Ремонтный центр для установки пайки и выпайки bga

Для снижения поверхностного натяжения и облегчения распределения припоя используется флюс. Он также способствует лучшему контакту шариков при пайке BGA микросхем. Флюс нужно наносить равномерно, чтобы избежать образования излишков. После пайки следует провести очистку микросхемы от остатков флюса.

Подсветка пайки bga

Не менее важное значение имеет хорошая освещенность при пайке BGA. Подсветка позволяет контролировать процесс плавления припоя и качество соединений. Используйте специальные лампы или осветительные устройства для максимальной видимости и точности пайки.

BGA пайка: рекомендации по работе

1. Подготовьте все необходимые инструменты и материалы для пайки BGA.
2. Выполняйте демонтаж микросхем аккуратно, чтобы избежать повреждений.
3. Очистите место пайки от старого припоя и флюса перед началом работ.
4. Обеспечьте стабильное подогревание платы для равномерного прогрева.
5. Наносите флюс равномерно и аккуратно, чтобы обеспечить хороший контакт.
6. Проводите пайку BGA при необходимой температуре, соблюдая все рекомендации.

Таким образом, правильная пайка BGA микросхем требует не только опыта, но и соблюдения всех рекомендаций по процессу пайки. При необходимости обращайтесь к специалистам или проходите обучение для улучшения навыков.

Обзор профессионального оборудования для ремонта электроники

В интернете представлено огромное количество производителей флюсов. В Bgacenter применяется профессиональный безотмывочный флюс Martin. Следует обращать внимание на дату изготовления и срок годности флюса. Преимущества флюс-геля:

Термовоздушная паяльная станция

Назначение станции Quick 861DE ESD Lead – пайка (демонтаж и монтаж) BGA микросхем и SMD компонентов. Преимущества этой станции:

• Легкость использования
• Высокая производительность
• Высокое качество пайки

Что бы можно улучшить в конструкции станции, это регулировка температуры не кнопками, а вращающимися регуляторами, как на Quick 857D (W)+.

Паяльник для пайки

PS-900 METCAL – индукционная паяльная система. Мощности паяльника 60 Вт вполне достаточно для работы с многослойными платами современной электроники. Опыт работы инженеров по ремонту телефонов именно с этим паяльником – 4 года. Какие отличительные особенности у PS-900:

• Высокая мощность
• Прочность и надежность
• Удобство в использовании

Микроскоп для пайки плат

Для начинающего мастера по ремонту телефонов хорошим вариантом будет микроскоп СМ0745. Бинокулярный микроскоп с фокусным расстоянием 145 мм (при установке рассеивающей линзы). Назначение системы линз, увеличение фокусного расстояния при сохранении рабочей зоны.

Пайка шариками

Для пайки плат iPhone в основном применяются шарики припоя диаметром 0,2 мм. Обычно поставляются в стеклянной таре, по 10000 шаров в каждой банке. Состав шариков из припоя:

Контроль качества пайки

После выполнения паяльных работ необходимо убедиться, что пайка BGA выполнена качественно. Контроль осуществляется несколькими способами. Например, при диагностике цепи заряда iPad Air, подключением платы к ЛБП, при исправном TRISTAR потребление тока должно быть не более 0,07 Ампер.

Автор статьи — Александр Патутинский

Технолог по подготовке и запуску печатных плат в производство, инспекциям печатных плат (AOI, AVI). Технолог по SMT-, THT- и PressFit-монтажу, инспекциям печатных узлов (SPI, AOI, X-ray). Специалист по DFM- и DFA-анализам.

Сегодня мы рассмотрим, что стоит учесть в конструкторской документации, чтобы защититься от проблем на этапе автоматизированного монтажа компонентов на плате. Я покажу, как можно организовать подбор элементов, их взаимное расположение и разводку для монтажа, чтобы увеличить коэффициент выхода годных плат и упростить их диагностику на производстве.

Проектирование для упрощенной сборки: важные методы для производства плат

Подход, на который мы будем опираться, называется DFA — Design for Assembly (проектирование для сборки). Набор методов DFA гарантирует возможность сборки компонентов на плате, когда она поступит на монтажный участок, и позволяет отправлять плату в тираж без страха потерять деньги и время.

