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.
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.
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.
Порядок действий
- Для качественной пайки BGA-корпусов очень важна предварительная подготовка посадочного места (его ещё называют «рабочей областью»). Ремонтируемая плата помещается на горизонтальную платформу, имеющую нижний подогрев инфракрасным излучателем локального действия. Этот излучатель направляется на отпаиваемый BGA чип. При нижнем нагреве станция следит за температурой.
Она не должна превышать 200°С, так как требуется только подогрев припоя для облегчения демонтажа элемента. Сверху нагрев осуществляется горячим воздухом целенаправленного действия. Обычно для чипов средних размеров температуру выставляют в пределах 330–360°С.
Процедура занимает около минуты. Нагрев осуществляется по краям платы, исключая центр микросхемы.Это требуется для предотвращения перегрева кристалла. Следует учитывать время и интенсивность обработки микросхемы воздухом. Так как компоновка элементов очень плотная, то существует вероятность перегреть соседние элементы. Для этого их укрывают специальной защитной пленкой.
- После этого можно производить демонтаж микросхемы.
Для этого используется «подъемник» чипа, который входит в комплект станции. Данное приспособление необходимо для отделения ремонтируемой микросхемы от печатной платы. Этап очень ответственный. При недостаточном нагреве существует риск оборвать дорожки.
- Следующим этапом необходимо очистить электронную плату и чип от остатков припоя.
Здесь очень важно не испортить паяльную маску, в противном случае возможно растекание припоя по дорожкам. Для удаления используется паяльник с насадкой типа «волна». Его использование эффективно и позволяет добиться максимально качественного результата.
- Далее технология BGA пайки предусматривает накатывание новых контактных выводов на чипе. Возможно применение готовых шаров.
Но зачастую контактная площадка состоит из сотни выводов. Поэтому в промышленном случае используются специализированные трафаретные площадки, в которых закрепляется микросхема. При реболлинге важный элемент – высококачественная паяльная паста. Такие экземпляры при нагревании дают ровный и гладкий шарик. А некачественные пасты распадаются на большое количество мелких шариков.
- Заключительная процедура пайки BGA микросхемы — установка ее на место. Элемент устанавливается, исходя из шелкографии, нанесенной на саму плату или монтажных меток. Затем микросхема прогревается горячим воздухом и за счет сил поверхностного натяжения от действия расплавленного припоя фиксируется на первоначальном участке демонтажа, занимая «удобную позицию».
На этом ремонтные процедуры завершены. Плата промывается аэрозолю flux-off и проверяется на работоспособность.
Подробнее об особенностях BGA монтажа читайте:
Реболлинг и пайка чипов с bga подошвой
Меня периодически спрашивают, «Почему замена чипа на ноутбуке такая дорогая?!», иногда добавляя, что «Я смотрееел, на аллиэкспресе этот чип стоит 1000руб, а вы просите 6000!».
Периодически меня это напрягало, иногда до прогорания задницы, и я, наконец-то решил описать техпроцесс замены чипа, и объяснить, почему так дорого. Изначально я планировал опубликовать эту статейку на нашем сайте, но подумал, что и Вам будет интересно поглядеть…
Весь процесс во время фотографирования производился на «доноре» — чипе, снятом с неработающей материнской платы.
Даже из хороших источников (я не говорю про заказ напрямую от производителя) чипы приходят с чем попало вместо шариков-ножек. Это может быть свинцовый или безсвинцовый припой (их температуры плавления заметно отличаются), а может быть и их непонятная и неклассифицированная смесь, которой паять попросту нельзя. Причем, определить, из чего именно состоят шары, практически невозможно.
А бывают и случаи, когда клиент для экономии (или в виду раритетности чипа) просит поставить чип из донора.
Поэтому, в большинстве случаев, «родные» шары осторожно снимаются паяльником.
Осторожно — потому что если садануть со всей силы, то велика вероятность сорвать контактные площадки (пятачки). А если слишком сильно и неравномерно прогреть — можно получить расслоение текстолита подложки (сам чип — это полупроводниковый кристалл, который точно так же припаян к подложке, как подложка припаивается к плате).
