Сушка чипов перед пайкой. Реболлинг (восстановление шариковых выводов) BGA компонентов (чипов). Паяльная паста и флюс

Печка для сушки чипов

Как известно, что если чип сырой, то при попытке пайки такого чипа, он вздуется пузырями и будет не исправен. А с учетом стоимости чипов, их времени доставки и сложности ремонта, это очень накладно. Много искал в интернете. Есть разные советы, от - сушить на настольном светильнике до бытовой духовки. Есть и очень дорогостоящее оборудование. Ни одни из советов лично меня не устроил (как и моего друга в Германии, он то же давно искал что подобное.). По идее, на каждый чип должна быть документация, в которой описано, при какой температуре и сколько времени он должен сушиться перед пайкой. Это правильно, но не всегда доступно большинству ремонтников.

Если обобщить всю информацию, то получается, что для нормальной сушки чипа, он должен находится при температуре примерно 130 гр.С. порядка 8-10 часов. Это не вредит ему, но при этом удаляет влагу. Я не претендую на оригинальность, но хочу поделится устройством, которое использую сам и мой друг в Германии (сделал по моему совету). Возможно оно будет полезным и еще кому. Со времени использования данного устройства, ни с одним чипом ни разу не было проблем, выписывал и с Китая и в России.
Печка для чипов сделана из подручных материалов за пару выходных дней. Корпус изготовлен из прессованной бумаги с ламинированием. Это были куски от декоративной мебельной отделки, толщиной 6 мм. Хотя можно использовать любой температуростойкий материал (должен держать температуру хотя бы до 180 гр.С. и выше). Соединения выполнены винтами M3. В качестве нагревательных элементов использованы 20 ваттные керамические резисторы номиналом 15 Ом (можно применять от 10 до 18 Ом). Всего 6 штук, так как печка рассчитана для одновременной сушки 2-3 х чипов.

Для одного чипа достаточно будет 3-4 резисторов. В качестве элемента поддерживающего температуру использован электро-механический термостат на 130 гр.С. Для защиты (на фото нет) к одному из резисторов снизу прижат термопредохранитель на 10 А, 180 гр.С. Все резисторы соединены параллельно. Т.е. вся цепь состоит из последовательно соединенных: термопредохранитель, термостат, группа резисторов. Для наглядности параллельно резисторам включен светодиод на 12 В (или 3.5 В через резистор 510 Ом). Все устройство питается от компьютерного блока питания (был старенький на 200 Вт.). Хотя будет пригоден любой источник питания на 12 В, и ток порядка 5 А. Сверху на устройство надевается крышка, сделанная из того же материала что и корпус. Это улучшает термостабильность и уменьшает частоту включения.
Из плюсов: простота изготовления и доступность материалов. (термостат и резисторы можно купить почти в любом радиомагазине).

Из минусов: у термостата очень большой гистерезис, почти в 40 гр.С. Т.е он отключается при 130 гр.С, а включается при 90 гр.С. Но это никак не вредит чипу, скорее наоборот, не позволяет сильно сырому чипу вспухнуть. На фото показано устройство снизу (без проводов и термопредохранителя) ну и собственно в работе. Устройство эксплуатируется уже около года. Надеюсь эта информация будет полезной!

Примеры выполненных трафаретов

Рис.1 Примеры выполненных трафаретов для восстановления шариков BGA

Рис.2 Восстановленные шариковые выводы BGA чипа

Необходимое оборудование

• Сушка (рекомендуется для подсушки компонентов);
• Система пайки горячим воздухом, конвекционная печь или конвейерная печь с обдувом горячим воздухом;
• Чашка для вымачивания (рекомендуется для очистки трафаретов);
• Паяльник (или другой инструмент для снятия шариков BGA);
• Защищенное от статики рабочее место;
• Микроскоп (рекомендуется для проверки);
• Диионизованная вода;
• Напалечники.

Введение
Методы безопасности

Вентиляция:
Испарения флюса при пайке и выпайке могут оказывать вред. Используйте общую или местную вытяжки для соблюдения норм Предельно Допустимой Концентрации вредных веществ на рабочем месте. Проконсультируйтесь в технической информацией (MSDS) по паяльным материалам о допустимой норме ПДК.