Этот текст — заключительная часть трилогии, посвященной производству печатных плат. Ранее на Хабре я рассказывал про подход Design for Manufacturing (DFM) для массового производства и требования к материалам.

Используйте односторонний дизайн, если это не приведет к значительному увеличению платы

Такое простое решение позволит:

• Сэкономить ресурсы;
• Облегчить процесс сборки;
• Повысить надежность платы.

Я советую этот метод для всех случаев, когда односторонний дизайн существенно не повлияет на размеры платы.

Выберите оптимальный тип упаковки компонентов

В корректно написанной конструкторской документации должны быть перечислены каталожные номера (part numbers) всех компонентов с указанием типа упаковки, которая необходима для автоматизированной сборки. Завод-изготовитель упаковывает компоненты тремя способами: ленты, пеналы и палеты.

Ленты (Tape & Reel)

Они используются для всех типов корпусов SMD, в том числе и для BGA-, LGA-корпусов, кроме разве что самых крупных.

Таблица соответствия габаритов несущих и покрывных лент:

Ширина ленты определяется габаритами компонента. Под каждый габарит необходим соответствующий ей питатель (feeder). Это специальный адаптер, который устанавливают в зону забора компонентов на конвейере, куда заряжается лента с компонентами.

Пеналы (Tube)

Используются для небольших микросхем с типами корпусов QFN, SON, DFN, SOIC и для выводных компонентов. Форма пенала зависит от корпуса микросхемы.

Например, компоненты в корпусах SOP4 и SOP6 будут поставляться в более узких пеналах.

Примеры упаковки

• Корпусы SOP4 и SOP6: узкие пеналы
• TH-корпус 5-pin-DIP: соответствующий пенал

Выбор оптимального типа упаковки компонентов имеет большое значение для автоматизированного процесса сборки.

Внимательное применение методов DFA и правильный выбор упаковки компонентов помогут облегчить процесс производства печатных плат и избежать лишних затрат времени и ресурсов.

Палеты и пеналы в современном SMT-производстве

У пеналов есть ряд минусов. Вибропитатели, на которые их устанавливают, съедают полезное место на конвейере. Особенно если это старые модели. Один вибропитатель занимает место для 10 питателей из 8-миллиметровых лент.

С одной стороны, это уменьшает число компонентов, которые могут быть установлены за один проход. С другой — если нам надо поставить всего три разные микросхемы из пеналов, вибропитатель, необходимый для их зарядки, все еще займет место 10 питателей шириной 8 мм, а часть вибропитателя будет пустовать.

Более того, пеналы не всегда подбирают точно под форму компонентов. Если производство найдет доступный и просто похожий, а не спроектированный под конкретный корпус пенал, это повлияет на равномерность подачи.

Пеналы вставляются в вибропитатели под углом, и детали под своим весом съезжают вниз. Если пенал имеет слишком большие зазоры, детали могут застревать из-за разворота внутри него или вываливаться по несколько штук сразу — несмотря на то что за пеналом есть ограничитель, который должен выдавать компоненты по одному.

Поэтому в идеале не используйте пеналы. А если нет возможности отказаться от них, убедитесь, что у производства есть вибропитатели с тонкими сетками.

Палеты (Tray)

Они используются для крупных микросхем, BGA- и LGA-корпусов, разъемов, иногда — для QFN и QFP.

Палеты также стоит выбрать, если какие-то компоненты нужно программировать перед монтажом, а на производстве нет автоматического программатора — такая упаковка дает простой доступ к забору и возврату деталей, что позволит провести цикл распаковки-прошивки-упаковки без дополнительного оборудования.

Существуют и современные программаторы, которые могут работать как с палетами, так и с лентами, но подобное оборудование стоит больших денег и занимает дополнительное место на участке монтажа.

Пример палеты заполненной BGA-компонентами.

Слева — палета, установленная в оснастку для загрузки в модуль работы с палетами. Справа — верхняя часть такого модуля: видны установленные в него оснастки. Фото с завода YADRO в Малаховке.

