Основы конвекционного метода.
Современный подход к неповреждающему монтажу и демонтажу поверхностных компонентов.

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 отвечают паяльные системы серии TF ( ThermoFlo ) .

Конвекционный метод, используемый в этих системах, основан на нагреве воздуха в объеме сопла, накрывающего компонент, за счет подачи в этот объем дополнительного горячего воздуха со скоростью, необходимой только для его перемешивания и выравнивания температуры во всем объеме сопла.

Не следует путать конвекционный процесс с работой обычного фена, осуществляющего нагрев путем обдува объекта раскаленным потоком воздуха. В отличие от фена пайка BGA-компонентов на системах TF не сопровождается растеканием горячего воздуха по плате и нагревом соседних компонентов. Кроме того, использование фена без антистатической защиты существенно увеличивает риск повреждения компонентов статическим электричеством, наведенным движущимся потоком воздуха.

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.

Избежать перегрева позволяет поэтапное повышение температуры с выдержкой времени на каждом этапе для постепенного выравнивания температуры во всём объёме корпуса. Весь цикл нагрева компонента в программируемой конвекционной установке представляет собой последовательную отработку четырёх температурных зон или термопрофиля:

1. Зона предварительного подогрева (Preheat) — 100 ё 140°C
Выпаривание растворителя из флюса или паяльной пасты для предотвращения их разбрызгивания при пайке. Скорость повышения температуры керамических компонентов в этой зоне — не более 5°C/сек.

2. Зона теплового насыщения (Soak) до170°C
(для припоя с температурой плавления 183°C)
Выравнивание температуры по всему объему компонента для уменьшения температурного разброса в следующей за данной зоной зоне пайки.
Активизация и растекание флюса, растворение окисной пленки на контактах.

3. Зона пайки (Reflow) 220°C
Расплавление припоя, содержащегося в паяльной пасте или в шариках
BGA–компонентов (если шарики изготовлены из эвтектического сплава). Время выдержки в этой зоне определяется моментом полного расплавления припоя плюс 10 секунд, необходимых для полного растекания и смачивания контактов.

4. Зона охлаждения (Cooldown)
Медленное охлаждение керамических компонентов и более интенсивное — пластиковых. Именно по такому циклу работают все промышленные паяльные печи, и именно на такой режим пайки рассчитаны все поверхностные компоненты.

Монтаж BGA–компонентов.
Подготовка печатной платы
BGA–компоненты в пластиковом корпусе поставляются с припаянными к корпусу шариками из эвтектического припоя 63Sn/37Pb. Этого припоя достаточно для образования качественного соединения, поэтому для монтажа пластиковых корпусов требуется только покрыть флюсом контактные площадки платы. Рекомендуется использовать флюс, не требующий смывки, так как удаление его после монтажа компонента затруднено ограниченным доступом к выводам последнего.

Несколько сложнее обстоит дело с керамическими корпусами, шарики которых изготовлены из тугоплавкого припоя 90Pb/10Sn. Такие шарики, выполняя лишь роль опоры для массивного компонента, при пайке не расплавляются. В этом случае можно с помощью трафарета или дозатора нанести на печатную плату паяльную пасту с эвтектическим припоем, который и обеспечит соединение шариков с контактными площадками платы.

Более удобным приёмом является нанесение паяльной пасты непосредственно на шарики BGA–компонента с помощью специального шаблона Stenciling Kit фирмы PACE

Позиционирование и пайка
Несмотря на экзотический внешний вид, BGA–компоненты являются очень технологичными в связи с их способностью к самопозиционированию под действием сил поверхностного натяжения, возникающих при расплавлении шариков. Именно поэтому не нужно добиваться сверхточной установки компонента перед пайкой. Вполне достаточно сориентировать корпус по реперным знакам или шёлкографическому контуру — то или другое обычно наносится на плату при её изготовлении. Все неточности установки будут устранены силами поверхностного натяжения, когда корпус начнет свободно «плавать» на расплавленных шариках припоя. Если на плате отсутствуют какие–либо ориентиры, используется центрирующая рамка, представляющая собой прямоугольную металлическую пластинку с прямоугольным же отверстием посередине. Внешний габарит рамки совпадает с внешним габаритом компонента, а внутреннее отверстие выполнено точно по габаритам поля выводов компонента.

