Download Montaje y reparación de dispositivos BGA

BGA
BALL GRID ARRAY
SASE 2012 – FIUBA – Bs.As.
Sergio Guberman, 2000 / 2012
Sergio Guberman, 2000 / 2012
Desarrollo
* Tipos, consideraciones y clasificación
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CSP y Flip Chip
Métodos de remoción de BGA’s
Métodos de alineación de BGA’s
Fijación de perfiles térmicos
Boquillas, formatos y clasificación
Equipo de remoción std. -TF-700 o sim.Equipo de rem. e Inst. Prof. -TF-2000 o simEjemplos de Radiografias y fotografias
Infra-Rojo e Inspeccion por fibra optica
Video de Soldadura y Desoldadura.
Video de Inspección
Conclusiones Finales
Sergio Guberman, 2000 / 2012
BGA
BALL GRID ARRAY
-Bolitas o Columnas de Estaño Eutéctico-de 16 a 2400 contactosSergio Guberman, 2000 / 2012
Variantes de BGA
Plastic BGA -388-
BGA –Cerámico-
Super BGA -596-
Tab BGA -736-
BGA –Cerámico-
BGA -Metálico-
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Tipos de Array
Ball Grid Array
(BGA)
• Cápsula Plástica
(PBGA)
• Cápsula Cerámica
(CBGA)
• Cápsula Cerámica con Columnas
(CCGA)
• Cápsula Metálica
(MBGA/SBGA)
Chip Scale Package o Micro BGA
Micro Lead Frame
Flip Chip
(CSP)
(MLF)
(FP)
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BGA Típico
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Características de un
Plastic Over-Molded
*Paso entre bolitas (Pitch ):
*Diámetro de la bolita:
BGA
Epoxy Under-filled
(Glob Top)
0.3mm–1.5mm
0.25mm–1.05mm
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Características de un
CSP
CSP (Chip Scale Package)
Tamaño Global: ninguno mas largo que 1.2 X el tamaño del die
dentro del componente // Variante del uBGA
HTML
Un nuevo desafío al momento de remover o instalar un componente
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Características de un
MLF
MLF (Micro Lead Frame) o MLP o QFN
Micro conductor, es una familia de circuitos
integrados QFN.
Está disponible en 3 versiones que son MLPQ,
MLPM y MLPD
Tambien considerados en algunos casos como
familia de los CSP.
Un nuevo desafío al momento de remover o instalar un componente
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Características de un FLIP CHIP
-Die, Cristal de silicio desnudo con hilos de soldadura a sus costados.-Conexión directa al sustrato
• Varían su tamaño desde
0.8 a 20 mm cuadrados
• El diámetro de las bolitas
varían entre .1 y .4 mm
• El pitch entre bolitas varían
entre .25 y .8 mm
Se pueden lograr chips tan pequeños que su reparación en algunos casos puede
resultar imposible
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Comparación Rápida
BGA
CSP-FC
Tamaño del chip:
superior a 4cm2
entre 0,8 y 4cm2
Paso entre bolitas:
0.3mm a 1,5mm
entre 0,25 y
0,8mm
Diámetro de las bolitas:
0,5mm a 1,05mm
entre 0,1 y
0,4mm
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Indice del proceso para remover o instalar un
BGA
Remover el
componente
Limpiar el
lugar
Colocar el
componente
Reflow/Aplic.
de calor
Inspección
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Remover un BGA mediante método
Conductivo –ej: equipo PACE-MBT 250Virtualmente todos los
retrabajados
usando
BGA/CSP pueden ser
sistemas
de
métodos
conductivos para transferir la temperatura.Algunos dispositivos
para este tipo de remoción
estan disponibles ayudado por una bomba de
Vacío que a través de una goma (sopapa) una vez
alcanzada la temperatura necesaria, hara de vacuum pick-up- y levantará el componente.-
Este método de ninguna manera es apto para
instalar un BGA.
