Пайка BGA микросхем дома
Технология пайки BGA микросхем в домашних условиях. Данная статья описывает процесс реболлинга BGA микросхем ( реболлинг — процесс восстановления шариковых выводов у BGA микросхем), а также их пайки с помощью фена. Сразу стоит отметить, что статья написана со слов моего друга, который использует данную технологию восстановления BGA микросхем для ремонта телефонов. Эффективность этого метода около 70% и это учитывая тот факт, что большинство восстанавливаемых микросхем имеет менее 200 выводов. Далее будет следовать описание самого процесса реболлинга BGA микросхем с фотографиями.
Включаем фен и устанавливаем температуру 330 — 370°C ( так как в современных мобильных телефонах используется в основном безсвинцовый припой, то и температура обычно равна 370°C). Устанавливаем минимальную скорость обдува, иначе поздувает близлежащие компоненты, дополнительно ближайшие зоны накрываем фольгой. При нагреве микросхемы необходимо постоянно двигать фен, чтоб не перегреть чип.
Далее с помощью паяльника аккуратно зачищаем посадочное место на печатной плате и приступаем к реболлингу микросхемы.
Сам процесс востановления шариков BGA микросхемы может идти двумя путями. Первый метод подразумевает наличие у Вас трафарета для этой микросхемы ( трафареты могут быть как под определенный вид микросхем, допустим 10х10 выводов с шагом 1 мм, так и представлять собой металлический лист с кучей трафаретов под разные микросхемы. Второй вариант предпочтительней при постоянном реболлинге, но имеет свой недостаток — такие трафареты обычно китайского производства, а значит не отличаются качеством). Перед реболлингом необходимо удалить остатки шариков используя для этого косичку. Далее с помощью трафарета на выводы микросхемы наносите большой слой паяльной пасты, затем нагреваете ее феном и получаете восстановленный корпус.
Процесс восстановления шариковых выводов BGA микросхемы без использования трафаретов немного труднее, но если приспособиться, то получается совсем неплохо. В этом случае Вам необходимо снять BGA микросхему с печатной платы таким образом, чтоб на ножках осталось как можно больше шариковых выводов ( для этого надо немного более подогреть микросхему). Далее очищаем микросхему от всевозможных остатков паяльных паст с помощью спиртобензина или любого другого растворителя. На те выводы где не осталось шариков с помощью паяльника, припоя и паяльной пасты напаиваете шарики, далее нагреваете феном всю нижнюю часть микросхемы и смотрите, как восстанавливаються выводы. Стоит отметить, что технология реболлинга без трафарета не подойдет для больших микросхем ( более 250 — 300 выводов). Также реболлинг врядли получиться на BGA микросхемах работающих в устройстве несколько лет ( более 2-3 лет), так как за это время может повредиться защитная маска.
Теперь давайте рассмотрим собственно процесс пайки BGA микросхемы на печатную плату.
Сначала мы намазываем паяльной пастой шарики микросхемы. Далее устанавливаем ее на печатную плату таким образом, чтоб края BGA микросхемы совпадали с шелкографией на плате, причем со всех четырех сторон. Включаем фен на температуру 330 — 370°C и ждем пока расплавится припой. После того как припой расплавится микросхема начнет немного двигаться занимая более устойчивое место. В конце этого процесса выключаем фен, ждем пока припой застынет и проверяем изделие на работоспособность.
Пример пайки микросхемы с корпусом BGA.
В современной электронике наблюдается тенденция к все большему уплотнению монтажа, что, в свою очередь, привело к появлению корпусов типа BGA. Размещение выводов под корпусом микросхемы позволяет разместить много выводов на небольшо площадке. Во многих современных электронных устройствах применяются микросхемы в таких корпусах. Однако наличие этих микросхем несколько усложняет ремонт электронной аппаратуры — пайка требует определенных навыков, большой аккуратности и знания технологий пайки.
После отпайки плата и микросхема выглядят так как показано на рис. 1.