Если компоненты до монтажа программируются ручным программатором, обратите внимание, чтобы после прошивки их вернули в палету с одинаковой ориентацией. Неоднородная полярность в таре — следствие человеческого фактора и при использовании автоматического программатора практически исключена.

Но если компоненты все-таки будут лежать с разной ориентацией, они могут не распознаться системой технического зрения (СТЗ) установщика и в лучшем случае будут сброшены. Хуже, когда компонент симметричен: тогда СТЗ не найдет ошибки и установщик поставит компонент на плату.

В пайку уйдет компонент, установленный без соблюдения полярности, и это выявится лишь на следующих этапах. Если линия оснащена системой автоматического оптического контроля, обнаружить и исправить полярность компонента можно будет перед оплавлением — то есть без перепайки. В остальных случаях вы, скорее всего, узнаете о проблеме уже только на выходном контроле.

Предусмотрите заглушки под вакуумный захват

Пример разъема с центральной заглушкой для SMT-монтажа (обозначена как Vacuum pick-up region).

В процессе монтажа специальные вакуумные насадки (nozzle) захватывают компоненты за центр масс. Но не все компоненты можно ухватить такой насадкой, это относится, например, к втулкам под винты и разъемам. В таком случае используют специальные наклейки или заглушки соответственно.

Информация о заглушках и типе упаковки указывается в даташитах компонента.

В примере выше выделенный цветом пункт говорит о том, что если необходима вакуумная заглушка для разъема, то в документации должен быть указан каталожный номер с постфиксом, заканчивающимся на CLF.

Подбирайте компоненты со сходными термопрофилями, если это возможно

К сожалению, не все компоненты имеют сходные рекомендации по профилю пайки.

Пример термопрофиля для поверхностного монтажа резисторов.

Например, для SMD-динамика, максимальная температура пайки которого 210—220 °C, подойдет только легкоплавкий или свинецсодержащий припой. Если производство использует бессвинцовый припой — например, SAC (температура плавления от 220 °C), то динамик придется паять вручную, а не в печи оплавления. Это увеличит трудоемкость и стоимость изготовления печатной платы. Похожая проблема случится, если динамик будет установлен на плату вместе с теплоемкими BGA-компонентами — для них также используется бессвинцовый припой.

Чтобы избежать таких ситуаций, старайтесь подбирать компоненты со сходным технологическим окном пайки. Корректно подобранный термопрофиль отвечает рекомендациям даташита используемой паяльной пасты и даташитов монтируемых компонентов.

Систематизируйте наполнение библиотеки посадочных мест компонентов (футпринтов), которой пользуются проектировщики

Вариантов ошибиться в футпринте масса. Неверный шаг микросхемы приведет к тотальным проблемам при монтаже (если он вообще будет возможен), потому что выводы не попадут на соответствующие пады. Некорректное вскрытие маски одним окном на весь ряд выводов обернется потенциальным коротким замыканием при монтаже. Слишком малый отступ вскрытия маски от пада даст неполноценный контакт, если при изготовлении платы маска чуть «уплывет», так как контактная площадка станет меньше.

Самое главное, что подобные проблемы будут путешествовать вместе с футпринтом из проекта в проект, из ревизии в ревизию до тех пор, пока футпринт не поправят в библиотеке и не обновят его во всех проектах.

Проверять и обновлять футпринты перед выводом финальных gerber-файлов — очень хорошая практика.

Но представим ситуацию: в первой ревизии печатного узла использовался футпринт, который дал дефекты пайки на 10% пассивных компонентов. В следующей ревизии использовали другой футпринт, а дефектов стало 15—20%. Как такое могло случиться?

Обычно тополог опирается на множество источников и рекомендаций. Это:

Кроме того, существует немало инструментов, которые помогают быстро генерировать футпринты для компонентов.

Если не систематизировать работу с этими ресурсами и инструментами, мы рискуем получить библиотеку, где будут смешаны компоненты и десятки разнообразных посадочных мест, которые им не подходят. Кроме того, одинаковые контактные площадки, входящие в один футпринт, могут быть названы по-разному, — не будет прослеживаться системность названий.

