Я как то выкладывал статью на тему накатки шариков на микросхемы BGA с помощью удобной подставки, однако там глубоко не заострял внимание на физике самого процесса и почему надо делать именно так, а не иначе. Другими словами, если любитель попытается повторить не понимая физического процесса, у него может не получиться. Так и случилось с одним из моих подписчиков. Поэтому статья будет для него и других читателей кто немного не в теме, а значит полезна для понимания сути всего происходящего.
Итак, у нас уже есть отличная подставка для реболлинга, но нет понимания почему надо действовать строго по инструкции и почему шарики должны обязательно получиться даже с первого раза, как было обещано в предыдущей статье.
Но шарики должны не просто получиться, они должны припаяться к микросхеме!
Разбираемся с чего начать.
К подставке нам нужна паяльная паста, желательно в шприце с температурой плавления 183 градуса. Это свинцово-содержащая паста, чтобы там не желали "зелёные", мы паяем только ей. И пусть весь мир подождёт.
Для качественного реболлинга нужен качественный трафарет. Я рекомендую трафареты от Amaoe, они магнитные, прямого нагрева, надёжные, все отверстия в шаблонах квадратные.
Что же дают квадратные отверстия и чем именно они так хороши?
Во-первых квадрат как известно из курса геометрии при одинаковых габаритных размерах имеет большую площадь. А значит паяльной пасты в нём поместится немного больше.
Во-вторых после сворачивания пасты в шарик, у него будет всего 4 точки возможного касания внутри отверстия, вместо целой окружности как в классических круглых. А значит шарик не застрянет.
В-третьих - это просто красиво!
Идём далее. С оснасткой в общих чертах разобрались. Всякие шпательки, химия для чистки, паяльник и фен с горячим воздухом у вас уже разумеется есть.
Готовим микросхему.
Капаем каплю пасты на только что снятый чип с платы, капаем разумеется на сторону где находятся старые и кривые шарики припоя.
Резонный вопрос - почему не просто каплю флюса? Дело в том, что на микросхеме чаще всего заводской бессвинцовый припой с большой температурой плавления. Так вот, чтобы легче его убрать без излишнего перегрева микросхемы и риска оторвать пятаки металлизации, рекомендую смешивать его с более низкотемпературным припоем.
Затем берём пальник с жалом топорик и смело плавим каплю пасты, потом проходимся плоскостью жала по всей площади чипа, пока все старые шарики вместе с новой пастой не соберутся на жале паяльника. После, припой с жала стряхиваем на губку и повторяем процесс. Следим, чтобы флюса было на чипе много, стараемся не поцарапать подложку микросхемы. Когда весь припой получилось убрать, на оставшиеся бугорки не обращаем внимание, микросхему моем изопропанолом (Флюкс офф по желанию, дорого-богато).
Затем чистую и сухую микросхему располагаем контактами вверх на нашей замечательной подставке для реболлинга. Сверху ориентируем трафарет. Следим, чтобы трафарет располагался отверстиями точно над контактными площадками чипа строго в центре.
Чем точнее расположите трафарет над контактными площадками, тем легче выпадет микросхема из него после формирования шариков.
Затем надо нанести паяльную пасту.
Делаем так: капаем пасту в центр или тонкой полоской по линиям отверстий (дозировка к вам придёт опытным путём), затем пальцем (я это делаю указательным) аккуратно с небольшим нажимом размазываем её по всей площади чипа, стараясь заполнить все отверстия шаблона вглубь.
Задача на текущий момент заполнить объём! После того как все отверстия заполнены, шпателем выравниваем поверхность и снимаем излишки.
Важно забить пастой все отверстия вглубь на весь объём. Иначе получим разные по диаметру шарики, а это не есть хорошо. Шпатель же снимет излишки и уровняет всех. Пройдитесь шпателем в перпендикулярных направлениях несколько раз - это гарантирует точность заполнения пастой!
У кого-то может получиться весь процесс сразу шпателем без брака! Мне показалось им сложно контролировать точное заглубление пасты, приходиться в прямом смысле жёстко втирать и паста может попасть под трафарет и даже приподнять его, поэтому мне без пальца никак :).
