Нижний подогрев плат своими руками: как сделать для пайки BGA

Что такое микросхемы BGA

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

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

Также BGA-чипы часто покрывают компаундом с целью охлаждения, защиты от влаги и механических воздействий, однако заменить такой чип гораздо сложнее.

Что нужно для пайки BGA

Паяльная станция (фен и паяльник), припой (шарик BGA или паста), пинцет, изопропиловый спирт (или газовые галоши), оплетка для отпайки, термолента и трафареты. Также понадобится нижний нагреватель и инструменты для удаления компаунда с доски (химикаты, острые плоскогубцы и лезвия).

Какие бывают трафареты

Шаблоны очень разные.

Расстояние между штифтами, диаметр шариков и ваше уникальное расположение могут потребовать вашего собственного уникального шаблона. Иногда они продаются по отдельности и вместе. Например, для айфонов разных моделей продаются наборы прямоугольных шаблонов, где есть все необходимые чертежи.

Есть универсальные, которые не имеют «рисунка» и могут накатывать разные микросхемы.

На фото выше шаблон для процессора iPhone. Она универсальна и прекрасно подходит для процессоров MTK.

Универсальные шаблоны подходят только в том случае, если шаг и диаметр шариков одинаковы и нет хаотичного расположения. То есть контакты должны быть прямыми, но если контакты не совсем прямые, эти шаблоны мало чем помогут. У специализированных есть рисунок и с ними легче наносить шарики.

Однако требуемый шаблон не всегда имеется в наличии и его необходимо заказывать отдельно. Также есть 3D шаблоны, которые очень удобно прикрепляются. Есть отдельные шаблоны и на одном листе, все сразу.

К шаблонам также предъявляются высокие требования по качеству. Они не должны быть согнуты, сморщены, иметь большие царапины, резко гнуться от небольшого нагрева. Качество отверстий также имеет значение. Они должны быть строго по чертежу BGA, одного размера и без искажений.

Припой

Существует два основных типа сварки с подвижным шаром.

Паяльная паста

Паяльная паста аналогична обычному припою с флюсом. Он имеет только пастообразную форму.

Эта паста содержит флюс и микроскопические шарики припоя.
Преимущества пасты:

• Пасту удобно наносить на шаблон;
• Не требует много места для хранения;
• Может использоваться в любом шаблоне;
• Позволяет восстанавливать разорванные контакты на микросхеме и плате

Недостатки макарон:

• Шары не одного размера;
• Паста со временем засыхает (конечно, можно разбавить ее другим флюсом, но он уже не будет иметь прежних свойств);
• Сферы можно получить только с помощью шаблонов;
• Высокое потребление для больших микросхем.

Из популярных можно использовать пасту от производителя Механик. Наиболее популярными и работающими являются XG30 и XG50. Продается в бутылочках (есть разные размеры) и шприцах.

Температура плавления от 180℃. Хранить при температуре от 0℃ до +10℃. Кстати, шарики этой пасты начинаются диаметром от 25 микрон (а в некоторых баночках и до 20). Шарик такого диаметра в домашних условиях сделать сложно, поэтому домашние макароны уступают фабричным.

Готовые шарики

Готовые шарики продаются разного диаметра. Есть 0,15 мм и 1 мм.

Преимущества готовых мячей:

• Их легче паять, чем паяльную пасту (просто паять, не наносить);
• Возможность нанесения шариков без шаблона (каждый шарик припаивается к микросхеме отдельно);
• Тот же размер шариков по сравнению с пастой;
• Шарики, оставшиеся после накатки, можно использовать повторно/

Недостатки готовых шаров:

• Нужно купить много шариков разного диаметра, поэтому итоговая стоимость будет выше по сравнению с макаронами;
• Неудобное нанесение шариков на шаблон, их надо сортировать и просеивать;
• Требуется дополнительный флюс.

Выбор, как правило, зависит от потребностей и возможностей. Некоторым будет проще с макаронами. А когда дело дойдет до ремонта ПК, пасты останется мало, поэтому шарики будут дешевле. Все зависит от ситуации.

Какой паяльный флюс выбрать для BGA

Лучше всего использовать пастообразный или гель-флюс. Не пытайтесь сваривать с жидкой смолой или смазкой. Канифоль и жир плохо распределяют температуру по шарикам и даже начинают кипеть при нагревании. А это большой риск, так как микросхема может перескочить из-за большого парообразования. И в этом случае шарики слипаются.

