BGA Rework: een uitgebreide handleiding voor het repareren van Ball Grid Arrays

Introductie

BGA-rework is eigenlijk de manier waarop ball grid array-componenten op een PCB worden gerepareerd of vervangen.

Het BGA-reworkproces omvat met name vier belangrijke taken, te beginnen met het verwarmen van de printplaat en het verwijderen van de BGA . Daarna wordt de printplaat gereinigd en een nieuw component bevestigd.

Of u succesvol bent met BGA-rework hangt grotendeels af van hoe goed u de hitte kunt beheersen en kunt schoonmaken.  

Welke gereedschappen zijn nodig voor BGA-herbewerking?

Voor BGA-bewerking hebt u de volgende gereedschappen nodig:

• Polsband
• Isopropylalcohol
• Vloeibare flux
• Verwarmingsmondstuk
• Soldeerlont
• Soldeerpasta
• Mini sjabloon
• Pincet
• röntgenapparaat

Wat is het BGA-herbewerkingsproces?

De eenvoudige stappen in het BGA-herbewerkingsproces zijn:

Stap 1: De locatie voorbereiden op herbewerking

U moet de site voorbereiden voordat u deze verwijdert. De sitevoorbereidingstaken omvatten het volgende:

• Gebruik een geaarde polsband om de veiligheid op de werkplek te garanderen.
• Reinig het BGA-gebied van het bord grondig met isopropylalcohol.
• Breng de vloeibare flux aan rond de BGA-omtrek. Tijdens de reflow, het zal helpen bij het warmteoverdrachtsproces.
• Bevestig een printplaat op het BGA-reworkstation en kalibreer de optica.

Stap 2: BGA-verwijdering

U kunt de BGA verwarmen en verwijderen door de flux aan te brengen. Om de BGA te verwijderen, doet u het volgende:

• Plaats een voorverwarmingsmondstuk onder het bord, in het midden onder de BGA.
• Om het bord voorzichtig op te warmen, stelt u de voorverwarmer in op 150°C en verwarmt u het bord gedurende één tot twee minuten.
• Het bovenste IR-verwarmingsmondstuk moet 1 mm van het oppervlak worden geplaatst, direct boven de BGA.
• Stel het bovenste verwarmingselement in op 350°C.
• Om het BGA-gebied te bestralen met infraroodwarmte, zet u de bovenste nozzle aan. Let op de temperatuur.
• Voor reflow moet u het soldeer blijven verwarmen totdat de temperatuur nog niet 240°C - 260°C is.
• Om te garanderen dat het soldeer volledig vloeibaar wordt, houdt u de reflowtemperatuur gedurende 30-45 seconden op dat niveau.
• Til de bovenste spuitmond op en schuif de BGA voorzichtig van zijn plek met een picktool.
• Om beschadiging van de pads te voorkomen, verwarmt u ze en verwijdert u ze geleidelijk.
• Zorg ervoor dat er na het verwijderen van de BGA geen restjes soldeer meer op de pads zitten. 

Stap 3: Site schoonmaken voor herbewerking

Voordat er opnieuw wordt gewerkt, moet de locatie grondig worden gereinigd nadat de BGA is verwijderd:

1. Om alle soldeerresten van de pads te verwijderen, gebruikt u een soldeerlont gevuld met vloeimiddel.
2. Om er zeker van te zijn dat er geen sprake is van loskomen of schade, kunt u de pads onder een microscoop onderzoeken.
3. Gebruik een soldeerbout op 350°C om de pads die los zijn geraakt voorzichtig opnieuw nat te maken.
4. Voor een schoon oppervlak gebruikt u isopropylalcohol om eventuele resten vloeimiddel te verwijderen. 

Stap 4: Soldeerballen vervangen

Vervang de soldeerballen op de BGA-pads voor hermontage op de volgende manieren:

1. Gebruik een kleine hoeveelheid soldeerpasta om de pads te centreren met een dispenser of sjabloon.
2. Gebruik een pincet en volg het patroon van de soldeerbolletjes. Plaats op elke soldeerplek een nieuw soldeerbolletje.
3. Zorg ervoor dat de soldeerbal goed op zijn plaats zit en niet overlapt.
4. Verwarm de plek tot 150°C. Gebruik een verwarmingsmondstuk om de ballen op hun juiste plaats te houden, zodat ze geen terugvloeiing veroorzaken.