Рис. 1.
Наносим спиртоканифоль (при пайке на плату пользоваться спиртоканифолью нельзя — низкое удельное сопротивление), греем и после отмывки плата выглядит так (см. рис. 2).
Рис. 2
Теперь то же самое проделаем с микросхемой и результат см. на рис. 3.
Рис. 3.
Просто припаять эту микросхему на старое место не получиться, очищаем от старого припоя контакты платы и микросхемы (рис. 4). Хорошо идет очистка просто паяльником (но можно использовать оплетку и фен). Весьма важно не повредить паяльную маску, иначе потом припой будет растекаться по дорожкам.
Рис. 4.
Накатка новых шаров — это следующий этап пайки. применить готовые шары — они просто раскладываются на контактные площадки и плавятся, но представьте себе сколько времени займет раскладывание ну например 250 шаров? «Трафаретная» технология позволяет получать шары намного более быстро и так же качественно.
Очень важно иметь качественную паяльную пасту. На фото виден результат нагрева небольшого количества пасты. Качественная (рис. 5) сразу же превращается в блестящий гладкий шарик, некачественная распадется на множество мелких шариков.
Рис. 5
Некачественной пасте не поможет даже смешивание с флюсом и нагрев до 400 градусов (рис. 6):
Микросхема закрепляется в трафарете (рис. 7):
Рис. 7.
Затем шпателем или просто пальцем наносится паяльная паста (рис. 8):
Рис. 8.
После чего, придерживая пинцетом трафарет (он при нагреве будет изгибаться), расплавляем пасту: Температура фена — максимум 300°, фен держим перпендикулярно. Трафарет придерживаем до полного застывания припоя (рис. 9).
Рис. 9
После остывания снимаем крепежную изоленту и феном с температурой 150° аккуратно нагреваем трафарет до плавления ФЛЮСА. После чего можно отделять микросхему от трафарета.
В результате получились вот такие ровные шары, микросхема готова к постановке на плату (рис. 10):
Рис. 10.
Далее следует пайка микросхемы на плату. Если риски на плате (которые нужно было сделать перед отпайкой) не сделаны, то позиционирование делем так: переворачиваем микросхему выводами кверху, прикладываем краешком к пятакам, чтобы совпадали с шарами, засекаем где должны быть края микросхемы (можно царапнуть тихонько иголочкой). Сначала одну сторону, потом перпендикулярную ей. Достаточно двух рисок. Потом ставим микросхему по рискам на плату и стараемся на ощупь шарами поймать пятаки по максимальной высоте. Т.е. надо встать как бы шарами на шары, вернее на остатки от прежних шаров на плате. Можно установить просто «заглядывая» под корпус, либо по шелкографии на плате.
Затем прогреваем микросхему до расплавления припоя. Микросхема сама точно встанет на место под действием сил поверхностного натяжения расплавленного припоя (рис.
11). Момент расплавления припоя хорошо заметен — микросхема немного шевелится, «устраиваясь поудобнее». Флюса нужно наносить очень мало. Температура фена должна быть в пределах 320-350°, в зависимости от размера чипа. .
Рис. 11.
Все, что вы должны знать о микросхеме BGA
BGA расшифровывается как «массив шариковых решеток». Это тип упаковки интегральной схемы, в которой микросхемы в форме шариков припаяны к плате. Массив шариковых решеток является наиболее распространенным типом упаковки ИС и используется для различных электронных приложений.
Хотя BGA может показаться простым вариантом упаковки, у него есть некоторые уникальные проблемы и недостатки. В этой статье рассказывается все, что вам нужно знать о корпусах BGA, включая распространенные варианты BGA, почему используется BGA, для чего можно использовать микросхемы BGA, их плюсы и минусы, типы, производственный процесс и многое другое. Давайте начнем.
Содержание
Что делает микросхема BGA?
Микросхема BGA используется для различных электронных приложений.