Также спиртовая канифоль негативно повлияет на контакты под микросхемой.

Из бюджетных вариантов подойдет RMA 223 или его качественные клоны. Не покупайте дешевые подделки, которые стоят менее 4 долларов. Они плохо смачивают припой.

Отечественный вариант флюса BGA — Interflux (межфлюсовый) IF 8300.

Если позволяет бюджет, можно попробовать Martin HT00.0017.

Накатка шаров

При прокатке шариков следует использовать чистый ровный шаблон (особенно при пайке пастой).

Пример свернутого и грязного шаблона. Для прокатки не подходит.

Если вы используете изогнутый и неровный шаблон при накатывании шариков с паяльной пастой, весь припой останется под шаблоном. Это бесполезно. Сама микросхема очищена от старых шариков, но не под корень, поэтому ее проще установить на шаблон. Трафарет должен быть установлен ровно, чтобы через трафарет были видны все контактные площадки, без искажений.

Пайка небольшой BGA eMMC микросхемы

Чистим чип изопропанолом. Ваши контакты должны быть даже. Если есть припой, удалите его паяльником. При пайке микросхему и шаблон следует располагать только на салфетках или деревянных досках. Металлическая поверхность будет поглощать тепло, а дерево, бумага или воздух — нет.

Чем крепить микросхему к трафарету

Есть несколько вариантов. Во-первых, это термолента. Он быстро прилипает, не оставляет много клея и не защищает от жары. Из недостатков — быстро отклеивается и не держится надежно по сравнению с термолентой из фольги.

Алюминиевая лента прочно прикреплена к плате, но оставляет много клея и термозащиты.

С одной стороны, алюминий лучше приклеивается, с другой стороны, быстрее и практичнее использовать обычную термоленту. Начните учиться с алюминия, пробуйте разные варианты.

Нанесение пасты

Нанесите пасту обычной зубочисткой или шпателем. Можно использовать ватные палочки, но они впитывают много пасты.

На поверхности шаблона не должно оставаться больших комочков припоя, иначе они слипнутся и придется паять.

Придерживание трафарета

Если при нагреве шаблон начинает искривляться и нанести шарики не удается, то его необходимо зажать пинцетом.

Не нажимайте слишком сильно, только немного. Трафарет сначала нагреваем до 100°С, затем поднимаем до температуры плавления пасты. Обычно она составляет от 200 до 260 °C. Постепенно должны сформироваться шарики. Если вы быстро повысите температуру, флюс в паяльной пасте начнет кипеть, и припой выскочит из приспособления. Я должен начать все сначала

Как снять микросхему с трафарета

Нельзя резко вынимать микросхему из шаблона, изгибать ее или вытягивать. Вы можете согнуть шаблон или зачистить контакты BGA. Если вы не можете удалить чип, посмотрите на сторону с отверстиями. Сварной шов на лицевой стороне не должен прилегать к шаблону. Попробуйте несколько раз прочистить шаблон с микросхемой изопропанолом или бензином Калоша с помощью щетки.

Затем нагрейте чип до 120°C в течение 30 секунд. Микросхему можно извлечь пинцетом и только слегка расправив шаблон, без резких движений.

На видео используется другая микросхема и бесклеммовая пайка.

Перекатываем шары на южном мосте

На этой микросхеме надо сначала восстановить контакты.

Восстановление контактов

Наносим тонкий слой паяльной пасты и начинаем нагревать феном со 100°С, постепенно увеличивая до 200°С.

И паяльная паста начинает сужать контакты микрошариками. Почему не паяльник, а обычная сварка? Они менее пригодны для работы. Фен равномерно прогревает контакты, и микрошарики не сразу слипаются в большой кусок припоя. А остатки припоя удаляются паяльником.

Один из участков восстановлен.

Итак, проходим по всем контактам. После восстановления и удаления излишков припоя очистите контакты изопропанолом и ватой.

Еще один способ крепления

Чип большой, поэтому шаблон уникальный. Имеются специальные держатели для индивидуальных шаблонов. Это каретка с двумя зажимами и пружиной. Крепится шестигранником.

Закрепляем микросхему в приспособлении и выравниваем по шагу шаблона.

Нанесение пасты и пайка

Равномерно нанесите паяльную пасту по всей поверхности.