Как итог, компоненты будут плавать на припое и смещаться относительно точки установки, в худшем случае слипнутся между собой, образуя короткое замыкание. А у мелких резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности (далее — компоненты R, L, C) может образовываться эффект надгробного камня, когда в одной точке пайки припой плавится раньше, чем в другой, и поверхностное натяжение приподнимает компонент.

Эффект надгробного камня при пайке, показанный наглядно.

Чтобы избежать подобных ситуаций, стоит «причесать» библиотеку по следующему алгоритму. Для начала привести в порядок именование контактных площадок (pad), назвав их все по одному шаблону. Шаблон можно придумать самостоятельно или опираясь на стандарт IPC-7351. Затем исправить и свести к одному повторяющиеся типы посадочных площадок.

Создавая футпринты, следует опираться на даташиты компонентов и учитывать возможности производств печатных плат. Например, закладывать вскрытие маски от пада (+100 мкм на габарит) и отступ шелкографии от вскрытия маски (100—125 мкм).

Библиотека компонентов также может содержать специальные футпринты для частных случаев. Например, для конденсаторов, которые используются только в определенных зонах (например, под BGA). Такие посадочные места должны применяться исключительно в тех областях, для которых они разработаны.

Оптимизируйте количество позиций в спецификации для материалов (BOM), чтобы снизить риски ручной работы

Чем больше позиций указано в SMT-разделе ВОМ (BOM — Bill of Materials), тем больше питателей должно быть установлено на монтажной линии. Если окажется, что компонентов больше, чем предусматривает емкость автоматических установщиков по питателям, придется устанавливать дополнительные компоненты вручную перед запеканием платы. Это не только заметно увеличит сложность монтажа, но и повысит вероятность брака: есть риск случайно задеть соседние компоненты. А значит, способ не подходит для массового производства.

Поэтому рекомендуется использовать более сжатые ряды номиналов для пассивных компонентов. Например, ограничить схемотехников использованием ряда Е24 против Е48 или Е96.

Выбирайте габариты и вес плат и узлов, исходя из возможностей производства

На размеры платы могут повлиять разные ограничения: например, она должна устанавливаться в корпус конкретных размеров, соединяться с другими платами, быть пригодной для монтажа определенных механических или электрических компонентов. Если же точные параметры не оговорены, есть несколько правил, к соблюдению которых стоит стремиться.

Старайтесь минимизировать площадь платы. Это сократит расход материала и даст возможность разложить больше плат на одной мультизаготовке для монтажа, что уменьшит цикл сборки. При этом важно не переборщить: например, нет смысла делать проводники по 75 мкм исключительно ради экономии размеров платы.

Слишком широкие платы могут просто не поместиться на конвейере SMD-линии. Заранее уточните максимальные габариты, с которыми может работать линия поверхностного монтажа выбранного производителя.

Большинство конвейеров рассчитаны на работу с весом до 3 кг. Суммарный вес печатного узла вместе со всеми смонтированными деталями и паяльной пастой не должен превышать возможности конвейерных систем и/или специальных буферов охлаждения, которые используют современные линии SMT. Если узел весит больше, можно разбить его на несколько отдельных весом поменьше.

Если в проекте больше 7—10% тяжелых узлов, лучше найти производство с конвейерами, рассчитанными на 5 кг.

Предусмотрите зоны поддержки для широких или тонких плат

Большие печатные платы сильно подвержены короблению из-за расширения при нагреве в печи. Платы тоньше миллиметра могут покоробиться под собственным весом как на конвейере, так и во время хранения в разгрузчике.

Чтобы минимизировать эти деформации, нужна область для центральной поддержки шириной 6—10 мм, на которую плата будет опираться в процессе оплавления. На нижней стороне печатной платы в поле этой области не должно быть компонентов, но могут быть элементы топологии.

Центральная поддержка на конвейере. Фото с завода YADRO в Малаховке.

Зона центральной поддержки на плате обозначена двумя вертикальными штриховыми линиями и выделена светлым для наглядности.

Может оказаться, что при добавлении технологических полей широкая плата перестанет помещаться на конвейере. В таком случае нужно предусмотреть свободные зоны там, где плата ляжет на конвейер, куда будут примыкать фиксаторы. Свободная зона должна быть шириной по 3—4 мм и длиной во всю плату. Такие зоны нужны с двух сторон платы.