Обдув. Формируем шарики припоя.
В этом месте надо рассказать про ту самую физику. Именно здесь самый непонятный момент и как следствие самый частый вопрос - какую температуру потока горячего воздуха паяльной станции использовать?
Чтобы паста расплавилась, припой должен достичь температуры 183 градуса. Казалось бы так и надо выставить на паяльной станции. Но увы, физика немного сложнее. Дело в том что трафарет в нашем случае является тепловым экраном и обладает приличной теплоёмкостью. Значит нам придётся компенсировать эти потери на нагрев трафарета и отражения тепла вверх, а значит добавить температуры. Дело в том, чтобы получились шарики и они смогли припаяться к контактным площадкам, нам надо точку их контакта с чипом прогреть до заданной температуры.
Температура. Опытным путём давно уже выяснилось, что температура воздушного потока в 320 градусов именно то что нужно. При такой температуре шарики получаются быстро, микросхема лежащая под трафаретом успевает прогреться и достичь необходимой температуры поверхности контактных площадок для надёжного сцепления с шариками. Поток воздуха на паяльной станции я рекомендую выставлять примерно на середину.
Попытка накатки на значительно более низких температурах скорее всего потребует большего времени и возможно даже нижнего подогрева для чипа. Иначе возможен брак - шарики не прилипнут или даже будут выскакивать из отверстий шаблона, плавая на флюсе недогретой подложки микросхемы.
Как правильно дуть феном. Здесь тоже не всё так очевидно. Казалось бы дуй на припой и жди шариков, но увы. Это так не работает. Снова физика вступает с нами в состязание. Если дуть только в площадь самого чипа, мы получим неравномерный изгиб трафарета (металл имеет свойство расширяться с нагревом), кипящий флюс, прыгающие шарики и локальный перегрев микросхемы.
Трафареты от Amaoe на мой взгляд это произведение искусства, у них по периметру шаблона часто есть специальные отверстия. Именно они являют собой барьер температурной деформации, но надо правильно им воспользоваться.
Итак, включаем воздушный поток и начинаем прогревать периферию трафарета вокруг этих круглых отверстий обрамляющих шаблон, медленно переходим к отверстиям, обдуваем их и наконец к местоположению чипа. Не останавливаясь снова повторяем процесс от периферии (двигаемся чуть дольше) к центру (двигаемся чуть быстрее) шаблона, пока трафарет не начнет заметно изгибаться, как правило вверх вокруг тех самых отверстий, оставляя сам шаблон над микросхемой ровным. Основной упор нагрева, как вы поняли делаем именно на периферию шаблона.
Индикатором точки начала формирования станет начало серебрения частичек припоя в крайних отверстиях шаблона и остатков пасты наверху.
Только после этого струю горячего воздуха можно отвести немного повыше и начать круговыми движениями продувать сам припой, чтобы выровнять температуру по всей площади микросхемы. Как только окончательно засеребрились все шарики, отсчитываем две три секунды и убираем фен в сторону.
Через десяток секунд, когда серебрение шариков сменится матовостью, поднимаем трафарет и выталкиваем микросхему. Часто она даже остаётся лежать на подставке.
Не стоит ждать долго или полного остывания трафарета до комнатной температуры - флюс застынет и прилипшую микросхему будет вынуть сложнее.
В тяжёлых случаях, когда микросхема от лёгкого нажатия не выпадает из шаблона - не старайтесь её выковырять или насильно выдавить. Это может привести к отрыву металлизации на микросхеме. Промойте трафарет с микросхемой в изопропаноле и микросхема вывалится сама.
Не вышло? - капайте флюс и прогревайте повторно.
Иногда бывает полезно обдуть микросхему ещё раз уже без трафарета, чтобы все шарики выровнялись и стали точно в центрах своих площадок. Делать это стоит конечно же до отмывки, на остатках флюса паяльной пасты.
Таким образом у вас получилось накатать свою первую микросхему с первого раза. Поздравляю!
Если понравилось, вы знаете что делать.