Пасты на контактах микросхемы должно быть достаточно, без недочетов и без поломок.

Круговыми движениями нагреваем шаблон сначала до 100°С. Постепенно повышаем температуру и медленно нагреваем одну кромку до 200 — 250°С. Постепенно паста начнет превращаться в припой.

Очистите шаблон изопропанолом, чтобы разбавить флюс. Снова нагрейте шаблон при 100°C в течение 20 секунд.

С помощью лезвия осторожно подденьте шаблон без резких движений со всех сторон и он сам отсоединится от южного моста (микросхемы).

Очищаем микросхему от ненужных шариков и флюса. Теперь осталось вырезать шарики. Наносим флюс каплями по всей площади.

Нагреваем микросхему, и шарики начинают равномерно распределяться по своим местам. После этого снова чистим микросхему от потока.

Прикладываем шаблон к микросхеме и проверяем качество и наличие шариков.

Результат сварки.

Немного о нижнем подогреве

Далее микросхема припаивается к плате. Эти массивные детали BGA трудно припаять к плате с помощью простого термофена. Мастера в сервисных центрах используют нижний подогрев. Помогает разогреть доску. Инфракрасные паяльные станции обычно используются для пайки материнских плат.

Хотя паять мобильные BGA-чипы можно только феном, для снижения риска некачественной пайки или отсоединения контактов умельцы используют и нижний нагрев. Он меньше, чем у материнских плат, но не менее эффективен.

Готовые шары и способ нанесения

Отличается от пасты способом нанесения. Нанесите флюс на чип. При пайке необходимо склеить микросхему и шаблон. А затем положить в емкость шаблон с приклеенной фишкой и набить шарики нужного диаметра. Распределяем шарики зубочисткой и удаляем излишки.

Припой похож на пасту.

Что такое компаунд и как его удалить с платы

Компаунд представляет собой смолу, повышающую сопротивление платы и снижающую температуру чипов. Это также спасает доску в случае влажности

Если вам нужно перепаять чип, вам нужно будет удалить компаунд. Применяется другим способом. Производители могут наносить на края контактов детали SMD. Или они могут заполнить его полностью.

Чем удалить смолу с платы

Его можно удалить механически. Для этого нагрейте плату феном до 150°С и удалите кусочки компаунда с платы зубочисткой или металлическим пинцетом. Это не всегда так работает.

Вы также можете попробовать химические растворители. Обычно он продается в магазине запчастей для мобильных телефонов.

А для пайки микросхемы, у которой под контактами компаунд, нужен режущий пинцет. Процедура сварки похожа на обычную, но на этот раз нужно прорезать композит.

BGA пайка процессора на примере планшета

Планшет заряжался со временем. При нажатии на процессор экран загрузки проходит, но процент загрузки 0%. Смена батареи и попытка прошить аппарат ни к чему не привели. Также недоступен инженерный режим.

Возле процессора много люфта, лучше заклеить его толстым алюминиевым скотчем, чтобы случайно не сорвало.

Выпайка процессора

Обязательно сфотографируйте место сварки, чтобы не было проблем с определением, с какой стороны находится ключ. Сначала место сварки нагревают до 100 — 150 °С с максимальным потоком воздуха. Примерно через минуту постепенно повышайте температуру. 200°С, 250°С и потолок 310°С — 320°С. При температуре выше 250 пробуем аккуратно покачать процессор пинцетом. Если остановится, ждем еще (или повышаем температуру, но не более 320°С). Когда процессор шатается от прикосновения пинцета, значит, пора его вынимать. В этом случае все защищено фольгой, тогда риск задеть незакрепленный минимален, поэтому можно пинцетом загнуть его над платой.

Убираем припой

Оплетку лучше не использовать, чтобы не повредить маску. С помощью паяльника и немного припоя на жало (чтобы разбавить припой тем, что есть на пластине) проходимся по местам легкими и не резкими движениями. Естественно перед этим наносим на плату флюс. Та же процедура с самим процессором. Важно не перегреть его и не сломать копейку.

Кстати, после выпайки оказалось, что на нескольких контактах была пластина процессора от платы. Так как медный слой на процессоре был цел, то можно было заново залудить разорванные контакты шариками.

Реболлинг процессора

Реболлинг — это перепайка микросхемы. Это не замена старого на новый, на самом деле шарики на микросхеме обновлены для лучшего контакта с платой.