Средства личной защиты:
Химикаты, используемые в процессе реболлинга могут вызвать поражение участков кожи. Используйте соответствующие средства защиты, когда выполняете действия по очистке, пайке или выпайке

Опасность свинца:
Организация USEPA Carcinogen Assessment Group относит свинец и его сплавы к тератогенам, а компоненты с его применением к классу B-2 канцерогенов.

При работе с чувствительными к статическому заряду компонентами убедитесь, что ваше рабочее место защищено от статики, для этого используйте следующие средства:

• Напалечники;
• Проводящие рабочий коврик или покрытие стола;
• Заземленный пяточный или запястные браслеты.

Восприимчивости компонентов

Восприимчивость к влажности
Пластиковые корпуса BGA являются абсорбентами влажности. Производитель чипа обозначает уровень восприимчивости компонента на каждом корпусе. Каждый уровень восприимчивости имеет временной предел для внешнего воздействия, связанный с ним. Стандарт JEDEC отражает временной предел для внешнего воздействия при стандартном атмосферном давлении, 30 градусов C и 60% относительной влажности. Также в нашей инструкции представлена таблица уровней влажности (см. информацию ниже).

Восприимчивость к статическому заряду
Последовательность действий по снятию, реболлингу и повторной установке компонента на печатную плату вызывает множественное количество шансов повредить компонент статическим зарядом. Старайтесь использовать соответствующие средства защиты
При превышении разрешенного времени внешнего воздействия, стандарт JEDEC предписывает проводить сушку компонента. Стандартное время сушки это 24 часа при 125 градусов C. После окончания сушки компонент должен быть помещен в пакет с веществом впитывающим влагу, что предотвратит повторное проникновение влажности в него. Подобная сушка подготовит компонент к процессу пайки.

Восприимчивость к температуре
BGA компоненты восприимчивы к перепадам температуры в следующих случаях:

• Быстрые изменения в температуре приведут к температурному удару, вследствии неравномерного распределения внутренних температур в самом чипе. Быстрый нагрев только одной стороны BGA чипа может вызвать температурный удар на подложке чипа.
• Повышенная температура: Пластиковые BGA чипы наиболее напоминают печатные платы. Их подложки состоят из закаленного стекла и обычно имеют Tg (температура стеклования) приблизительно 230 градусов C. Свыше температуры стеклования коэффициент термического расширения начинает возрастать, неблагоприятно влияя на внутренние температурные удары. Очень важно сохранять подложку чипа ниже данной температуры.
• Неравномерность температурного нагрева: Рекомендуется использовать печь конвекционного типа, чем системы пайки пистолетного типа. Для эфективной пайки компонентов необходима печь, обеспечивающая равномерность нагрева компонентов Более того, печь которая способна подавать горячий воздух с небольшой скоростью может уменьшить вероятность температурного удара вследствии неравномерности нагрева компонента. Слой шариковых выводов способствует изолированию контактных площадок подложки от воздуха. Время «вымачивания» в печи дает время на то, чтобы все контактные площадки равномерно смочились припоем. Когда процесс оплавления по температурному профилю завершен, шариковые выводы имеют светло-коричневый цвет. Большая температура обдува может привести к появлению темно-коричневого цвета выводов и даже черного.
• Рекомендуется, чтобы BGA компоенты никогда не нагревались более чем на 220 градусов C.

Восприимчивость к удару
Внутренние удары возникают вследствии возникновения температурных градиентов и нагрузок внутри структуры чипа. Термические удары более заметны в процессе реболлинга, даже если присутствуют оба типа ударов. Для минимизации риска температурного удара тщательно следите за температурным циклом процесса. Равномерность нагрева является критичным фактором для минимизации ударов в чипе.

Процесс снятия шариковых выводов (деболлинг)

Существует много инструментов, которые позволяют снять остатки припоя с BGA компонета. Они включают в с себя вакуумные инструменты с горячим воздухом, паяльники с жалом и, что наиболее предпочтительно, низкотемпературные установки пайки волной (220 градусов C.) Любой из этих инструментов, при правильном использовании позволяет проводить реболлинг.