Он используется в компьютерах, мобильных телефонах, цифровых камерах и других электронных продуктах. Они обычно используются в новейших микропроцессорных пакетах ЦП.
Микросхемы BGA обычно изготавливаются из многослойной печатной платы (PCB) с шариками припоя, прикрепленными к плате для представления каждого соединения интегральной схемы.
Эти шарики припоя являются электрическими контактами корпуса BGA и образуют сетку на поверхности печатной платы.
Корпус BGA используется для межсоединений высокой плотности и позволяет повысить производительность электронных устройств.
Как выглядит типичный чип BGA?
Корпус BGA представляет собой микросхему прямоугольной формы. На нем есть одна матрица, и матрица обычно устанавливается в середине упаковки. Корпус шариковой решетки (BGA) состоит из двух взаимосвязанных частей, а именно сердцевины и подложки.
Сердцевина представляет собой лист металла или керамики, который служит опорой для активного устройства (устройств).
Подложка обычно изготавливается из стекла или пластика и состоит из предварительно отформованных шариков припоя.
Предлагается в двух вариантах: однонаправленном и двунаправленном. В однонаправленном BGA шарики припоя отсутствуют в обоих направлениях дорожек печатной платы, но шарики припоя есть только в одном направлении. В двунаправленном BGA шарики припоя расположены в обоих направлениях дорожек печатной платы.
Компоненты микросхемы BGA
Основные компоненты микросхемы BGA включают:
Кристалл
Кристалл — это реальное полупроводниковое устройство, которое используется для выполнения функции микросхемы. Он состоит из транзисторов, резисторов, диодов, конденсаторов и других электронных компонентов.
Матрица обычно изготавливается из кремния. Матрица покрыта защитным слоем, называемым «диоксидом кремния» или «оксидом». Предотвращает загрязнение другими веществами. Затем кристалл прикрепляется к подложке упаковки с помощью метода, называемого проволочным соединением.
Пакет Ball Grid Array (BGA)
BGA — это контейнер, в котором находятся все компоненты микросхемы. Он состоит из подложки с шариками припоя, присутствующими на ее поверхности. Шарики припоя представляют собой электрические контакты корпуса BGA и образуют сетку на поверхности печатной платы.
Количество и плотность шариков припоя зависят от размера корпуса BGA. Например, если у нас есть BGA с шагом 0,5 мм, то в нем будет 15000 шариков припоя, тогда как если у нас есть шаг 1 мм, то в нем будет 3000 шариков припоя.
Основной целью использования корпуса BGA является повышение производительности при меньшем объеме занимаемого места. Следовательно, они в основном используются в межсоединениях с высокой плотностью, таких как пакеты микропроцессоров ЦП и микросхемы памяти.
Шарики припоя
Шарики припоя представляют собой небольшие сферические шарики припоя, присутствующие на поверхности подложки. Они присутствуют в виде сетки, отсюда и название.
Эти шарики припоя используются для соединения компонентов с печатной платой.
В корпусе BGA есть подложка сердечника, и каждый шарик припоя прикреплен к ней с помощью клея, называемого «жидкой эпоксидной смолой». Жидкая эпоксидная смола отверждается путем нагревания до определенной температуры, которая зависит от ее состава.
Процесс отверждения занимает некоторое время, поэтому в течение этого времени корпус BGA нельзя использовать ни для каких целей. Время отверждения также зависит от размера корпуса BGA и его состава.
Количество шариков припоя в корпусе BGA зависит от его размера и шага, как указано выше.
Подложка
Подложка — это плата, на которую крепится корпус BGA. Это тонкий кусок стекла или пластика. Он имеет базовый слой, содержащий шарики припоя, и верхний слой, удерживающий подложку на месте. Верхний слой подложки может быть изготовлен из любого материала, такого как медь, алюминий, никель, титан и т. д., в зависимости от требований заказчика.
Шаг
Шаг означает количество шариков припоя на квадратный дюйм. Другими словами, это количество шариков припоя на одном квадратном дюйме площади печатной платы. Шаг варьируется в разных корпусах BGA, и они указываются их производителями в соответствии с их требованиями.
