Sprzęt niezbędny w każdym serwisie elektronicznym

Czym jest stacja lutownicza BGA i jakie ma zastosowanie

Na początek warto przytoczyć trochę suchej teorii aby rozwiać wszelkie wątpliwości. Stacja lutownicza pozwala na montaż i demontaż elementów typu BGA czy SMD, również tych o nieregularnych kształtach. Wyróżniamy urządzenia na gorące powietrze i wykorzystujące podczerwień.

Układy BGA znajdują swoje zastosowanie wszędzie tam, gdzie zachodzi potrzeba, aby na małej powierzchni znalazła się duża ilość połączeń. Tak więc obudowy BGA znajdują się głównie w urządzeniach mobilnych, czyli w każdym współczesnym telefonie komórkowym, tablecie czy laptopie.

Układy BGA (ang. Ball Grid Array) to rodzaj obudowy z wprowadzeniami sferycznymi w siatce rastrowej, w których znajdują się połączenia w postaci kulek lutu. W przypadku tych obudów została zastosowana technologia SMT (ang. Surface Mount Technology) jest to sposób w jaki zostały zamontowane na płytce obwodu drukowanego, podzespoły elektroniczne.

Zalety zminimalizowana układów i możliwości jakie dają

Podstawową zaletą tego rodzaju obudów jest ilość możliwych połączeń do wyprowadzenia na spodzie układu scalonego w porównaniu do ilości jakie można zmieścić na krawędziach układu o tych samych rozmiarach. Kolejną zaletą tego typu obudów jest samopozycjonowanie się komponentu w trakcie wlutu. Mimo tego zawsze należy ustawić układ tak, by kulki stykały się z polami lutowniczymi płytki. Różnica przesunięcia jaka jest dopuszczalna jest minimalna i wynosi w zależności od rozmiaru kulki od 0,2 do 0,5 mm. Gdy jednak chcemy mieć pewność, iż układ jest precyzyjnie wypozycjonowany należy użyć systemu optycznego, który działa na zasadzie pryzmatu.

Minimalizacja to nie zawsze tylko zalety

Układy BGA mają też swoje wady. Uszkodzenia mechaniczne to najczęściej występujący problem. Wszystko przez to, że w trakcie naprężania się powierzchni, na której jest montowany układ może dojść do uszkodzenia. Bardzo istotne jest w tym przypadku, aby zwrócić uwagę w trakcie wlutu na powierzchnię do której jest lutowany układ – musi ona być idealnie płaska. Wady układów BGA mogą się także przejawiać tym, że w trakcie wlutu zdarzają się zwarcia między kulkami, a także może wystąpić niewystarczający rozpływ, czyli tzw. zimne luty (niedolutowanie wszystkich kulek), które ujawniają się najczęściej po pewnym czasie pracy układu.

Aby zamontować układ BGA należy zaopatrzyć się w urządzenie przeznaczone konkretnie do tego typu operacji czyli w stację lutowniczą. Wyróżniamy następujący podział stacji lutowniczych, w zależności od typu elementu grzejnego:

• gorące powietrze (HOT-AIR)

• podczerwień:

  – kwarcowe,

  – ceramiczne.

Dwa główne rodzaje stacji charakteryzują się następującymi cechami.

Stacja HOT-AIR jak nazwa wskazuje w trakcie pracy wykorzystują gorące powietrze, które przepływa pod ciśnieniem przez grzałkę po czym jest kierowane za pomocą dyszy na układ BGA.

Natomiast stacje lutownicze na podczerwień działają w oparciu o grzałki kwarcowe lub ceramiczne emitujące promienie podczerwone, które następnie nagrzewają układ BGA.

Aby proces lutowania BGA przebiegł prawidłowo należy zwrócić uwagę na kilka istotnych kwestii:

1. jeśli zachodzi podejrzenie, że komponenty które mają być lutowane mogły być niewłaściwie przechowywane, należy je osuszyć najlepiej w specjalnych szafach klimatycznych lub wygrzać w piecach do BGA

2. zastosowanie właściwych zabezpieczeń ESD,

3. dobranie odpowiedniego rodzaju topnika, który będzie właściwy pod względem progu
   i czasu aktywacji,

4. zastosowanie odpowiedniego profilu lutowania, czyli przyrostu temperatury w czasie.

Czym są zimne luty i na co zwrócić uwagę aby ich uniknąć

Usterki połączeń w układach BGA powstają głównie z jednego powodu, którym jest występowanie tzw. zimnego lutu. Taką wadę możemy wykryć dopiero podczas dłuższej eksploatacji układu BGA i jest ona spowodowana pęknięciem połączeń między układem a płytką.

Pojawienie się zimnych lutów może mieć kilka przyczyn:

• niewystarczający rozpływ w momencie montażu układu,

• naprężenia, które pojawiają się gdy występuje zjawisko rozszerzalności cieplnej w momencie gdy układ pracuje w wysokich temperaturach,

• wskutek korozji spoiwa i starzenia się materiału.

Aby naprawić taką usterkę nie zawsze trzeba wymieniać układ na nowy, często możliwe jest wykonanie reballingu. Ten proces polega na wylutowaniu układu z płytki, następnie naniesienie na niego nowego spoiwa oraz ponowne wlutowanie go na płytkę.

Ważna jest prawidłowa diagnoza usterki, gdyż w niektórych przypadkach wystarczające może okazać się krótkotrwałe działanie wysokiej temperatury. Przywraca to funkcjonalność układu BGA i tym samym oszczędza czas jaki należałoby poświęcić na reballing.