Поскольку паяльники я хорошим температурным контролем пайки не так редки сейчас и относительно недороги, мы опишем процесс дебаллинга с использованием паяльника с жалом. Держитесь увереннее на протяжении всего процесса деболлинга, т.к. он содержит множество потенциально опасных для чипа механических и термальных стрессов.

Инструменты и материалы

• Флюс;
• Паяльник;
• Изопропиловые салфетки (изопропил алкоголь);
• Проводящий коврик.

• Микроскоп;
• Вытяжка для облегчения удаления дымов, образующихся в процессе выпаивания;
• Защитные очки;
• Ножницы.

Подготовка

• Предварительно разогрейте паяльник.
• Оденьте напалечники.
• Предварительно перепроверьте каждый чип на загрязнение, пропущенные контактные площадки, а также паяемость.
• Оденьте защитные очки.

Примечание: Проведение сушки компонента, для удаления влажности рекомендуется делать до выполнения его деболлинга.

	Шаг 1 — Нанесение флюса на чип Положите чип на проводящий коврик, стороной контактных площадок вверх. Слишком малое количество флюса сделает процесс деболлинга затруднительным.
Рис.3 Поцарапанные площадки BGA чипа	Шаг 2 — Снятие шариков Используя плетенку для выпаивания и паяльник снимите шарики припоя с контактных площадок чипа. Помещайте плетенку поверх флюса, после чего прогревайте паяльником сверху. Перед тем, как сместить плетенку по поверхности чипа, дождитесь чтобы паяльник ее прогрел и расплавил шарики припоя. ВНИМАНИЕ: Не надавливайте на чип паяльником. Излишнее давление может повредить чип или поцарапать контактные площадки (см Рис.3). Для достижения лучших результатов, прочистите чип с помощью чистого куска плетенки. Небольшое количество припоя должно остаться на контактных площадках для того, чтобы сделать процесс реболлинга легче.
	Шаг 3 — Очистка чипа Сразу же очистите чип с помощью салфетки, смоченной в изопропиловом спирте. Своевременная очистка чипа облегчит удаление остатков флюса. Выньте салфетку из пакета и разверните ее. Протирая поверхность чипа, удалите с него флюс. Постепенно сдвигайте чип при протирке на более чистые участки салфетки. При очистке всегда поддерживайте за противоположную сторону чипа. Не загибайте уголки чипа. Примечание: Никогда не очищайте BGA чип загрязненным участком салфетки. Всегда используйте новую салфетку для каждого нового чипа.
Рис.4 Чистая поверхность BGA Рис.5 Загрязненная поверхность BGA	Шаг 4 — Проверка Рекомендуется, чтобы проверка проводилась под микроскопом. Проверяйте чистоту контактных площадок, поврежденные площадки и неудаленные шарики припоя. (См. Рис. 4 и 5) Примечание: Поскольку флюс имеет корозионное действие, рекомендуется провести дополнительную очистку, в случае, если реболлинг чипа не будет сделан сразу.
	Шаг 5 — Дополнительная очистка Нанесите деионизованную воду на контактные площадки чипа и потрите их щеткой (можно использовать обычную зубную щетку). Примечание: Для достижения лучших результатов чистите чип щеткой сначала в одном направлении, после чего поверните его на 90 градусов и также чистите в другом. После чего проведите чистку круговыми движениями.
	Шаг 6 — Промывка Хорошенько прочистите чип щеткой и промойте деионизованной водой. Это поможет смыть остатки флюса с чипа. После чего просушите чип сухим воздухом. Повторно проверьте поверхность (Шаг 4). Если чип будет некоторое время лежать без нанесенных шариков, необходимо убедиться. Что его поверхность очень чистая. Погружение чипа в воду на любой промежуток времени НЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ.

Процесс нанесения шариковых выводов (реболлинг)

Инструменты и материалы

• Ремонтный трафарет;
• Фиксатор для трафарета;
• Флюс;
• Деионизованная вода;
• Поддон для очистки;
• Щетка для очистки;
• Пинцет;
• Кислотоупорная щетка;
• Печь оплавления или система пайки горячим воздухо.

• Микроскоп;
• Напалечники.