Трассировка
Трассировка — это часть корпуса микросхемы BGA, которая соединяет устройство с материнской платой. Он состоит из медных проводов, которые используются для передачи сигналов от одного компонента к другим компонентам на печатной плате.
Ширина дорожки также указывается производителями и варьируется в зависимости от корпуса BGA.
Семейства/типы микросхем BGA
Перед покупкой микросхем BGA следует знать, что они не все одинаковы. Они подразделяются на различные варианты и пакеты в зависимости от их физических и электрических свойств.
Три основных типа BGA:
PBGA
PBGA означает массив пластиковых шариков. Как следует из названия, в качестве основного упаковочного материала используется пластик.
Упаковка разделена на две половины, каждая из которых имеет несколько шариков для хранения чипсов внутри. Размер шарика 0402 и 0201, которые являются наиболее распространенными размерами, используемыми в корпусах BGA.
Преимущества
Основные преимущества PBGA:
-Низкая стоимость, так как материалы, используемые для изготовления микросхем, легкодоступны.
-Отличная тепловая совместимость.
-Обеспечивает отличные электрические характеристики.
Недостатки.
CBGA
Аббревиатура CBGA означает массив керамических шариков. Основными материалами, используемыми в этой упаковке, являются керамические шарики.
Преимущества
Основные преимущества CBGA:
— Отличные электрические характеристики, тепловые и физические характеристики по сравнению с PBGA
— Более высокая надежность, чем у микросхем PBGA
— Упаковка высокой плотности, которая может снизить стоимость и размеры системы шарики легко ломаются.
Это может вызвать короткое замыкание на печатной плате, что может привести к повреждению других компонентов на плате. Поэтому его следует тщательно упаковать.
TBGA
TBGA расшифровывается как Термически улучшенная решетка из шариков. Основными материалами, используемыми в этой упаковке, являются термически выращенные SiO и Si.
Преимущества
Основные преимущества TBGA:
— Отличные тепловые свойства или рассеивание тепла по сравнению с PBGA
— Хорошие электрические характеристики и надежность
— Упаковка высокой плотности, которая может снизить стоимость и размер системы.
Недостатки
Основным недостатком TBGA является то, что тепловое расширение может привести к растрескиванию SiO и Si, что может привести к короткому замыканию на печатной плате, что может привести к повреждению других компонентов на плате. Поэтому его следует тщательно упаковать.
Проверка микросхем BGA
Перед отправкой целевым клиентам микросхемы BGA должны быть проверены.
Это делается для выяснения особенностей и параметров чипа. Рентгеновский контроль является наиболее идеальным методом проверки стружки.
Основные параметры, которые выявляются при проверке микросхем BGA, включают:
— Радиус припоя: Это относится к расстоянию между припоем на чипе.
-Высота чипа: Это относится к расстоянию чипа от печатной платы.
— Ширина чипа: это расстояние от чипа до ближайшего паяного соединения.
— Плотность паяных соединений: Плотность определяется как мера того, насколько близко друг к другу находятся два объекта. В данном случае это мера того, сколько паяных соединений приходится на единицу площади.
— Шаг пайки: определяется как расстояние между двумя точками пайки на данной плате. Он определяется как (шаг доски * количество фишек).
— Плотность контактных площадок BGA: определяется как (количество контактных площадок BGA на единицу площади) и показывает, сколько контактных площадок BGA на единицу площади приходится на вашу плату.
Обратите внимание, что этот параметр применяется только к платам, на которых контактные площадки BGA используются для соединений ввода-вывода или где контактные площадки BGA используются для соединения с другими платами.
-Отклонение от круглой формы: определяется как (радиус изгиба+шаг+ширина) и представляет собой отклонение от идеальной круглой формы чипов BGA.
-Количество дорожек BGA: определяется как количество дорожек BGA на данной плате.
