BGA — это тип корпуса микросхем. Микросхема припаивается при помощи шариков к плате. Благодаря этому уменьшается площадь платы, и повышается компоновка в целом. Основные неисправности при этом это так называемый отвал микросхемы от платы. Поговорим поподробнее об основных способах накатки, трафаретах и процессе пайки.

Что такое микросхемы BGA

В зависимости от назначения и устройства микросхемы бывают разного размера, что в свою очередь влияет на диаметр и шаг шариков.

Например, мост от материнской платы компьютера и процессор от смартфона отличаются колоссально (еще меньше разве что шарики от процессора к подложке).

Так же BGA микросхемы часто покрывают компаундом в целях охлаждения, защиты от влаги и механического воздействия, однако при этом получается намного сложнее сделать замену такой микросхемы.

Что нужно для пайки BGA

Паяльная станция (фен и паяльник), припой (bga паста или шары), пинцет, изопропиловый спирт (или бензин калоша), оплетка для снятия припоя, термоскотч и трафареты. Еще понадобится нижний подогрев и инструменты для удаления компаунда с платы (химикаты, острые пинцеты и лезвия).

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.

Припой

Есть два основных типа припоя для накатки шаров.

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.

Готовые шарики

Готовые шарики продаются разных диаметров. Бывают как 0,15 мм, так и 1 мм.

Преимущества готовых шаров:

• Их проще паять, чем паяльную пасту (именно паять, а не наносить);
• Возможность нанесение шаров без трафарета (каждый шарик отдельно припаивается на микросхему);
• Одинаковые размеры шаров, по сравнению с пастой;
• Лишние шарики после накатки можно использовать повторно/

Недостатки готовых шаров:

• Нужно покупать много шариков разных диаметров, поэтому итоговая стоимость будет выше, по сравнению с пастой;
• Неудобное нанесение шариков на трафарет, их нужно перебирать и отсеивать лишнее;
• Требуется дополнительный флюс.

Выбор зависит в целом от потребностей и навыков. Кому-то проще будет с пастой. А при ремонте ПК, пасты будет мало, поэтому шары будут экономичнее. Все зависит от ситуации.

Какой паяльный флюс выбрать для BGA

Лучше всего подойдет пастообразный или гелевый флюс. Не пытайтесь паять жидкой канифолью или жиром. Канифоль и жир слабо распределяют температуру по шарикам, и еще начинают кипеть при нагреве. А это большой риск, поскольку микросхема может подскочить из-за большого парообразования. И в таком случае шарики слипнуться.

К тому же, спирто-канифоль будет негативно влиять на контакты под микросхемой.

Из бюджетных вариантов подойдет RMA 223 или его высококачественные клоны. Не покупайте дешевые подделки, которые стоят меньше 4$. Они плохо смачивают припой.

Отечественный вариант флюса для BGA — Interflux (интерфлюкс) IF 8300.

Если позволяет бюджет, то можно попробовать Martin HT00.0017.

Накатка шаров

При накатке шаров необходимо использовать чистый и ровный трафарет (особенно при пайке пастой).

Пример гнутого и грязного трафарета. Он не подойдет для накатки.

Сама микросхема очищается от старых шаров, но не под корень, чтобы было легче установить ее на трафарет. Трафарет нужно установить ровно, чтобы все контактные площадки было видно через трафарет, без перекосов.

Пайка небольшой BGA eMMC микросхемы

Чистим микросхему изопропанолом. Ее контакты должны быть ровными. Если есть припой — удалите паяльником. Микросхему и трафарет во время пайки надо класть только на салфетки или деревянные дощечки. Металлическая поверхность будет впитывать в себя тепло, а деревянная, бумажная или воздушная нет.

Чем крепить микросхему к трафарету

Есть несколько вариантов. Первый — это термоскотч. Он быстро крепится, не оставляет после себя много клея и не экранирует высокую температуру. Из недостатков — быстро отклеивается и не надежно крепится по сравнению с алюминиевым термоскотчем скотчем.

Алюминиевый скотч надежно крепится к плате, но оставляет после себя много клея и экранирует температуру.

С одной стороны, алюминиевый лучше крепится, с другой быстрее и практичнее использовать обычный термоскотч. Начните учится с алюминиевого, пробуйте разные варианты.

Нанесение пасты

Пасту наносим обычной зубочисткой или лопаткой. Можно использовать ватные палочки, но они впитывают в себя много пасты.

На поверхности трафарета не должны оставаться большие комки припоя, иначе они слипнуться и придется их отпаивать.

Придерживание трафарета

Если во время нагрева трафарет начинает гнуться, и не получается нанести шары, то его нужно придерживать пинцетом.

Давить нужно не сильно, небольшим давлением. Нагреваем трафарет сначала до 100 °C, затем увеличиваем до температуры плавления пасты. Обычно это от 200 до 260 °C. Шарики должны сформироваться постепенно. Если быстро повысите температуру — флюс в паяльной пасте начнет кипеть и припой выпрыгнет с трафарета. Придется начинать все заново

Стекло и тачскрин

Также можно использовать стекло или тачскрин, чтобы придерживать трафарет.

Если перепады температур и давление буду высокими, то стекло может треснуть и лопнуть. Будьте осторожней и внимательны, используйте защитные очки.