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Remover un BGA mediante métodos
Convectivo y Radiación
----Equipos Profesionales---IR3000 –Infra Rojo –
*******************
TF-1700/2700 -Aire Caliente-
================
-Equipo de bajo costo pero alta prestacion-
JOVY RE-7500 -Infra RojoSergio Guberman, 2000 / 2012
Pasos Básicos para Remover un BGA
método convectivo, aire caliente
1
2
Area de Preparación y limpieza Alineación de la boquilla
Precalentamiento superior
Posicionamiento
3
4
Reflujo con proceso de Salida
Levante el componente
por encima del Administre calor hasta que toda la
componente
Permita su enfriamiento
soldadura se haya fundido
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Aire
Caliente
No Hay reflujo
de soldadura
en
componentes
adyacentes
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Remoción BGA
-Equipos PACE ST 325 y ST 350
Equipos convectivos de bajo costo
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Remoción BGA
-Equipo PACE IR3000 Infra Rojo – Alta Gama
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Remoción BGA
-Equipos PACE TF1700/2700 Aire Caliente-Alta Gama
PACE TF 1700
PACE TF 2700
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Remoción BGA -Equipo JOVY RE-7500
Infra Rojo, simple y económico !!!
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Métodos para
Alinear
componentes
BGA’s
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Métodos de Alineación 1
Alineación con Plantilla (para equipos Termo Flow)
Factor de éxito nro. 1: Habilidad del Operador.• Para trabajos con pasos superiores a .8 mm .• Bolillas con diámetros inferiores a .8 baja posibilidad de éxito.• Bolillas con diámetros inferiores a .6 , casi imposible.-
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Métodos de Alineación 2
usado con equipo prof. TF1700 o 2700
Alineación a través del
muestreo realizado por
potente cámara (aprox. 72x)
mas prisma, traducidos en la
pantalla de una PC o un Monitor
de Video acompañados de un
importante paquete de
Software.-
CSP
CSPMisaligned
Aligned
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Consideraciones para la Alineación
Que nivel de precisión se requiere ?
• Superior al 50 % del diámetro
de la bolilla.-
Para tener una precisión casi exacta
sobre la colocación y por ende
considerarla exitosa, la precisión
debera ser de .025mm (.001”)
Sergio Guberman, 2000 / 2012
Consideraciones para la Alineación
• > a un paso de .8 mm, Zoom no inferior a 35x
• < a un paso de .8 mm, Zoom 80x mínimo (CSP)
• La computadora basada en sistemas ópticos es el
método más fiable y mas económico que el método
de utilización de equipos de RX.-
• El software reduce costos, tiempos, mejora
perfomance, permite el guardado de perfiles
predeterminados, etc..Sergio Guberman, 2000 / 2012
Dispositivo de Alineación por Camara, profesional
mas prisma, superposición de imagenes BGA/PCB
Ver Video
BGA
Prisma
Camara
Monitor
PCB
Visual Overlay System (VOS)
sistema visual de superposicion
Rojo = BGA
Azul = PCB
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Video -- Alineación con nuestras manos
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Reflow de BGA 313
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Perfiles Térmicos
Establecimiento de un perfil
Zonas
Pautas
Precalentadores, métodos y sistemas
Boquillas para Aire Caliente
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Establecimiento de un
Perfíl Térmico
Se realizan tres agujeros en la placa a instalar el componentes y se
colocan tres terminales de termocuplas -observar fotografía-
Peroooo
es aun muy
utilizado para
realizar las
calibraciones
pre instalacion
y controlar las
temperaturas
en cada sector
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Establecimiento de un
Perfíl Térmico
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Perfiles de Zonas Térmicas
Estableceremos 4 zonas críticas y en virtud del solftware y las