— Шаг дорожки BGA: это расстояние между двумя дорожками BGA на данной плате.
Как выровнять BGA-микросхему?
Выравнивание микросхем BGA — это процесс выравнивания микросхем BGA на плате таким образом, чтобы все края микросхем BGA совпадали с краями платы. Причина, по которой это важно, заключается в том, что это обеспечивает правильное электрическое соединение между микросхемой BGA и платой.
Существует несколько методов выравнивания микросхем BGA на плате. Наиболее распространенный метод заключается в использовании приспособления для обработки, чтобы удерживать все микросхемы BGA на месте.
В другом методе используется специальное приспособление, которое удерживает все микросхемы BGA на месте, но также позволяет им вращаться и перемещаться по осям X-Y, а также по осям Y-Z. Третий подход предполагает использование станка с ЧПУ с поворотным столом, который может перемещать все компоненты по осям X, Y и Z по отдельности.
Процесс выравнивания для каждого метода начинается с размещения всех компонентов на рабочей поверхности и перемещения каждого компонента из одного положения в другое в попытке выровнять их идеально прямо (или, по крайней мере, достаточно близко). После того, как они выровнены, микросхема BGA выравнивается с использованием метода, который используется для ее выравнивания в процессе производства.
Нужна ли паяльная паста для чипа BGA?
Да, для микросхем BGA требуется паяльная паста. Паяльная паста BGA — это особый тип припоя, который имеет меньший диаметр и другую температуру плавления, чем обычный припой.
Микросхема BGA имеет контактные площадки, которые либо не подключены, либо соединены с другими контактными площадками на плате.
Чип BGA потребует пайки, чтобы завершить схему.
Паяльная паста удерживает компоненты на месте, в то время как тепло от железа плавит их, позволяя компонентам оставаться на месте до тех пор, пока они не будут припаяны.
Микросхема BGA Монтаж компонентов
Монтаж компонентов относится к процессу размещения компонентов BGA на плате.
Компоненты размещаются с помощью монтажного инструмента для печатных плат. Инструмент для монтажа на плате — это особый тип инструмента для соединения проводов, который можно использовать для размещения компонентов BGA на печатной плате.
Компонент BGA имеет контактные площадки, которые либо не подключены, либо соединены с другими контактными площадками на плате. Компонент BGA потребует пайки, чтобы завершить схему.
При размещении компонентов важно убедиться, что они размещены в правильном месте и правильно ориентированы.
Если компонент неправильно ориентирован, он будет плохо работать или даже может повредить цепь из-за короткого замыкания.
Микросхема BGA Типы разъемов
Существует два типа соединителей, используемых для компонентов BGA: штыревые и гнездовые соединители. Оба типа соединителей могут использоваться как для сквозного, так и для поверхностного монтажа, в зависимости от того, как они крепятся к печатной плате. В микросхемах BGA
используются как штыревые, так и гнездовые разъемы.
Штыревой разъем BGA предназначен для сопряжения с гнездовым разъемом BGA. Если штыревой компонент BGA подключен к печатной плате с помощью гнездового разъема BGA, он будет иметь плохую производительность или даже вызвать повреждение цепи из-за короткого замыкания.
Чтобы обеспечить правильную ориентацию штекерных и гнездовых разъемов, полезно разместить оба разъема на верхней части печатной платы перед их пайкой на месте.
Где купить микросхемы BGA?
BGA — очень распространенный тип полупроводниковых устройств, но он не очень популярен. Это означает, что поставщиков микросхем BGA относительно немного.
Даже если у вас есть нужные компоненты, трудно найти поставщика, который может поставить подходящий чип BGA для вашего приложения.
Это означает, что вам нужно будет провести некоторое исследование и связаться со многими поставщиками, прежде чем найти подходящего.
Более гладкий путь — выбрать поставщика микросхем BGA. Они сделают все источники для вас. Например, если вы выберете агента по поиску BGA в Китае, такого как ICRFQ, мы найдем для вас подходящего производителя и поставщика.