Для тонких плат также стоит минимизировать время нахождения в разгрузчиках или использовать оснастку, придающую мультизаготовке дополнительную жесткость.

Правильно обозначьте начало координат

Для работы автоматическому установщику нужен файл центров элементов, который называют Pick & Place (расширение .pnp), со следующей информацией:

Центр отсчета координат компонентов должен быть в нижнем левом углу прямоугольника, описанного вокруг контура платы.

Плата с фигурным контуром. Начало отсчета координат — розовый крест в левом нижнем углу. Желтым цветом показаны построения до крайних точек контура платы.

Если конструктор платы был небрежен и поставил нулевую точку случайным образом, то будет крайне сложно составить корректную программу для мультизаготовки или даже единичной платы с техническими полями.

Установите три реперные точки в слоях для монтажа

Для позиционирования платы в принтере трафаретной печати, установщике компонентов и системах контроля качества применяется позиционирование по реперным точкам — это круги диаметром 1 мм со вскрытием паяльной маски диаметром 2—3 мм. Оборудование находит их в заданных областях и корректирует по ним реальное положение платы. Для четкого позиционирования в каждом слое, на который будут монтироваться компоненты, нужно как минимум два, а лучше три-четыре реперных знака, расположенных на плате.

Слева — реперная точка на общем виде платы. Справа — увеличение области с точкой.

Идеально, если центры компонентов располагаются внутри прямоугольника, вершинами которого являются реперные знаки. Для крупных BGA обычно устанавливают два дополнительных репера — по диагонали, для лучшего позиционирования.

Реперные точки рядом с BGA.

Совет: процесс программирования установщиков будет намного проще, если координаты реперных точек будут выражены целыми числами.

Корректно передайте слои пасты для трафаретов (особенно если использовали нестандартные решения)

Трафарет, по которому наносится паяльная паста, обычно готовится не контрактным монтажным производством, а кем-то из его подрядчиков. И хотя подготовка файлов для трафарета входит в зону ответственности технолога SMT, на практике чем корректнее слои пасты будут передаваться на производство, тем меньше вероятность получить неподходящий трафарет.

Например, по рекомендации производителя компонента мы можем добавить нестандартное вскрытие апертур в трафарете, которое по форме отличается от падов и обладает большими размерами.

BGA-компонент со смещением и нестандартным вскрытием апертур под пасту относительно падов — пасты больше, а обычно она идет в размер или меньше пада.

Конструкция этих падов интересно выглядит на просвет: паста не отцентрована с падом и ее чуть больше.

Контрактному производителю может быть некогда вникать в такие моменты. Технолог производства, скорее всего, не полезет в даташит за такими деталями — максимум за профилем термопайки.

Правильно используйте термобарьеры

Термобарьеры особенно хорошо работают, если их зазор больше толщины соединения или равен ей.

Существуют случаи, когда не стоит использовать термобарьеры. Например, если диффпара подходит близко к металлизированному пазу, который должен быть соединен с «землей» (GND), не стоит подключать его через термобарьер, если при этом теряется опора диффпары.

Слева у обеих линий диффпары есть нормальная опора. Справа — левая линия теряет опору, так как идет не поверх полигона, а над зазором.

Проверьте ширину сигнальных линий (апертур)

Апертура линии не должна превышать минимальный габарит (Ox, Oy) падов:

Исключением являются линии, ширина которых спроектирована с учетом контроля импеданса.

Располагайте тяжелые компоненты с одной стороны печатного узла

После того как тяжелые компоненты распаяны на одной стороне платы, начинается процесс оплавления другой стороны. Детали оказываются в перевернутом положении, а припой под ними продолжает плавиться. Если поверхностное натяжение жидкого припоя на всех точках пайки компонента, которое удерживает его на плате, окажется слабым, деталь может:

Поэтому компоненты в BGA-, LGA-корпусах, большие разъемы и тяжелые индуктивности рекомендуется располагать с одной стороны печатного узла.

В случае если не получается избежать двустороннего монтажа крупных компонентов, их можно приклеить. Запросите у контрактного производителя, есть ли у них принтер трафаретной печати со встроенной функцией дозирования клея, и укажите в документации места дозирования, заложив не менее двух клеевых точек на крупный компонент.

