Монтаж BGA-компонентов.

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 пластиковых корпусов требуется только флюсование контактных площадок платы. Здесь 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. Такой шарик, выполняя только лишь роль опоры для компонента, при пайке не расплавляется. 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.

Рис. 1.

Более удобным приемом является нанесение паяльной пасты непосредственно на шарики BGA-компонента с помощью приспособления, например, Stenciling Kit фирмы РАСЕ (рис. 1).

Позиционирование и пайка

Несмотря на экзотический внешний вид, bga-компоненты являются очень технологичными в связи с их способностью к самопозиционированию за счет сил поверхностного натяжения во время расплавления шариков. Именно поэтому, не нужно добиваться сверхточной установки компонента перед пайкой. Вполне достаточно сориентировать корпус по реперным знакам или шелкографическому 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. Если на плате отсутствуют какие-либо ориентиры, используется центрирующая рамка, представляющая собой прямоугольную металлическую пластинку с прямоугольным отверстием по середине. Внешний габарит рамки совпадает с внешним габаритом компонента, а граница внутреннего прямоугольного отверстия совпадают с границей контактных площадок на плате.

Техника позиционирования следующая: центрирующая рамка помещается на плату таким образом, чтобы ее внутренний контур лег по периметру поля контактных площадок; 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. С помощью прецизионного координатного столика плата перемещается в горизонтальной плоскости до точного совмещения внешнего контура рамки и компонента. После выполнения совмещения компонент отводится вверх, а рамка удаляется.

Спозиционированный компонент вновь опускается на плату, вакуумная присоска выключается и отводится, сопло устанавливается над компонентом с небольшим зазором для обеспечения «свободного плавания». Запускается цикл нагрева. 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, равно как отсутствует и растекание воздуха по плате, вызывающее 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. После завершения цикла пайки система дает сигнал готовности, а в случае, если выполняется демонтаж, автоматически включается вакуумный захват.

Легко видеть, что выполнение при помощи ТhеrmоFlo операций по монтажу и демонтажу bga-компонентов, не вызывает никаких проблем и не требует специальных навыков оператора. Следует отметить, что все сказанное о самопозиционировании компонентов относится лишь к пластиковым корпусам. Керамические BGA-компоненты не «плавают», т.к. их шарики не плавятся в процессе пайки.

Рис. 2

Приведенный выше метод может использоваться и при работе с керамическими корпусами (рис. 2), но результат будет зависеть от точности нанесения на плату ориентирующих знаков. Как правило, для ремонтных целей этого достаточно, а для серийной установки керамических BGA дополнительно потребуется система видеосовмещения.

Системы визуального контроля

В большинстве случаев контроль качества монтажа поверхностных компонентов выполняется визуальным способом, т.к. по форме мениска припоя на контактах можно судить о качестве паяльного соединения. Например, система MANTIS (рис. 3) дает объемную картинку каждого мениска, поэтому брак не увидеть невозможно. Кроме того, стереоскопическое изображение в безокулярной оптической системе воспринимается как естественное, поэтому наблюдение не вызывает быстрого утомления глаз, как в случае с микроскопом.

Рис. 3. MANTIS - стереоскопическая система визуального контроля

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 или оплетки. Наибольшее распространения получил метод восстановления шариков, основанный на использование трафаретов. Через трафарет на компонент наносятся либо новые калиброванные шарики, либо паяльная паста. Для выполнения этой операции используется набор WPRB-1000 (рис. 4), содержащий все необходимые для принадлежности и стальные трафареты с отверстиями, выполненные с шагом 1, 1,27 и 1,5 мм. 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 (Rebalhng).

Рис. 4

Всегда перед установкой нового компонента на место ранее демонтированного рекомендуется удалить остатки припоя с печатных проводников платы с помощью вакуумного паяльника SX-80 или оплетки.