Сам чип (видно, что донор, на «левом» углу остатки компаунда, которым чип на заводе фиксируют к плате перед пайкой), хаб (северный и южный мост на одном кристалле) от ноутбука Acer 5520:
С конкретно этой моделью хаба nVidia конкретно облажалась — у компаунда плохие показатели температурного расширения, от «болтанок» температуры кристалл отслаивается от подложки.
Плюс сами Acer облажались с системой охлаждения на него.
Фото процесса снятия, к сожалению, не делал (да и нет в нем ни чего показательного).
Снимать ножки нужно осторожно и внимательно — нужно, чтобы остатков припоя на пятаках были как можно меньше, и они были одинаковыми.
После этого намазываем подошву ровным тонким слоем флюс-геля. На этом этапе подходит практически любой мягкий флюс — термопрофиль не соблюдается во время посадки новых шаров. Единственные требования к флюсу — чтобы он не сильно кипел, и чтобы не полимеризовался сразу после выкипания основы.
Я для этих целей использую FluxPlus D-500, классный флюс для повседневной пайки.
Чип со снятыми шарами и обмазанный флюсом:
При активации (нагревания до определенной температуры с усилением растворительных свойств) он начинает кипеть. Если флюса намазать слишком много — то кипением выдавит шарики из трафарета. Если же намазать слишком много — то флюс не покроет расплавившийся на пятаках припой и шар, и нормальной припайки шара не произойдет. Так что толщина слоя флюса очень важна…
Далее накладываем на чип с флюсом трафарет. Трафарет, разумеется, должен быть конкретно под нужную подошву чипа. Иногда, конечно, приходится извращаться с универсальными трафаретами, если нужного не достать, но это редко.
Я выбрал трафареты прямого нагрева (когда они выдерживают нагрев воздухом или ИК станцией до 400С. Существует еще вариант с нанесением паяльной пасты на трафарет с последующим его снятием, но это более трудоёмко и долго, там полно своих нюансов.
Важно обратить внимание, чтобы в просветы трафарета было видно каждый пятак. Если есть сомнения — лучше поглядеть под микроскопом, почему его не видно — туда могла попасть соринка, которая очень осложнит жизнь.
Это занятие требует очень хорошей координации рук и остроты зрения. Если начать елозить трафаретом по подошве — часть флюса выдавится через просветы, и к нему начнут прилипать шарики.
Стоит обратить внимание, что трафарет — это расходник. Стоит он порядка 200руб, и хватает его на 3-10 паек. Дальше его гнёт, и накатывать шары становится трудно. Всё, конечно, зависит от качества и размера трафарета, есть у меня трафарет для 216-0752001, который уже 50ю пайку пережил, правда, он маленький по размеру, и и у него рисунок подошвы симметричный — его можно прикладывать поочередно, то лицом, то изнанкой, и получается, что его выгибает то в одну, то в другую сторону.
Фото наложенного трафарета:
Дальше начинается «Золушкина работа». Шариковые ножки продаются в баночках, россыпью. Обычно в баночек около 250к шаров.
Наша цель — в каждый просвет трафарета засунуть ровно 1 шар. Не больше, не меньше.
Если не засунуть хотя бы один шар, припаять его отдельно от остальных крайне трудно, и далеко не всегда получается. Если же засунуть два шара — то они сплавятся воедино, и эта ножка будет больше в 1.4 раза. При припайке чипа, его натянет на остальные ножки поверхностное натяжение, этот шар раздавит и он замкнет соседей.
Диаметры шаров конкретно у этого чипа целых 0.5мм. «Целых» — потому что у интеловских хабов они 0.25мм, и посажены они на много плотнее.
Шарики в «корытце»:
Насыпаем немного шаров в корыто, чип кладём во второе корыто и засыпаем шары на трафарет, ссыпаем лишние шары (их можно использовать вновь, если они не исмазались во флюсе), и зубочисткой осторожно закатываем шары в просветы (такая себе миниатюрная игра в бильярд), а лишние — скидываем с трафарета. Зрение здесь напрягается жутко, ведь размер чипа около 3см в ребре, а шаров там несколько сотен.