Определитесь, нужен ли вам PressFit

PressFit, или монтаж без пайки, — это отдельная технологическая операция со своим оборудованием и специальным профилем прессования. Если вы можете обойтись разъемами SMD или Through Hole (TH), не стоит без весомых оснований выбирать PressFit. Необходимость монтажа без пайки может быть продиктована соображениями целостности сигнала: тогда можно подумать о замене всех TH-коннекторов на SMD и PressFit, чтобы убрать выводной монтаж из цикла производства.

Пример PressFit-разъема с выводами типа «ухо иголки».

При использовании технологии PressFit необходимо следить, чтобы вблизи запрессованной ножки не располагались SMD-компоненты. Это упростит и удешевит оснастку для прессования или позволит обойтись вообще без нее. Если не учесть этот момент, в оснастке придется делать вырезы под детали, чтобы она плотнее прилегала к плате, — а это дополнительное время и деньги.

Разрешите конфликты корпусов из-за ошибок в посадочных местах компонентов

Неверно указанный контур компонента при установке приведет к тому, что один компонент заденет и сдвинет другой. А это потенциальные непропаи и короткие замыкания между выводами.

Разберем интересный пример, который также можно отнести к проблеме конфликтов корпусов. На некоторых сборках применяются втулки с внутренней резьбой, которые невозможно захватить обычным способом. Поэтому на верх втулки клеится специальная пленка: иногда она круглой формы и ровно в габарит втулки, а иногда имеет специальный козырек, за который пленка удобно срывается.

Слева: втулка без покрывной ленты (изображение из даташита). Справа: вид сверху на втулку с покрывной лентой в упаковке, красным обозначена покрывная лента с козырьком.

Если втулка с козырьком будет расположена слишком близко к уже установленному коннектору, он может сместиться этим кончиком пленки. Если же сначала установлена втулка, то при установке коннектора козырек будет задет, и он сдвинется сам или подвинет втулку.

Выдержка из даташита на втулку — напоминание учитывать расположение козырька при программировании установщиков и автоматизированного оптического контроля. К сожалению, втулки часто могут вращаться внутри упаковки, что приводит к рандомному положению козырька при захвате.

Бывает, что плату с подобной трассировкой отдают двум разным контрактным производствам. Одно закупает втулки без козырька, другое — с ним. В результате первое не имеет никаких проблем со сборкой, а второе никак не может отладить процесс установки втулок, если позиция козырька жестко не зафиксирована в упаковочной ленте.

Очень внимательно отнеситесь к согласованию замены компонентов

Допустим, у нас есть два компонента: CJAB60N03 и PSMN2R8-25MLC. У них одинаковый шаг выводов, термопады с очень близкими размерами и они совпадают пин в пин. На первый взгляд, эти два компонента взаимозаменяемы.

Но на практике CJAB60N03 выполнен в стандартном DFN-корпусе и к его выводам предъявляются требования по визуальному контролю пайки, как для DFN-компонентов. В то время как сигнальные выводы PSMN2R8-25MLC имеют форму «крыло чайки». И требования к контролю паяного соединения для них отличаются.

Такая замена приведет к тому, что на автоматизированном оптическом контроле после оплавления будет много ложных ошибок из-за того, что мы проверяем пайку одного типа выводов по критериям другого. Кроме того, возможны и ошибки распознавания компонента системой технического зрения установщика, поэтому придется тратить дополнительное время на его перенастройку.

Поэтому, прежде чем один компонент получит статус «замена» для другого, необходимо внимательно проанализировать даташиты обоих и сравнить:

А каждое изменение или создание посадочного места должно проходить верификацию инженером, который отвечает за целостность и актуальность библиотеки компонентов.

Обеспечьте возможность монтажа выводных THT-компонентов рядом с SMD

Для монтажа THT-компонентов на линии селективной пайки нужно соблюсти несколько условий.

Во-первых, это радиальная ориентация компонентов. Ориентация по касательной увеличивает вероятность смыва SMD-компонента и/или его короткого замыкания на паяемые выводы.