Техника позиционирования здесь следующая:

1. центрирующая рамка помещается на плату таким образом, чтобы контур её внутреннего отверстия плотно прилегал к границам поля контактных площадок на плате,
2. компонент вставляется в сопло конвекционной системы ThermoFlo и удерживается вакуумной присоской, расположенной внутри сопла. Затем сопло вместе с компонентом опускается почти до уровня печатной платы,
3. с помощью прецизионного координатного столика плата перемещается в горизонтальной плоскости так, чтобы при взгляде сверху внешний контур рамки совпал с контуром компонента, после чего
4. компонент отводится вверх, а рамка удаляется.

Спозиционированный компонент вновь опускается на плату, вакуумная присоска выключается и отводится, сопло устанавливается над компонентом с небольшим зазором — зазор создаёт возможность для «свободного плавания» компонента.

Запускается цикл нагрева и система начинает отрабатывать термопрофиль. Горячий воздух подается в сопло под минимальным давлением. Это давление является достаточным только для поддержания над компонентом нужной температуры. Механическое воздействие воздуха на компонент отсутствует. Отсутствует и растекание горячего воздуха по плате, вызывающее нежелательный нагрев соседних с компонентом участков платы. Благодаря внутренним перегородкам сопла воздух распределяется таким образом, чтобы обеспечить равномерный нагрева компонента, и вытесняется вверх через специальные прорези.

По завершении цикла пайки система подает звуковой сигнал, а при выполнении демонтажа — ещё и автоматически включает вакуумный захват.

Легко видеть, что выполнение операций по монтажу и демонтажу BGA–компонентов при помощи ThermoFlo не вызывает никаких проблем и не требует от оператора специальных навыков.

Следует отметить, что всё сказанное о самопозиционировании компонентов относится лишь к пластиковым корпусам. Керамические BGA–компоненты не «плавают», т.к. их шарики не плавятся в процессе пайки.

Приведенный выше метод может использоваться и при работе с керамическими корпусами, но результат будет зависеть от точности нанесения на плату ориентирующих знаков. Как правило, для ремонтных целей получаемая степень совмещения является достаточно, а для серийной установки керамических BGA дополнительно потребуется система видеосовмещения.

Восстановление шариковых выводов

Если вы хотите повторно использовать демонтированный BGA–компонент, вам придётся восстановить шариковые выводы, которые при демонтаже превратились в бесформенные капельки припоя, подлежащие обязательному удалению с помощью вакуумного паяльника SX–80 или оплётки.

Наибольшее распространение получил метод восстановления шариков, основанный на использовании трафаретов. Через трафарет на компонент наносятся либо новые калиброванные шарики, либо паяльная паста.

Для выполнения этой операции используется набор WPRB–1000 , содержащий все необходимые принадлежности, а также стальные трафареты с отверстиями, выполненными с шагом 1.0, 1.27 и 1.5мм.

После нанесения паяльной пасты или шариков компонент вместе с трафаретом, закрепленном на специальной подставке, нагревают до полного расплавления шариков и их припаивания к контактам компонента.

Это может быть выполнено на установке ThermoFlo или в паяльной печи по термопрофилю, соответствующему операции восстановления шариков ( Reballing ).

Устройство HS200 является автономным, но может управляться
и от ThermoFlo — одновременно
с отработкой термопрофиля.

Направленный снизу вверх воздушный поток подогревает плату со скоростью, безопасной для керамики, а затем тепловое излучение поверхности нагревательного элемента поддерживает температуру платы на заданном уровне.

Нижний подогрев позволяет:
уменьшить теплоотвод в плату и сократить время пайки компонента,
предотвратить коробление, к которому склонны многослойные печатные платы при одностороннем нагреве.

Другой метод
(с) авторства к сожалению не помню
P.S. Текст приведён без изменения.

BGA технологии. И как паять без трафаретов?

как паять ? да так например сижу как дурак и каждую ножку на микросхеме тонким паяльником вытягиваю маленький конус получается и также на плате телефона. потом на плате помазать флюсом хотя бы и положить сверху микруху. потом греешь акуратно и все. сложно долго конечно и микросхема в притык к плате получается но на без рыбье как говориться и рак рыба.