Stap 5: Nieuwe BGA-uitlijning en installaties

Nu kunt u de nieuwe BGA op de volgende manieren op het bord uitlijnen en solderen:

1. Plaats de BGA boven de site met een picktool. Zorg ervoor dat het perfect past met fiducials.
2. Breng de BGA naar beneden op de pads. Oefen lichte neerwaartse druk uit om het het zelfcentrerende punt te laten raken.
3. Met een microscoop kunt u controleren of de soldeerballetjes de soldeerpasta op de pads goed raken.
4. Breng vloeimiddel aan rond de randen om ervoor te zorgen dat het soldeer goed vloeit.
5. Gebruik een verwarmingsmondstuk om het soldeer te laten vloeien en behoud daarbij een thermisch profiel dat maximaal 250°C bedraagt.
6. Verwarm het soldeer gelijkmatig totdat het volledig aan de pads is gehecht.
7. Wacht tot het geheel is afgekoeld.

Stap 6: Gezamenlijke kwaliteitsinspectie

Controleer de BGA-verbindingen na vervanging om de kwaliteit te verifiëren:

1. Controleer de buitenste voegen visueel om te bevestigen dat de filetvorming correct is.
2. Gebruik een röntgenapparaat om de verborgen soldeerpunten onder de BGA te controleren.
3. Zorg ervoor dat alle verbindingen goed gevormd zijn en dat er geen kortsluitingen of open verbindingen zijn.
4. Maak indien nodig foto's met een sterke vergroting om het herbewerkingsproces te documenteren.

Stap 7: Testen

Voer functionele tests uit op het bord om te bevestigen dat de herwerking succesvol is:

1. Voer tests in het circuit uit als er testapparatuur beschikbaar is.
2. Schakel het systeem in en controleer de functionaliteit bij normaal gebruik.
3. Voer zelftests, diagnoses of functionele testroutines uit op het bord.
4. Test en verifieer parameters die eerder buiten de specificaties vielen.
5. Noteer alle resultaten van elektrische tests voor documentatie.

BGA-herbewerkingsfouten die u moet vermijden

De meest voorkomende fouten die u bij BGA-herbewerking moet vermijden, zijn:

1. Onvoldoende voorbereiding

Of je succesvol wordt of niet, hangt af van hoe goed je voorbereid bent. 

Voordat u de BGA aanraakt, moet u voldoende voorbereidingen treffen.

Controleer eerst de grootte van de soldeerbal. Controleer de coplanariteit van de soldeerballen en het apparaat. Denk na over en kies uw type soldeerpasta, stencil en legeringen. 

2. Verkeerde apparatuurselectie

Wanneer u BGA-rework uitvoert, moet u de juiste tools hebben. U moet apparatuur kiezen die duurzaam genoeg is om repetitieve taken uit te voeren. Het gebruik van hoogwaardige tools minimaliseert het risico op reworks. Het snijden van hoeken in apparatuur kan meer problemen veroorzaken. 

3. Gebrek aan opleiding van de operator

Een goede training is vereist om een ​​BGA-technicus te worden. Een gedegen begrip van hoe verschillende materialen samenwerken en hoe verschillende gereedschappen werken, is van groot belang. U moet ook een gedegen kennis hebben van wanneer u moet beginnen met het BGA-reparatieproces en welke stappen u vervolgens zult nemen. 

4. Slechte ontwikkeling van BGA Rework Profile

Voor BGA-bewerkingen wordt een nauwkeurig thermisch profiel aanbevolen.

Met een thermisch profiel op zijn plaats kost het u veel minder tijd en moeite. 

Als uw thermisch profiel onnauwkeurig is, verhoogt dit het risico op beschadiging van de BGA- en PCB-componenten.

Het thermokoppel moet op de PCB worden geïnstalleerd voor het maken van het thermische profiel. Ga ten slotte door de gegevens die u van de sensoren ontvangt. 

5. Schade door nevenschade door hitte

Collateral damage ontstaat als u de thermische profilering verkeerd uitvoert. De schade zal later meer problemen veroorzaken, afhankelijk van het intensiteitsniveau. 

U moet voorzichtig hitte toepassen. Zorg ervoor dat het altijd op het juiste niveau is. Een optimale temperatuur voor één component kan een andere component beschadigen. Daarom is het belangrijk om het juiste thermische profiel te hebben om warmtemigratie te verminderen. 