termocuplas instaladas veremos en pantalla las curvas pertinentes
durante un proceso completo.-
1. Preheat
2. Soak
3. Reflow
4. Cool-Down
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Pautas de los perfiles Térmicos
Preheat: Rampa de temperatura en la tarjeta, el BGA & sus
junturas ( 2-3°C/sec) hasta alcanzar los 100°C
Soak: Precalentamiento durante 1-2 minutos, hasta que la rampa
alcance los 120 - 135 °C
Reflow: Chorro de aire a través de la boquilla sobre los cuatro
lados hasta alcanzar los 200- 210 °C, sin excederse de la
temperartura maxima prevista para el componente que se
esta trabajando (usualmente 235-240°C)
Cool-Down: Aire frío proporcionado por el Ventilador a la boquilla
y fin del proceso.-
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Zonas Térmicas
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Método de Precalentamiento: Conductivo
-Bandeja o plato caliente
-Ineficaz y dificultoso de controlar
-Buenos trabajos con pequeñas tarjetas
-Confiable en proximidad y más efectivo en tarjetas híbridas
Hybrid Conductive & Convective Preheating System
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Método de Precalentamiento: Radiación
usando en sistemas profesionales con equipo tipoTF-1700 a
través de I.R. (400 w)
-las potencias dependen del modelo de equipo-
Sergio Guberman, 2000 / 2012
Método de Precalentamiento: Convección
Solamente precalentador de bajo costo
PACE ST 450
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Método de Precalentamiento: Radiación
Solamente precalentador de bajo costo
PACE ST 400
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Conclusiones del Precalentamiento
Evitar aplicar calor de un solo lado.
Evita daños en los pads.
Evita la delamicación del PCB.
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Sistema Profesional de alta gama para Remoción
e Instalación por AIRE CALIENTE –PACE –
Single Axis
Motorized Heater
Operation
Head w/ Heat
Intuitive PC-Based
Profile Development
Software
Medium Wave IR
Bottom Side
Pre-Heater
24” X 24” PCB
Holder w/
Micrometer
Adjustments
Focusing Nozzles
Thermocouple inputs
for accurate profile
development
Adjustable Nest
for Component
Pick Up
Retractable Hi-Res
Vision Overlay
System w/Dichroic
Prism
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JOVY = Infra Rojo
Soldadura y Desoldadura de PTH, SMT y
BGA a bajo costo y alta prestación
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Retrabajando BGA
con equipo JOVY
Suelda un BGA
Instala un procesador de Wii
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BGA Reballing (rearmador de bolitas)
con JOVY
Metodo 1: Con bolitas simples
Reballer
Metodo 2: Con pasta de estaño
STENCIL
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Estado de los pad despues de la
limpieza
Plano
Deseado
Concavo
Aceptable
Convexo
No deseado
Desigual
Inaceptable
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Estado de las bolitas posterior al
Reflow
Un-reflowed
Partial
Complete
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Equipo de Inspección por
Rayos X PACE – XR 3000
• El Sistema de Inspección
en Tiempo Real XR 3000
es una potente herramienta
para control de calidad y
verificación durante el
proceso de todos los
aspectos de la fabricación
microelectrónica. El XR
3000 facilita una rápida
inspección por rayos X en
tiempo real en entornos de
producción y retrabajo
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Equipo de Inspección por Rayos X
PACE XR 3000
Sergio Guberman, 2000 / 2012
Insufficient Reflow -Soldadura Fria-
Sergio Guberman, 2000 / 2012
Bolita perdida
Error de Alineación
Sergio Guberman, 2000 / 2012
Mirando bajo microscopio
Pad levantado
Sergio Guberman, 2000 / 2012
Mirando bajo microscopio
Cracked Solder Joint
Sergio Guberman, 2000 / 2012
Estamos Terminando !!!
Preguntas ???
05/05/10
Sergio Guberman, 2000 / 2012
Sencillamente…
Muchas Gracias !!!
por confiar en nuestra compañía
Sergio Guberman, 2000 / 2012