А какая разница впритык она или не впритык...Снимаеш феном микросхему чистиш от припоя микросхему и плату на микросхеме паяльником делаеш маленькие бугорки или сосульки желательно одинаковой величины мажеш плату флюсом садиш микросхему , точно по меткам и пропаиваеш феном возьми пару убитых плат и по тринеруйся

Флюс - канифоль, глицерин? Я беру фирменую пасту флюс Я вообще паяю ЛТИ-120. Правда отмывать приходится потом. BGA тоже сажал прям на плату - тоже ЛТИ использовал. А на работе и флюсы безотмывочные, трафареты, пасты... у кого нет трафаретов...А сажать на плату ("на живот") BGA это есть хреново. При деформациях платы, а при эксплуатации телефона этого не избежать, отраваются площадки и такого рода монтаж долго не живет. А как раз шарики придают эластичность, на то она и технология .Флюс лучше использовать поприличнее, меньше проблем будет. Я например использую Multifix 450-01.лишний припой снимается с помощью оплетки пропитанной флюсом, Из последних новостей,появилась жидкость по снятию залитых эпоксидкой чипов,но пока проходит стадию тестирования,тоже приходится помучаться пока всю эпоксидку снимет,такого чтоб помазал и снял нет,на каждый чип уходит час,полтора. Я пока не купил трафарет, ВГА не трогал, а как купил (10 у.е) стал паять их без трафарета. Немного опыта и ловкость рук, и ни какого машенства!!!!!!

BONUS
P.S. Несколько советов по "утопленникам"

Вопрос по "водолазам" - чистка плат ( выдержки)

Имеется в виду плата, побывавшая в воде при наличии питала.
Здесь ранее рекомендовали спирт с зубной щеткой.
Так и сделал отмочил в спирте и помыл спреем для чистки плат.
Всё заработало, хотя осталось немного белого налёта и олово на ножках и дорожках мутновато.
К счастью на плате нет BGA - только TSOP.
Знакомый химик сказал, что спиртом мыть бесполезняк (он типа окислы от электрохимического окисления не растворяет), а надо мыть очень слабым раствором соляной кислоты.
Ещё была собственная мысль помыть жидкостью для чистки оружия - ржавчину она снимает начисто. Но оружие типа из железа, а на плате кроме олова и меди особо ничего и нет.

Щавелевая кислота+ дистиллят, затем в чистом дистилляте промыть, остается только неокисленная часть, и все работает

Проверил версию с жидкостью для чистки оружия.
У нее замечательный коэффициент поверхностного натяжения - под микрухи сама залезает.
Все отчистилось, дорожки-ножки заблестели и стало как новое. Потом промыл спиртом и работает как часы. Жидкость называется Hopper #9 штатовского производства.
Какое активное вещество сказать не могу - что-то растворяющее окислы пороха и ржавчину. Точно керосин+какая-то кислота? В инструкции рекомендуется после чистки удалять с никелированных поверхностей...

Думаю кому то поможет и мой опыт:

Пробовал заправлять в ванночку следующее:
- "Фейри" + теплая вода - отмывает но не очень хорошо.
- просто Спирт - не отмывыет окислы и оставляет налет но прекрасно вымывает остатки флюса особенно если смешать его с ацетоном.
- Жидкость которую используют ювелиры для чистки золота - хорошо чистит от окислов, но трудно достать.
- Degreaser - классная штука как говорится "то что надо" но дорогая и остается белый налет.
- Стиральный порошек для машинок автоматов - на нем то я и остановился вымывает окислы как будто их никогда и небыло.

Сейчас использую 2 ванночки:
Первая с активным раствором мощьностью 30 Ватт:
в качестве раствора - дистилированная вода + стиральный порошек ( 2 - 3 ложки столовые на 300мл)
Вторая с дистилированной водой ( главное почаще ее менять ) на 30\50 Ватт

Обе ванночки дохли на первой же неделе активной эксплуатации из за попадания воды внутрь и их пришлось дорабатывать....

Делается это просто ванночка открывается, вытаскивается плата и все провода - остается только мембрана + железка выполняющая роль емкости для воды ну и само собой пластиковый корпус.
теперь аккуратно давим на железку и вытаскиваем ее из пластикового корпуса, снимаем с нее и корпуса остатки китайского герметика...
Идем в магазин и покупаем прозрачный Силиконовый герметик (у нас он стоит 54руб) промазываем изгиб ванны и пластикового корпуса и после того как вставляем обратно железку получается что герметик заполняет все полости и ванна с железкой после засыхания герметика становятся одним целым )) после этой доработки ванночка - вечна !!!!!! (ну конечно пока не сдохнет электронная начинка или не врубите ее без жидкости) ,-я пока использую растворитель P4 (в магазинах продается. ложу максимум на 2 минуты, обычно ондной хватает). а где взять щавеливую кислоту?
Где торгуют химией для ювелиров/ фотографов или просто реактивами
Ребята, что вы тут пытаетесть рукоблудничать? Давно все отработано. Читайте http://www.radio.pyat.ru/rphone/msg719168284.html
http://forum.ixbt.com/0016/004126-2.html Помните- Ваши клиенты желают получить качественное обслуживание за свои деньги по ссылке от fast98 можно найти следующее
http://www.sprinks-by.com/m_chim.htm