Предпочтительная ориентация компонента: пример из рекомендаций производителя оборудования для селективной пайки.

Во-вторых, расстояние от THT-пада до прямоугольника, описанного вокруг футпринта, и корпуса SMD-компонента должно быть больше 4 мм.

Предусмотрите крепежные отверстия для ремонта и ручного монтажа

Как правило, ремонт и ручной монтаж производят на специальных термостолах, нагревающих печатные узлы снизу. Чтобы закрепить узел на такой рабочей поверхности, используются специальные фторопластовые втулки, которые устанавливаются в крепежные отверстия.

Пример использования фторопластовой втулки с крепежом за контур платы.

Предусмотрите такие отверстия для крепежа диаметром 2—3 мм со свободной зоной диаметром 6 мм. Желательно располагать отверстия по линиям, которые проходят через каждую 1/3 или 1/4 габарита платы по обеим осям. Отверстия должны быть расположены с учетом распределения массы печатного узла. Всего рекомендуется использовать не менее 5 отверстий.

Учтите особенности процесса автоматизированного оптического контроля (подход DFI)

Design for Inspection (DFI) — один из вариантов DFA, который отвечает за пригодность узла к прохождению автоматизированного оптического контроля (AOI). Вот что стоит помнить про этот процесс.

Теневой эффект. Обычно он возникает, если компоненты с большой разницей в высоте расположены рядом. Слишком высокий компонент заслонит низкий и не даст боковым камерам получить правильное изображение смонтированного элемента, а искаженная картинка приведет к большему количеству ложных срабатываний в этой области. Теневой эффект возможен также, если компоненты с одинаковой высотой окажутся слишком близко друг к другу.

Пример: углы расположения прожектора и боковой камеры внутри АОI-оборудования, предоставленные производством.

Чтобы избежать этого эффекта, необходимого вычислить минимальное рабочее расстояние между компонентами. Запросите характеристики используемого оборудования: в них указан угол наклона боковых камер и проекторов. Исходя из этого угла, можно рассчитать требуемый зазор между компонентами.

Проверка компонентов с углом поворота, не кратным 90°. Большинство систем AOI используют предустановленные алгоритмы проверки, а оператор может менять только некоторые параметры: габариты, цвета, яркость, контрастность и т. д. Набор таких алгоритмов прошивается поставщиком оборудования и поставляется вместе с ним в неизменном виде. Если оборудование не содержит алгоритмов для проверки компонентов, установленных с углом поворота, не кратным 90°, такие компоненты не будут проверяться вообще или будут выдавать ложные срабатывания.

На платах с нетипичным дизайном или небольшими габаритами при обвязке больших чипов компоненты могут располагаться под совершенно разными углами. Эта ситуация одинаково характерна для плат в изделиях разной степени сложности — от светодиодных ламп до спутников.

Круглая плата с неортогональным расположением элементов.

Например, круглая светодиодная лампа состоит из двух плат: источника питания на обычном стеклотекстолите FR4 и светодиодной платы на алюминиевой основе. Источник питания можно без проблем развести с ортогональной расстановкой компонентов, но светодиоды расставляют под углами, которые рассчитываются по формуле «360°, деленные на количество светодиодов».

Это особенно важно для работы с боковыми камерами, если в оборудовании не предусмотрен их поворот-подстройка под ориентацию компонентов.

Учтите особенности автоматизированного рентгеновского контроля (подход DFX)

Design for X-ray (DFX) поможет упростить работу с автоматизированным рентгеновским контролем печатного узла (AXI) и сократить количество ложных срабатываний. Вот что стоит учесть в этом подходе.

Минимизируйте количество конденсаторов, катушек и резисторов под выводами микросхем, которые будут проходить контроль. На рентгене эти компоненты могут быть интерпретированы как короткое замыкание, что приведет к ложному сигналу об ошибке.

Обведенный конденсатор может быть принят AXI (Automated X-ray Inspection) за короткое замыкание.

Похожая ошибка возможна, если коннекторы на обеих сторонах платы будут установлены в одинаковом положении.