Важно не проглазеть пропущенные чипы и просветы с двумя шарами (вароятность этого повышается при мелких шариках, 0.25-0,35мм, и от привости трафарета). Последнее время я беру за правило осматривать каждый шар и просвет под микроскопом после усадки.
Хотел снять видео этого процесса, но там ни хрена не видно — камера плохая… Тупо сижу и тыкаю в трафарет зубочисткой, как душевнобольной.
Дальше нужно аккуратно перенести этот бутерброд с икрой на поверхность пайки. Это может быть или дохлая материнская плата с большим куском «незастроенного» пространства, либо подогретая керамика. Класть чип на слишком холодную и слишком теплоёмкую поверхность нельзя — кристалл треснет.
После этого либо дуем сверху горячим воздухом (не более 320С со средним потоком), либо греем на ИК станции (до 250С медленно, с приоритетом верхнего подогрева). Лично я усаживаю воздухом — банально быстрее. Дуть надо осторожно и равномерно, плавно, чтобы вся поверхность подложки нагревалась одновременно и медленно, иначе либо закипит флюс с одного из углов и трафарет уплывёт, либо расслоится плата от больших скачков температуры.
Процесс жутко дымный — поток воздуха быстрее окисляет флюс, чем стоячий воздух возле нагревателя ИК-станции:
Ну, а тут можно лицезреть деанонимизированного меня, а так же шприц с флюсом, баночку с шарами и прочую дребедень:
К сожалению, камера не смогла передать ту дымищу, которая там творится…
Важно следить, чтобы все шарики расплавились (видно по усилению блеска), и гарантированно сплавились с пятачками. Обычно даже видно, как они начинают скакать в просвете, постепенно выравниваясь (изначально они болтаются в просвете как дерьмо в проруби, и прилипают к случайной стороне стенки). Если заметно, что один шарик блестит сильнее других или чуть выпирает надо всеми — значит, он не припаялся, и ему нужно помогать зубочисткой. Если рука дрогнет — трафарет сместится, и процесс придется начинать с самого начала. Если же этого не сделать — то при расслаивании трафарета от подложки этот шарик либо останется на трафарете (в лучшем случае), либо будет просто приклеен к чипу флюсом (в худшем, если этого не заметить — он может укатиться при посадке чипа на плату).
Проглядеть же несевший шарик легко — от ровных рядов глаза разбегаются…
На фото видно, что шарики стоят ровными рядами. Стоит уточнить, что фото сделано на отдельном чипе, который я накатал специально для этого фото (почему — чуть дальше):
После того, как шары гарантированно уселись, убираем фен, и у нас есть всего несколько секунд, пока чип не остыл и флюс не полимеризовался.
За эти секунды нужно пинцетом поднять его строго за выступающий край трафарета (приподнять один бок), и между трафаретом и подложкой просунуть лезвие, отслоив трафарет. Ну, и убрать его в мойку.
Важно учесть, что после начала остывания должно пройти секунд 5, пока застынут шарики (станут меньше блестеть), но не более 15, пока не остыл флюс.
Если же не сделать этого сразу — то придется подогревать весь этот бутерброд, чтобы снова размягчить флюс.
Чип тоже после этого моется растворителем (вонина жуткая), сушится при 150С на плитке в течение получаса, и он готов к посадке на плату.
На фото чип и трафарет после их расслоения:
После мойки в очередной раз осматриваем чип под микроскопом, чтобы убедиться, что все шары сидят где нужно, что грязи и ворса не осталось, и что подошву не поцарапали.
Всё, чип готов к посадке на плату. Реболл завершен успешно.
Пишу с работы, пора валить домой, выгоняют. Вечером напишу продолжение — саму пайку (если, конечно, не обматерят, и не скажут, что я рукоблуд и всё делается не так :)).
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.