Подготовка

• Перед тем, как вы начнете, убедитесь, что фиксатор для трафарета чист.
• Выставьте температурный профиль для оборудования, выполняющего оплавление припоя.

	Шаг 1 — Вставка трафарета Pазместите трафарет в фиксаторе. Убедитесь, что трафарет плотно завиксирован. Если трафарет согнут или помят в фиксаторе, процесс восстановления не получится. Это, как правило, является следствием загрязнения фиксатора или плохой его регулировки под трафарет.
	Шаг 2 — Нанесите флюс на чип Используйте шприц для нанесения небольшого количества флюса на чип. Примечание: Перед тем как начать, убедитесь. что поверхность чипа чиста.
	Шаг 3 — Распределение флюса по поверхности чипа Используя щеточку равномерно распределите флюс по стороне контактных площадок чипа BGA. Постарайтесь покрыть каждую контактную площадку тонким слоем флюса. Убедитесь, что все контактные площадки покрыты флюсом. Более тонкий слой флюса работает лучше, чем толстый слой.
	Шаг 4 — Вставка чипа Поместите BGA компонент в фиксатор, покрытой флюсом стороной напротив трафарета.
	Шаг 5 — Осаживание компонента Осадите трафарет и компонент в фиксаторе аккуратным надавливанием на компонент. Убедитесь в том, что компонент плоско «сидит» напротив трафарета.
	Шаг 6 — Оплавление Поместите фиксатор в горячую конвекционную печь или станцию для реболлинга горячим воздухом и начните и запустите цикл оплавления. В любом случае используемое оборудование должно быть настроено на разработанный для чипа BGA термопрофиль.
	Шаг 7 — Охлаждение Используя пинцет, выньте фиксатор из печи или станции для реболлинга и поместите его в проводящий поддон. Оставьте чип охладиться примерно на пару минут, перед тем, как вынете его из фиксатора.
	Шаг 8 — Выемка BGA чипа После того, как чип охладился, выньте его из фиксатора и поместите его в поддон для очистки, стороной шариковых выводов вверх.
	Шаг 9 — Вымачивание Нанесите деионизованную воду на трафарет BGA и подождите примерно секунд тридцать, прежде чем продолжить.
	Шаг 10 — Снятие трафарета Используя тонкий пинцет снимите трафарет с чипа. Лучше всего начинать с угла, постепенно снимая трафарет. Трафарет должен быть снят за один прием. Если он вдруг не снимается, добавьте еще деионизованной воды и подождите еще 15 - 30 секунд, перед тем, как продолжить.
	Шаг 11 — Очистка от фрагментов грязи Возможно, после снятия трафарета останутся небольшие фрагменты частиц или грязи. Уберите их с помощью пинцета. Просто аккуратно ведите одним кончиком пинцета между шариками компонента, захватывая частички другим. ВНИМАНИЕ: Кончик пинцета острый, поэтому может поцарапать паяльную маску на чипе, если вы не будете осторожны.
	Шаг 12 — Очистка Сразу после того, как убрали трафарет от чипа, очистите егео с помощью деионизованной воды. Нанесите небольшое количество деионизованной воды и потрите чип щеточкой. ВНИМАНИЕ: Поддерживайте чип, пока чистите его щеткой во избежание механического стресса. Примечание: Для лучшего результатат очистки сначала потрите ип щеткой в одном направлении, затем поверните на 90 градусов и потрите в другом. Завершите процесс очистки круговыми движениями щеточки.
	Шаг 13 — Промывка чипа BGA Промойте чип деионизованной водой. Это поможет удалить маленькие частицы флюса и грязи, оставшиеся после предыдущих этапов очистки. Дайте чипу высохнуть на воздухе. Не протирайте его салфетками или тряпочками.
Рис.6 Чистые шарики BGA Рис 7. Корозионные остатки у основания шариков	Шаг 14 — Проверка качества нанесения Используйте микроскоп для проверки чипа на загрязнение, пропущенные шарики или остатки флюса. При необходимости повторной чистки, повторите шаги 11 - 13. ВНИМАНИЕ: Поскольку в процессе не используется безочистной флюс, необходима аккуратная очистка для предотвращения корозии и дальнейшего выхода чипа из строя. Примечание: Шаги 9 - 13 выполняются однозначно. На некоторых других этапах возможно также применение очистки промывкой спреем.