Цитата:

KONTAKT CHEMIE®
Все аэрозольные средства, перечисленные в этом каталоге являются продуктами KONTAKT CHEMIE - Европейского лидера по производству аэрозольных химических препаратов высочайшего качества для нужд электроники. KONTAKT CHEMIE является зарегистрированной торговой маркой KONTAKT GmbH, 1986 входящего в концерн CRC Industruies. Торговым партнером CRC Industries Europe n.v. с дистрибуторскими правами по распространению и поддержке продуктов KONTAKT CHEMIE на территории Республики Беларусь является производственно - торговое частное унитарное предприятие СПРИНКС, Минск. http://www.mantech.co.za/KONTAKT/kc-02.HTM
тут сразу возникают два вопроса, какая цена? (в прайсе на указаном сайте нет даже намека на цену аерозолей) что из представленного используется для чистки утопленников в ультрозвуковых ваночках?
Пробовал я эти аэрозоли- чего го стоит Контакт 60, и то, масло потом удалять, да и не лучший он.
Вот фэри рекламируют, а я пользуюсь промышленной смывкой с активностью в 40 раз выше, но ее мало кто знает, и считать это рукоблудством......
Если на плате много BGA и аппарат замочен сильно - применяем WD-40 (продаётся в любом автомагазине). Распыляем на места, где может задерживаться влаг, оставляем на 10-20 минут, иногда греем.Он тесняет влагу из-под микрух. Затем в ваночка со спиртом (не забыв снять динамик и микрофон). Так подняли несколько аппаратов, которые другими способами не получалось. Для удаления окислов применяем CONTACTLEANER от CRAMOLIN. Под микроскопом видно, как окислы от него слезаю на глазах.
По поводу белгого налёта - это остатки флюса - на работу они не влияют, только не эстетично
Wd-40 проникающая жидкая смазка на подобие жидкий ключ после нее плата как только что из магазина Я использую жидкость для чистки унитазов , Название забыл, но не суть в состав жидкости входит щавелевая кислота и соляная кислота плюс ПАВ, вымывает просто супер, ржавчину на глазах съедает, концентрация один колпачек на 300мл воды, а вообще я сторонник перепаять сильно залитые микрухи это надежно на 100%, на такой аппарат и гарантию не страшно давать.
Я использую для этих целей FLUX-OFF , аэрозоль разработанная специально для промывки печатных плат после пайки.Состав не указан но по действию это коктейль из спирта ацетона и тд.Растворяет пластмассу поэтому надо осторожно с корпусами ,во время работы с отмывкой убирать подальше корпуса и дисплеи так как брызги остаются навседа.Ну а производитель CRAMOLIN цена 15$.

После пайки а не воды.А для утопленника лучше degreiser этой же фирмы.

Контакт WL из моего опыта одно из лучших средств для чистки телефонов,легко смывает окислы с платы и быстро испаряется.
http://www.crceurope.com/csp....and=KOC

Если на плате много BGA и аппарат замочен сильно - применяем WD-40 (продаётся в любом автомагазине). Распыляем на места, где может задерживаться влаг, оставляем на 10-20 минут, иногда греем.Он тесняет влагу из-под микрух. Затем в ваночка со спиртом (не забыв снять динамик и микрофон). Практически так и сделал. Но есть один вопрос: как выгнать WD-40 из под микрух?
спиртом не получается, он очищает только поверхности.

Чтобы плату очистить мне кажется РСС лучше чем WL с вд40 хорошо получается - у неё очень высокая степень проникаемости, ведь всётаки аэрозоль, ржавчину съедает тока так,да и смазывает хорошо, У нас на работе была видеокамера Панас , год валялась - утопленник полный - абсолютно ни каких признаков жизни! - использовали вд40 и о чудо! это надо было видеть - камера заработала!
были и мобилы - если долго были с аккум, то приходилось дорожки восстанавливать ведь вд40 тока окислы съёдает , такчто сильно не обольщайтесь
У меня оптимальный вариант WD 40, а потом дистилированной водой в УЗ отмыть и компрессором продуть.