6. Onvoldoende inspectie na plaatsing

BGA-componenten zijn ingewikkeld. En u moet ze inspecteren om defectvrije soldeerverbindingen te garanderen. U kunt storingen voorkomen als u vooraf inspecteert. 

Om dit te bereiken, maken technici echter gebruik van drie belangrijke inspectiemethoden:

1. optische inspectie: Met endoscopen kunt u kleine defecten zien die u met het blote oog niet kunt zien. 
2. Elektrisch testen: Het test de stabiliteit van BGA met elektrische stroom. 
3. Röntgenbeeldvorming: Met behulp van geavanceerde röntgenapparatuur kunnen soldeerverbindingspatronen nauwkeurig in beeld worden gebracht. 

Tijdens inspecties blijkt een verkeerd georiënteerde BGA een van de meest voorkomende problemen te zijn. Het niet garanderen van een nauwkeurige positionering kan hitteschade veroorzaken. 

7. Slechte opstelling van BGA-reworkstations

U moet een goede hebben voor succesvolle BGA rework. Een goed uitgerust rework station moet essentiële tools bevatten zoals: 

• Aanvullende elektronica
• Gespecialiseerde software
• Een zuiggereedschap met drukregeling
• camera's
• Een verstelbare XY-tabel
• Een systeem voor het uitlijnen van prisma's met gesplitste bundels
• Een temperatuurgecontroleerd systeem.

PCB's van verschillende groottes kunnen met deze tools worden verwerkt. Maar u zult ze goed moeten onderhouden om storingen te voorkomen.

8. Extreme soldeerverbindingsleegte

Het zal gebeuren als de juiste soldeerpasta niet is geselecteerd. Attachments worden verzwakt door deze problemen en u zult worden belast met meer reworks.  

Waarom is BGA Rework moeilijk?

Hoewel BGA's een hoge circuitdichtheid hebben, maken de verborgen soldeerpunten en de kleine spoed het uiterst lastig om defecte componenten te repareren. 

Hun verborgen soldeerpunten en fijne spoed maken het echter lastig om defecte componenten te herwerken. BGA-herwerken kan lastig zijn om de volgende redenen:

• Onbereikbaarheid van soldeer: Soldeerpunten bevinden zich onder de verpakking. Ze zijn dus niet bereikbaar voor directe toegang.
• Kleine pads/ballen: Als de ruimte tussen de pads te klein is, wordt de nauwkeurigheid van de warmtetoepassing verminderd.
• Thermische massa: Grote BGA's absorberen warmte, waardoor het smeltproces wordt vertraagd.
• Instorten tijdens reflow:  Als het soldeer vloeibaar wordt, kunnen de componenten losraken en instorten
• Vervormingsspanning: Door ongelijkmatige thermische uitzetting kunnen er scheuren in de planken ontstaan.  
• Precisie-uitlijning: Voor de juiste plaatsing tijdens de montage is een extreme mate van precisie vereist.    
• Procescomplexiteit:    Stel de verwarming correct in voor het gewenste resultaat.  

Je kunt gemakkelijk succes behalen in BGA-reworks. Met de juiste tools en ervaring.  

Veelgestelde Vragen / FAQ

Wat is het nut van een BGA Rework Station?

Een BGA-reworkstation vervangt, repareert of verwijdert de BGA-componenten van PCB's (Printed Circuit Boards).

Hoe vaak kan een BGA opnieuw worden bewerkt?

Normaal gesproken kan een BGA één tot twee keer worden herwerkt. Echter, met elke herwerkcyclus neemt de betrouwbaarheid van de BGA-componenten af.

Wat is de minimale afstand voor BGA?

0.4 mm is de minimale afstand voor BGA en 0.5 mm is de conventionele afstand.

Hoe kan ik een succesvolle BGA-herwerking valideren?

Het eerste wat u moet doen, is de verbindingen zelf inspecteren. U kunt hiervoor ook een röntgenfoto gebruiken. U moet ook controleren op paduitlijning. Voer ten slotte diagnostiek en functionele tests uit voordat u het bord inschakelt. 

Conclusie 

Het BGA-reworkproces is niet eenvoudig. Maar als u de juiste training krijgt, kunt u langzaam een ​​ervaren BGA-reworktechnicus worden. En met de juiste tools en processen op hun plaats, kunt u BGA perfect blijven reworken.