Очистка фиксатора

В течении процесса реболлинга BGA, фиксатор становится все более липким и загрязненным. Рис. 8 показывает следы загрязнения на фиксаторе. Необходимо очистить остатки флюса с фиксатора для того, чтобы трафарет сидел в нем правильно. Нижеописанный процесс справедлив как для гибких, так и для жестких фиксаторов. Для лучшей очистки неплохо применять ванну с ультразвуковой очисткой

Инструменты и материалы

• Поддон для очистки;
• Щеточка;
• Стакан;
• Деионизованная вода.

• Маленькая чашка или баночка.

	Шаг 1 — Вымачивание Вымочите фиксатор для трафаретов BGA в теплой деионизованной воде примерно 15 минут.
	Шаг 2 — Чистка с деионизованной водой Выньте фиксатор из воды и потрите его щеткой.
	Шаг 3 — Промывка фиксатора Промойте фиксатор деионизованной водой. Дайте ему высохнуть на воздухе.

Сушка чипа

Процедура сушки очень важна, для того чтобы быть уверенным, что не возникнет эффект «попкорна» в процессе реболлинга чипа. Очень рекомендуется подвергать чип сушке перед каждой операцией реболлинга, чтобы исключить наличие влажности на дальнейший период времени.

• Печь для сушки;
• Пакет, защищающий от влажности и статического заряда;
• Вещество-осушитель (например силикогель).

Подготовка

• Предварительно проверьте каждый чип на загрязнение, отсутствующие контактные площадки, и возможность его пайки.
• Подготовьте и уберите рабочее место.

Шаг 1 — Уровень влажности чипа

Выберите необходимый уровень влажности чипа из нижеприведенной таблицы для определения времени, необходимого для сушки BGA компонента. Производитель BGA обязан указать уровень восприимчивости чипа к влажности. Также необходимо знать время воздействия окружающей среды на ваши чипы. Если время воздействия превышает уровень восприимчивости чипа в 2-5 раз, требуется 24 часовая сушка при 125 градусов C.

Примечание:
Если вы не уверены о времени воздействия внешней атмосферы на чипы, лучше считайте, что оно превышено.

компонентов для поверхностного монтажа по влажности\температуре оплавления может быть найдена в стандарте IPC/JEDEC J-STD 033A.

ВНИМАНИЕ:
Никогда не сушите компоненты BGA в пластиковых поддонах, изготовленных из материала с точкой плавления менее 135 градусов C. Более того, не используйте поддоны, не имеющие четкой маркировки предельно допустимой для них рабочей температуры.
Не позволяйте шарикам припоя касаться металлических поверхностей в процессе сушки.

Шаг 2 — Сушка

Выставьте температуру и время печи, согласно уровню влажности. Когда печь достигнет необходимой температуры, поместите в нее BGA компоненты.

Шаг 3 — Сухая упаковка

После завершения сушки поместите компоненты во влагозащитный пакет, защищенный от статики со свежей порцией вещества–осушителя. Вещество-осушитель поможет вам сохранить компоненты сухими при хранении и транспортировке.

Таблица уровней восприимчивости к влажности

Настройка фиксатора

Лучшим фиксатором, используемым в большинстве случаев является неподвижный фиксатор, поскольку он не требует предварительной настройки. Конечно, не может быть неподвижных фиксаторов для всех типов BGA. Это поле деятельности гибких настраиваемых фиксаторов. Подвижный фиксатор может быть выставлен на любой тип и любой размер BGA компонента от 5мм – 57мм, а также для прямоугольных компонентов.