Сделайте пады в футпринтах BGA отличными от круга. Форма скругленного квадрата, восьмиугольник или добавление teardrop на паде позволит однозначно определить, какой именно из контактов вы проверяете: припой с падом микросхемы или припой с платы. Это сильно упростит жизнь оператору рентген-установки.

Слева — cтандартные пады круглой формы, справа — восьмиугольные.

Все ли приемы применять?

Глубина DFA-анализа напрямую зависит от сложности печатного узла и запланированного тиража. Ниже мы приведем упрощенную схему, из которой, безусловно, возможны исключения.

Для простых узлов и небольших тиражей достаточно проверить корректность упаковки элементов, наличие поверхности под захват, реперных знаков хотя бы на мультизаготовке и отсутствие конфликтов корпусов. В случае с более сложным узлом стоит уделить внимание термобарьерам и зоне для центральной поддержки.

Если узел сложный или вы заказываете большой тираж, необходимо проверять пригодность узла к селективной пайке, автоматизированным рентгеновскому и оптическому контролям. Чем сложнее узел и больше тираж, тем более тщательной должна быть проверка топологии в процессе трассировки платы и перед отправкой конструкторской документации на производство.

Все описанное мной закреплено в ряде стандартов: IPC-M-109, IPC-A-610, IPC-7351. Если у вас появились вопросы по описанным процессам, задавайте их в комментариях!

Пайка SMD (от англ. surface mounted device) — технология поверхностного монтажа микросхем и дискретных элементов (в том числе BGA-компонентов), которая нуждается в особом паяльном оборудовании как при первичном выполнении работ, так и во время ремонта.

Ремонтный центр включает в свой состав микроустановщик MPL 3100 и систему конвекционной пайки ST 325,нижний подогреватель, штатив.

Микроустановщик предназначен для установки BGA-,Micro-BGA и Finepitch-компонентов с системой призм для одновременного обзора низа компонента и верха посадочного места, позволяет осуществлять качественный реболлинг. Имеет встроенную цветную видеокамеру, моторизованные подъем/опускание компонента, моторизованные зуммирование и фокусировка, устройство плавного захвата/установки компонента (без монитора). Система ST 325 предназначена для качественного монтажа/демонтажа BGA/SMD. Отсоединив паяльную головку от штатива ST 325 можно использовать в ручном режиме для пайки компонентов на паяльную пасту.

Почему именно конвекционный метод?

Производители BGA-компонентов рекомендуют пайку своих изделий только конвекционным методом, так как только активная конвекция, т.е. перемешивание воздуха в замкнутом объеме, позволяет обеспечить одинаковую температурную картину во всех точках этого объема.

BGA-компоненты сконструированы именно в расчете на конвекционную технологию пайки. В серийном производстве конвекционный метод реализуют в печи. При ремонте и в экспериментальном производстве необходима установка, способная точно имитировать условия пайки в печи для отдельного компонента. Именно этим требованиям отвечает данная система с удачным соотношением параметров цена/функциональность.

Для чего нужен термопрофиль?

Особенностью BGA-компонентов является то, что их выводы, представляющие собой контактные площадки с шариками припоя, расположенными под корпусом установленного на плату компонента и они недоступны для традиционных паяльных инструментов. Пайка этих компонентов выполняется путем сквозного прогрева корпуса.

При этом, верхняя часть корпуса нагревается быстрее, чем шариковые выводы, поскольку они контактируют с платой, что затрудняет их нагрев. Очевидно, если прогревать компонент с помощью фена с постоянной температурой или инфракрасного излучателя постоянной интенсивности, то при достижении необходимой температуры пайки на шариках (220°С) корпус окажется перегретым. Также при пайке с помощью инфракрасного излучателя невозможно точно контролировать температуру компонента. Т.к. различные материалы из которых изготовлен компонент имеют разную отражающую способность. При пайке происходит нагрев не только компонента, но и довольно большой области вокруг него, что приводит к короблению печатной платы либо может привести к перегреву соседних компонентов. Поэтому конвекционный метод зарекомендовал себя на всех крупных производствах как гражданского назначения так и военного.

Избежать перегрева позволяет поэтапное повышение температуры с выдержкой времени на каждом этапе для постепенного выравнивания температуры во всём объёме корпуса.