Если вы хотите найти других дистрибьюторов электронных компонентов, ознакомьтесь со следующими статьями:
9Дистрибьюторы электронных компонентов в Индии
Дистрибьюторы электронных компонентов в Сингапуре
Дистрибьюторы электронных компонентов в Южной Корее
Дистрибьюторы электронных компонентов в Тайване
Дистрибьюторы электронных компонентов в Гонконге
pcb — Почему нет чипов BGA с треугольной мозаикой круглых площадок («шестиугольная сетка»)?
спросил
Изменено 6 лет, 4 месяца назад
Просмотрено 3к раз
\$\начало группы\$
Решетчатые массивы с шаровыми решетками представляют собой выгодные пакеты интегральных схем, когда первостепенное значение имеют высокая плотность межсоединений и/или низкая паразитная индуктивность.
Однако все они используют прямоугольную сетку.
Треугольная мозаика позволяет зарезервировать π⁄√12 или 90,69% площади для шариков припоя и окружающего зазора, в то время как вездесущая квадратная мозаика позволяет использовать только π/4 или 78,54% площади.
Теоретически треугольная мозаика позволит либо уменьшить площадь поверхности чипа на 13,4%, либо увеличить размер шарика и/или зазор при сохранении той же площади поверхности.
Выбор кажется очевидным, но такого пакета я еще не видел. Каковы причины этого? Не станет ли слишком сложной трассировка сигналов, как-то пострадает технологичность платы, сделает ли это нецелесообразным заполнение клеем или концепция кем-то запатентована?
- печатная плата
- интегральная схема
- поверхностный монтаж
- печатная плата в сборе
- bga
\$\конечная группа\$
5
\$\начало группы\$
Если вы не используете переходные отверстия в контактных площадках, которые стоят дороже, вам нужно место для установки переходных отверстий между контактными площадками, например,
\$\конечная группа\$
2
\$\начало группы\$
Главным образом потому, что нам нужно место для маршрутизации из этих контактных площадок:
На первом рисунке видно, что для BGA приличного размера (примерно 400 шариков) потребуется около 6 или более слоев.
Еще более плотная упаковка означает, что вам абсолютно необходимо переходное отверстие и, возможно, потребуется больше слоев. Это стоит больше денег, потому что это сложнее в производстве.
Какой-то умный парень из Texas Instruments придумал технологию, которую они называют Via Channel, чтобы упростить этот процесс маршрутизации (часто называемый разветвлением), а также уменьшить требования к размеру, о которых вы говорите. Интересную презентацию можно найти здесь (оттуда же я взял эту картинку).
\$\конечная группа\$
0
\$\начало группы\$
Что произойдет, если вам нужно провести дорожку от центра BGA к другой части печатной платы? На квадратной сетке вы можете просто провести прямую линию, но на шестиугольной сетке вам нужно много изгибов. Работа с очень тонкой сеткой маршрутизации внутри шестиугольного массива шаров не доставляет удовольствия и потребует гораздо больше времени.
Маршрутизация с 0°, 45° и 9Только 0° не получится, понадобятся еще углы 30° и 60°. Автоматические маршрутизаторы для печатных плат могут работать не очень хорошо, если они предназначены только для сетки с квадратными выводами. Возможно, что для многослойной платы потребуется 2 или 4 дополнительные плоскости, если используется такая плотная шестигранная упаковка. Если между площадками сетки BGA нет места для переходных отверстий, может потребоваться еще больше слоев (возможны только переходные отверстия внутри контактных площадок). Разработка библиотечного символа печатной платы для такого шестиугольного массива будет сложной, трудоемкой и подверженной ошибкам, если для размещения контактных площадок используется только квадратная сетка. Точное размещение подушечек займет много времени.
\$\конечная группа\$
1
\$\начало группы\$
В некоторых упаковках используется шестигранная упаковка именно по той причине, которую вы описываете.