С помощью паяльной пасты и шаблона прикладываем к процессору новые шарики.

Температура пайки значительно ниже. 180°С — 200°С. Закрепляем процессор на шаблоне той же алюминиевой лентой.

После шаблона чистим процессор и наносим флюс. Затем снова нагреваем, чтобы шарики точнее встали на место и лучше расплавились. Уборка после этой процедуры.

Затем, перед установкой, мы покрыли плату ровным слоем. С помощью шпателей или палочек распределяем его равномерно, чтобы все контакты были хорошо пропаяны и процессор не плавал.

Ставим процессор на ключ и позиционируем его края. Поскольку вокруг него много ленты, это не должно быть сложно. После этого также нагреваем плату сначала до 100 — 150°С, затем повышаем до 200°С — 230°С, и пробуем аккуратно потрогать пинцетом, чтобы убедиться, расплавился припой или нет. Если делать это резко, то придется повторять все заново, шарики слипнутся.

После пайки снимите скотч, а плату лучше вообще не чистить. Под BGA-чипами очень мало воздуха и поэтому при попадании чистящего средства удалить его полностью очень сложно. Вы, конечно, можете попробовать «испарить» флюс при 100°C, но если у вас есть хороший флюс без очистки, вам не о чем беспокоиться.

Планшет начал включаться без нагрузки на процессор, но после зарядки выключился при 0%. Только теперь можно войти в инженерный режим и попробовать перезагрузить планшет. После перезагрузки устройство нормально включилось и показывает процесс зарядки, баланс и перестало отключаться.

Теперь нужно внимательно проверить все его функции. Камера, звук, микрофон, Wi-Fi, сенсорный экран.

Для чего нужен нижний подогрев

На изображении ниже мы видим BGA-чип, который находится на печатной плате. Если дунуть горячим воздухом феном на микросхему, то наша микросхема нагреется только сверху. Шарики припоя и печатная плата будут холоднее, чем сам чип. В результате микросхема может перегреться и выйти из строя.

Ситуация кардинально меняется в лучшую сторону, если нагревать плату с микросхемой не только сверху, но и снизу с помощью нижнего нагрева.

При этом и плата, и микросхема будут греться со всех сторон: и снизу, и сверху. Шарики припоя и печатная плата уже будут горячими, как и чип. В результате нижние и верхние шарики припоя будут плавиться одновременно, что снижает риск зачистки печатных проводников на самой печатной плате.

Существует также второй подогрев ниже. Когда греем феном без нижнего нагрева, то где-то пластина сильно нагревается, а где-то нет. Из-за расширения вещества под воздействием температуры, в местах, где мы обжариваем феном, плата будет расширяться, а это может привести к печальным последствиям. Он разбухнет и нарушит связи между слоями, поскольку платы мобильных телефонов и компьютеров состоят из нескольких слоев. С помощью нижнего нагрева доска прогревается равномерно по всей площади, благодаря чему можно избежать печальных последствий.

Как работать с нижним подогревом

Здесь у нас есть четыре крепежных болта, которыми крепится наш пациент

В основном я устанавливаю температуру на своей нагревательной платформе ниже 200 градусов. Для этого я нажимаю кнопку и поворачиваю спин

Фиксируем пациента и ждем пять минут. Когда наша плата нагреется, начинаем разбирать SMD компонент.

Где купить нижний подогрев

На Али, где еще.

Но лучше присмотреться к паяльным платформам, которые сочетают в себе не только нижний нагрев, но и паяльник и фен в одном наборе. Такая сварочная площадка будет даже удобнее, чем покупать все по отдельности.

Из чего сделать своими руками

Внешнее устройство плиты

• Корпус взят от старой советской магнитолы, но можно взять и от чего другого в лом.
• Кронштейны собираются из листовой стали, их очень легко сделать из любого подручного материала, который имеется в строительных магазинах.
• Хомуты изготовлены из болтов, распиленных пополам и скрепленных барашковыми гайками.

Вы можете перемещать опоры в разные стороны в зависимости от размера доски.

Внутреннее устройство плиты

Внутри у нас есть:

• твердотельное реле Footek SSR-40;
• входной разъем;
• кнопка питания;
• скважинный контроллер;
• нагревательная плита, снизу которой прикручен датчик температуры, показывает температуру плиты.

Вот такое простое в изготовлении устройство.