарпиуса прикладывают к месту начала лужения, греют паяльником, пока не растечется.

Чем крепить микросхему к трафарету

Есть несколько вариантов. Первый — это термоскотч. Он быстро крепится, не оставляет после себя много клея и не экранирует высокую температуру. Из недостатков — быстро отклеивается и не надежно крепится по сравнению с алюминиевым термоскотчем скотчем.

Алюминиевый скотч надежно крепится к плате, но оставляет после себя много клея и экранирует температуру.

Алюминиевый скотч надежно крепится к плате, но оставляет после себя много клея и экранирует температуру.

С одной стороны, алюминиевый лучше крепится, с другой быстрее и практичнее использовать обычный термоскотч. Начните учится с алюминиевого, пробуйте разные варианты.