Как снять микросхему с трафарета

Нельзя резко снимать микросхему с трафарета, гнуть его или выковыривать. Можно погнуть трафарет или сорвать BGA контакты. Если не получается снять микросхему, посмотрите на сторону отверстий. Припой на лицевой стороне не должен слипнуться с трафаретом. Попробуйте почистить трафарет с микросхемой изопропанолом или бензином Калоша щеткой несколько раз.

Далее, нагрейте микросхему до 120 °C в течении 30 секунд. Микросхему можно снимать пинцетом и только слегка разогнув трафарет, без резких движений.

Видео с примером

На видео используется другая микросхема, и пайка без пинцета.

Перекатываем шары на южном мосте

На этой микросхеме сначала нужно восстановить контакты.

Восстановление контактов

Наносим паяльную пасту тонким слоем и начинаем греть феном с 100 °C, плавно повышая до 200 °C.

И паяльная паста начинает зауживать контакты микро шариками. Почему не паяльником и обычным припоем? Они хуже подойдут для такой работы. Фен равномерно нагревает контакты, и микро шарики не слипаются сразу в большой комок припоя. А остальной припой убираем паяльником.

Один из участков восстановлен.

Таким образом проходим по всем контактам. После восстановления и удаления лишнего припоя чистим контакты изопропанолом и ватой.

Еще один способ крепления

Микросхема большая, поэтому трафарет одиночный. Для одиночных трафаретов есть специальный крепеж. Это каретка с двумя фиксаторами и пружина. Крепится шестигранником.

Фиксируем микросхему в крепеже и ровняем ее согласно шагу трафарета.

Нанесение пасты и пайка

Наносим паяльную пасту равномерно по всей площади.

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.

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.

Крепим трафарет к микросхеме и проверяем качество и наличие шариков.

Результат пайки.

Немного о нижнем подогреве

Далее, микросхема припаивается к плате. Такие массивные BGA детали трудно припаять к плате только с помощью фена. Мастера в сервисных центрах используют нижний подогрев. Он помогает разогреть плату. Обычно используются инфракрасные паяльные станции для пайки материнских плат.

Несмотря на то, что мобильные BGA микросхемы можно паять только феном, для уменьшения риска плохой пайки или отрыва контактов, мастера также используют нижний подогрев. Он меньше, чем для материнских плат, но не менее эффективен.

Готовые шары и способ нанесения

Отличается от пасты способом нанесения. Нанесите на микросхему флюс. Он нужен для того, чтобы склеить микросхему и трафарет на время пайки. И затем положите в контейнер трафарет с приклееной микросхемой и насыпьте шарики нужного диаметра. Зубочисткой распределите шарики и удалите лишние.

Пайка аналогична пасте.

Что такое компаунд и как его удалить с платы

Компаунд — это смола, которая позволяет увеличить прочность платы и уменьшить температуру работы микросхем. Также спасает плату при попадании влаги

Если нужно перепаять микросхему, компаунд придется удалить. Его наносят по разному. Производители могут нанести по краям контактов с SMD деталями. А могут и залить полностью.

Чем удалить смолу с платы

Можно удалить механически. Для этого нагреваем плату феном до 150 °C и зубочисткой или металлическим пинцетом снимаем кусочки компаунда с платы. Не всегда получается так сделать.

Еще можно попробовать химические растворители. Обычно продаются в магазине запчастей для мобильных телефонов.

А чтобы выпаять микросхему, у которой под контактами компаунд, нужен режущий пинцет. Процедура пайки аналогично обычной, но в этот раз нужно срезать компаунд.

BGA пайка процессора на примере планшета

Планшет загружался через раз. При давлении на процессор проходит экран загрузки, но процент зарядки 0%. Смена аккумулятора и попытки прошить аппарат ни к чему не привели. Так же режим инженера не доступен.

Возле процессора есть много рассыпухи, лучше закрыть ее плотным алюминиевым скотчем, чтобы случайно не сдуть.

Выпайка процессора

Обязательно нужно сфотографировать место пайки, чтобы не было проблем определить в какой стороне находится ключ. Сначала место пайки прогревается 100 — 150 °C на максимальном потоке воздуха. Где-то после минуты постепенно увеличиваем температуру. 200 °C, 250 °C и потолок 310 °C — 320 °C. При температурах от 250 пытаемся аккуратно пинцетом покачивать процессор. Если он стоит на мертво, то ждем еще (или увеличиваем температуру, но не больше 320 °C). Когда процессор от одного прикосновения пинцета пошатывается, то время снимать его. В данном случае все защищено фольгой, то риск задеть рассыпуху минимален, поэтому пинцетом можно откинуть его на плату.

Убираем припой

Лучше не использовать оплетку, дабы избежать повреждения маски. При помощи паяльника и немного припоя на жале (для разбавки припоя с тем, что на плате) легкими и не резкими движениями проходим по площадкам. Естественно перед этим наносим флюс на плату. Та же процедура и с самим процессором. Важно не перегреть его и не сорвать пятак.

Кстати, после выпайки обнаружилось, что на нескольких контактах был отвал процессора от платы. Так как слой меди был на процессоре целый, то удалось заново залудить оторванные контакты с шарами.

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.

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.

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.

Видео по теме

Альтернативная пайка BGA микросхем

Очень интересно видео. Способ накатки шаров паяльником без трафарета.

Пример пайки ноутбука от YouTube канала CORE