Рис.10 Фиксатор с потерянной перпендикулярностью	Шаг 1 — Настройка подвижного фиксатора Ослабьте все торцевые винты, так чтобы части фиксатора могли свободно двигаться, но между ними сохранялись прямые углы. Примечание: Не ослабляйте винты слишком сильно. Если винты будут ослаблены слишком сильно, будет трудно сохранить квадратность фиксатора (см Рис.10).
Рис.11 Расположение ступеньки для крепления чипа	Шаг 2 — Определение необходимых размеров фиксатора Подстройте фиксатор так, чтобы чип плотно фиксировался в нем, после чего затяните винты. На Рис.11 стрелками показано месторасположение ступеньки на фиксаторе. Чип в фиксаторе «усаживается» на эти ступеньки, при этом настройка фиксатора должна позволять легко вынимать чип при необходимости из него.
Рис.12 Выгибание трафарета при его фиксации	Шаг 3 — Проверка подгонки BGA трафарета Последний шаг – это проверка установки в фиксатор чипа вместе с трафаретом, для проверки подгонки фиксатора и ее корректировки при необходимости. ВНИМАНИЕ: Трафарет не должен выгибаться и перегибаться после его фиксации. (пример Рис.12). Если трафарет не влезает в фиксатор без сгибания, перенастройте фиксатор. Примечание: Рис.11 показывает трафарет сверху чипа, только с целью лучше показать изгиб трафарета. На самом деле, при процессе установки, чип должен находится сверху трафарета.

Температурный профиль оплавления

Как и во всех процессах пайки, температурный профиль является ключевым элементом успешного процесса. Сам процесс реболлинга BGA чипа достаточно прост и повторяем, гораздо больше времени отнимает настройка температурного профиля для оборудования оплавления горячим воздухом.

Каждый BGA чип может требовать своего температурного профиля. Начните с базового профиля, показанного ниже, внося коррективы на тип материала BGA, массу BGA чипа и его размер и это должно принести к приемлемым результатам.

Помните о том, что настройка профиля основывается на измерянной температуре компонента. Сама температура в печи обычно от нее отличается.

ВНИМАНИЕ: Не нагревайте компонент свыше 220 градусов C, т.к. это может привести к выходу его из строя.

Любое оборудование с горячим воздухом, оборудованное:

• Контролируемым по времени циклом нагрева;
• Температурным диапазоном нагрева 20 - 240 градусов C;
• Циркулирующим обдувом воздухом.

Ключевые моменты:

• Наклон температурной кривой (рост температуры) порядка 1 градуса C/секунду;
• Температурный пик должен приходиться на 200C - 210C;
• Наличие линии ликвидуса (183C) на 45-75 секундах;
• Большие компоненты или поглотители тепла будут требовать более длительных циклов нагрева.

Измерение температуры компонента

Для создания рабочего температурного профиля термопары размещаются в различных участках компонента, а мониторинг их показаний выполняется с помощью специального программного обеспечения, что позволяет найти оптимальный профиль оплавления компонента. Этот способ снятия показаний обеспечивает равномерность снятия показаний нагрева и минимальный термический удар для исследуемого компонента.

Воздушный поток, обтекая компонент заставляет его нагреваться. При неравномерном нагреве компонента возникают температурные градиенты (перепады температуры) в его составе. Большой температурный градиент влечет за собой температурный удар, который может повредить компонент.

Часто задаваемые вопросы

В — Как я узнаю, что компонент достаточно чист?
О — Лучшим способом узнать достаточно ли чист компонент является использование ионографа или другого аналогичного оборудования для обнаружения ионных загрязнений.

В — Как должны выглядеть шарики выводов после процесса реболлинга?
О — После оплавления шары на компоненте BGA должны быть сферичными и гладкими. Структура их поверхности как шкурка апельсина свидетельствует о слишком длительном времени оплавления, слишком горячей температуре оплавления или слишком медленном процессе охлаждения.

В — Трафарет прилипает к компоненту в процессе его снятия Что можно сделать?
О —Нанесите больше воды и позвольте трафарету отмокнуть более длительное время. Обычно это помогает. Увеличение температуры воды также может оказать положительный эффект. Возникновение такой проблемы обычно говорит о том, что цикл оплавления слишком горяч или слишком долог.

В — Один из шариков не пристал к контактной площадке. Что я могу сделать?
О — Использование флюса и температурного профилирования часто является причиной возникновения подобных проблем с контактом шариков. Нанесите небольшое количество флюса на контактную площадку и поместите на нее отдельный шарик на флюс, после чего оплавьте его. Это позволит закрепить шарик, который не припаялся в первый раз. Если таких шаров слишком много, выполните деболлинг чипа и повторите процесс нанесения шариковых выводов.

