Montaje y reparación de dispositivos BGA

Sergio Guberman, 2000 / 2012

BGA BALL GRID ARRAY SASE 2012 – FIUBA – Bs.As.


Desarrollo * Tipos, consideraciones y clasificación * 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 sim- * Ejemplos de Radiografias y fotografias * Infra-Rojo e Inspeccion por fibra optica * Video de Soldadura y Desoldadura. * Video de Inspección * Conclusiones Finales


BGA

-Bolitas o Columnas de Estaño Eutéctico- -de 16 a 2400 contactos-

BALL GRID ARRAY


Variantes de BGA Plastic BGA -388- Super BGA -596- Tab BGA -736-

BGA –Cerámico- BGA –Cerámico- BGA -Metálico-


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 (CSP)

Micro Lead Frame (MLF)

Flip Chip (FP)


BGA Típico


Características de un BGA

Plastic Over-Molded Epoxy Under-filled (Glob Top)

*Paso entre bolitas (Pitch ): 0.3mm–1.5mm

*Diámetro de la bolita: 0.25mm–1.05mm


CSP (Chip Scale Package)

Tamaño Global: ninguno mas largo que 1.2 X el tamaño del die dentro del componente // Variante del uBGA

Características de un CSP

Un nuevo desafío al momento de remover o instalar un componente

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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.

Características de un MLF

MLF (Micro Lead Frame) o MLP o QFN

Un nuevo desafío al momento de remover o instalar un componente


-Die, Cristal de silicio desnudo con hilos de soldadura a sus costados.-

-Conexión directa al sustrato

Características de un FLIP CHIP

Se pueden lograr chips tan pequeños que su reparación en algunos casos puede

resultar imposible

• 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


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


Indice del proceso para remover o instalar un BGA

Remover el componente

Limpiar el lugar

Colocar el componente

Reflow/Aplic.de calor Inspección


Remover un BGA mediante método Conductivo –ej: equipo PACE-MBT 250- Virtualmente todos los BGA/CSP pueden ser

retrabajados usando 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.


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 Rojo-


Pasos Básicos para Remover un BGA método convectivo, aire caliente

1 Area de Preparación y limpieza

Precalentamiento superior

Posicionamiento

2

Alineación de la boquilla

por encima del

componente

3 Reflujo con proceso de Salida

Administre calor hasta que toda la

soldadura se haya fundido

4

Levante el componente

Permita su enfriamiento


No Hay reflujo de soldadura

en componentes adyacentes

Aire Caliente


Remoción BGA -Equipos PACE ST 325 y ST 350 Equipos convectivos de bajo costo


Remoción BGA -Equipo PACE IR3000 Infra Rojo – Alta Gama


Remoción BGA -Equipos PACE TF1700/2700 Aire Caliente-Alta Gama

PACE TF 1700

PACE TF 2700


Remoción BGA -Equipo JOVY RE-7500 Infra Rojo, simple y económico !!!


Métodos para Alinear

componentes BGA’s


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.-


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 Misaligned CSP Aligned


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”)


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..-


Camara

Prisma

PCB

BGA

Monitor

Rojo = BGA

Azul = PCB

Dispositivo de Alineación por Camara, profesional mas prisma, superposición de imagenes BGA/PCB

Visual Overlay System (VOS) sistema visual de superposicion

Ver Video


Video -- Alineación con nuestras manos


Reflow de BGA 313


Perfiles Térmicos

Establecimiento de un perfil

Zonas

Pautas

Precalentadores, métodos y sistemas

Boquillas para Aire Caliente


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


Establecimiento de un Perfíl Térmico


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


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.-


Zonas Térmicas


-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

Método de Precalentamiento: Conductivo


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-


Método de Precalentamiento: Convección Solamente precalentador de bajo costo

PACE ST 450


Método de Precalentamiento: Radiación Solamente precalentador de bajo costo

PACE ST 400


Conclusiones del Precalentamiento

Evitar aplicar calor de un solo lado.

Evita daños en los pads.

Evita la delamicación del PCB.


Sistema Profesional de alta gama para Remoción e Instalación por AIRE CALIENTE –PACE –

Motorized Heater Head w/ Heat

Focusing Nozzles

Retractable Hi-Res Vision Overlay

System w/Dichroic Prism

Medium Wave IR Bottom Side Pre-Heater

Thermocouple inputs for accurate profile

development

Single Axis Operation

Adjustable Nest for Component

Pick Up

24” X 24” PCB Holder w/

Micrometer Adjustments

Intuitive PC-Based Profile Development

Software


JOVY = Infra Rojo Soldadura y Desoldadura de PTH, SMT y

BGA a bajo costo y alta prestación


Retrabajando BGA con equipo JOVY

Suelda un BGA Instala un procesador de Wii


BGA Reballing (rearmador de bolitas) con JOVY

Metodo 1: Con bolitas simples Reballer

Metodo 2: Con pasta de estaño STENCIL


Estado de los pad despues de la limpieza

Plano

Concavo

Convexo

Desigual

Aceptable

Deseado

No deseado

Inaceptable


Estado de las bolitas posterior al Reflow

Un-reflowed Partial Complete


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


Equipo de Inspección por Rayos X PACE XR 3000


Insufficient Reflow -Soldadura Fria-


Bolita perdida

Error de Alineación


Mirando bajo microscopio Pad levantado


Mirando bajo microscopio

Cracked Solder Joint

Sergio Guberman, 2000 / 2012 05/05/10

Estamos Terminando !!! Preguntas ???


Sencillamente…Muchas Gracias !!!

por confiar en nuestra compañía

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