В — После нескольких циклов использования трафареты перестали четко закрепляться в фиксаторе. В чем может быть дело?
О — Флюс может нарасти на внутренней стороне фиксатора и явиться причиной проблем с закреплением трафарета. Очистите фиксатор согласно вышеописанным инструкциям.

Современные радиоэлектронные устройства невозможно представить без микросхем – сложных деталей, в которые, по сути, интегрированы десятки, а то и сотни простых, элементарных компонентов.

Микросхемы позволяют сделать устройства легкими и компактными. Рассчитываться за это приходится удобством и простотой монтажа и достаточно высокой ценой деталей. Цена микросхемы не играет важной роли в формировании общей цены изделия, в котором она применяется. Если же испортить такую деталь при монтаже, при замене на новую стоимость может существенно увеличиться. Несложно припаять толстый провод, большой резистор или конденсатор, для этого достаточно владения начальными навыками в пайке. Микросхему же надо припаивать совсем иным способом.

Чтобы не произошло досадных недоразумений, при пайке микросхем необходимо пользоваться определенными инструментами и соблюдать некоторые правила, основанные на многочисленном опыте и знаниях.

Для пайки микросхем можно использовать различное паяльное оборудование, начиная от простейшего – паяльника, и заканчивая сложными устройствами и паяльными станциями с использованием инфракрасного излучения.

Паяльник для пайки микросхем должен быть маломощным, желательно рассчитанным на напряжение питания 12 В. Жало такого паяльника должно быть остро заточено под конус и хорошо облужено.

Для выпаивания микросхем может быть применен вакуумный оловоотсос – инструмент, позволяющий поочередно очищать ножки на плате от припоя. Этот инструмент представляет собой подобие шприца, в котором поршень подпружинен вверх. Перед началом работ он вдавливается в корпус и фиксируется, а когда необходимо, освобождается нажатием кнопки и под действием пружины поднимается, собирая припой с контакта.

Более совершенным оборудованием считается термовоздушная станция, которая позволяет осуществлять и демонтаж микросхем и пайку горячим воздухом. Такая станция имеет в своем арсенале фен с регулируемой температурой потока воздуха.

Очень востребован при пайке микросхем такой элемент оборудования, как термостол. Он подогревает плату снизу, в то время, как сверху производятся действия по монтажу или демонтажу. Опционально термостол может быть оснащен и верхним подогревом.

В промышленных масштабах пайка микросхем осуществляется специальными автоматами, использующими ИК-излучение. При этом производится предварительный разогрев схемы, непосредственно пайка и плавное ступенчатое охлаждение контактов ножек.

В домашних условиях

Пайка микросхем в домашних условиях может потребоваться для ремонта сложной бытовой техники, материнских плат компьютеров.

Как правило, чтобы припаять ножки микросхемы, используют паяльник или паяльный фен.

Работа паяльником осуществляется с помощью обычного припоя или паяльной пасты.

В последнее время стал чаще применяться бессвинцовый припой для пайки с более высокой температурой плавления. Это необходимо для уменьшения вредного действия свинца на организм.

Какие приспособления потребуются

Для пайки микросхем, кроме самого паяльного оборудования, потребуются еще некоторые приспособления.

Если микросхема новая и выполнена в BGA-корпусе, то припой уже нанесен на ножки в виде маленьких шариков. Отсюда и название – Ball Grid Array, что означает массив шариков. Такие корпуса предназначены для поверхностного монтажа. Это означает, что деталь устанавливается на плату, и каждая ножка быстрым точным действием припаивается к контактным пятачкам.

Если же микросхема уже использовалась в другом устройстве и используется как запчасти, бывшие в употреблении, необходимо выполнить реболлинг. Реболлингом называется процесс восстановления шариков припоя на ножках. Иногда он применяется и в случае отвала – потери контакта ножек с контактными пятачками.

Для осуществления реболлинга понадобится трафарет – пластина из тугоплавкого материала с отверстиями, расположенными в соответствии с расположением выводов микросхемы. Существуют готовые универсальные трафареты под несколько самых распространенных типов микросхем.

Паяльная паста и флюс

Для правильной пайки микросхем необходимо соблюдать определенные условия. Если работа осуществляется паяльником, то жало его должно быть хорошо облужено.

Для этого используется флюс – вещество, растворяющее оксидную пленку и защищающее жало от окисления до покрытия припоем во время пайки микросхемы.

Наиболее распространенный флюс – сосновая канифоль в твердом, кристаллическом виде. Но, чтобы припаять микросхему, такой флюс не годится. Ножки ее и контактные пятачки обрабатывают жидким флюсом. Его можно сделать самостоятельно, растворив канифоль в спирте или кислоте, а можно купить готовый.

Припой в этом случае удобнее использовать в виде присадочной проволоки. Иногда он может содержать внутри флюс из порошковой канифоли. Можно приобрести готовый паяльный набор для пайки микросхем, включающий в свой состав канифоль, жидкий флюс с кисточкой, несколько видов припоя.

При осуществлении реболлинга используется паяльная паста, представляющая собой основу из вязкого материала, в которой содержатся мельчайшие шарики припоя и флюса. Такая паста наносится тонким слоем на ножки микросхемы с обратной стороны трафарета. После этого паста разогревается феном или инфракрасным паяльником до расплавления припоя и канифоли. После застывания, они образуют шарики на ножках микросхемы.

Порядок проведения работ

Перед началом работ необходимо подготовить все инструменты, материалы и приспособления, чтобы они были под рукой.

При монтаже или демонтаже плату можно расположить на термостоле. Если для демонтажа используется паяльный фен, то для исключения его воздействия на другие компоненты, нужно их изолировать. Сделать это можно установкой пластин из тугоплавкого материала, например, полосок, нарезанных из старых плат, пришедших в негодность.

При использовании для демонтажа оловоотсоса процесс происходит аккуратнее, но дольше. Оловоотсос «заряжается» при очистке каждой ножки. По мере заполнения кусками застывшего припоя, его нужно очищать.

Есть несколько правил пайки, которые следует обязательно исполнять:

• паять микросхемы на плате надо быстро, чтобы не перегреть чувствительную деталь;
• можно каждую ножку во время пайки придерживать пинцетом, чтобы обеспечить дополнительный теплоотвод от корпуса;
• при монтаже с помощью фена или инфракрасного паяльника, необходимо следить за температурой детали, чтобы она не поднималась выше 240-280 °C.

Радиоэлектронные детали очень чувствительны к статическому электричеству. Поэтому при сборке лучше использовать антистатический коврик, который подкладывается под плату.

Зачем сушить чипы

Чипами называют микросхемы, заключенные в BGA-корпусах. Название, видимо, пошло еще от аббревиатуры, означавшей «Числовой Интегральный Процессор».

По опыту использования у профессионалов существует устойчивое мнение, что при хранении, транспортировке, пересылке, чипы впитывают в себя влагу и во время пайки она, увеличиваясь в объеме, разрушает деталь.

Действие влаги на чип можно увидеть, если нагреть последний. На поверхности его будут образовываться вздутия и пузыри еще задолго до того, как температура поднимется до значения, достаточного для расплавления припоя. Можно только представить, что же происходит внутри детали.

Чтобы избежать нежелательных последствий наличия влаги в корпусе чипа, при монтаже плат осуществляется сушка чипов перед пайкой. Эта процедура помогает удалить влагу из корпуса.

Правила сушки

Сушку чипов необходимо производить, соблюдая температурный режим и продолжительность. Новые чипы, которые были приобретены в магазине, со склада, присланы по почте, рекомендуется сушить не менее 24 часов при температуре 125 °C. Для этого можно использовать специальные сушильные печи. Можно высушить чип, расположив его на термостоле.

Температуру сушки необходимо контролировать, чтобы не допустить перегрева и выхода детали из строя.

Если чипы были высушены и хранились до монтажа в обычных комнатных условиях, достаточно просушить их в течение 8-10 часов.

Учитывая стоимость деталей, очевидно, лучше провести сушку, чтобы с уверенностью приступать к монтажу, чем пытаться паять непросушенный чип. Неприятности могут обернуться не только денежными тратами, а еще и потерянным временем.