BGA(Ball Grid Array)

Современные технологии достигли такого уровня, что одна небольшая микросхема может иметь более 1000 контактов. Одним из типов таких микросхем являются микросхемы с BGA монтажом.

Что же представляет собой BGA монтаж?

BGA (англ. Ball Grid Array — массив шариков в виде сетки). Этим сокращением обозначают и тип корпуса микросхемы, и вид их поверхностного монтажа. Среди BGA-микросхем – Северный и Южный мост, чип видеокарты, микросхемы памяти и многие другие.

BGA-микросхема имеет плоские контактные площадки одного определенного диаметра расположенные в виде определенной сетки, на которые наносятся шарики припоя соответствующего диаметра. Для разных микросхем диаметр шариков варьируется от сотых долей миллиметра до нескольких десятых. Расстояние же между контактными площадками на микросхеме в несколько раз больше диаметра самих шариков, но обычно не больше 0,5-0,7 мм. В свою очередь, на многослойной монтажной плате под каждую такую микросхему контактные площадки располагаются в виде ответной сетки.  В целом, такой монтаж способствует уменьшению размеров готового изделия. С точки зрения производственной практики, у BGA монтажа большинство преимуществ. Но есть и минусы, которые возникают как в процессе изготовления плат, так и в процессе эксплуатации готовых изделий.

Основным достоинством и, одновременно, недостатком BGA является то, что контактные выводы в виде шариков не являются гибкими. Например, при тепловых расширениях/сужениях или вибрации некоторые шарики могут оторваться от контактной площадки. Отчасти эту проблему решает залитием микросхемы специальным полимерным веществом —  компаундом. Он скрепляет всю поверхность микросхемы с платой.  Так же для усиления механической прочности производят частичное «приклеивание» компаундом корпуса по углам микросхем.

Другим возможным недостатком является то, что после установки микросхем на плату сложно определить дефекты пайки. Для контроля пайки в производстве обычно применяют дорогостоящие рентгеновские установки и специальные микроскопы, которые были разработаны специально для решения этой проблемы.

С момента перехода на процессоры Intel компания Apple Inc. стала использовать для BGA-монтажа шарики из без свинцового припоя. Apple перешла на без свинцовый припой чтобы уменьшить загрязнение окружающей среды при утилизации оборудования.

К сожалению, при использование этого припоя срок службы оборудования сократился. Это связано с тем, что без свинцовые шарики более хрупкие.

Процесс восстановления контактных шариков на BGA-микросхемах называется Реболлинг.

Зачастую, при отслоении микросхемы от системной платы, чип получает электрическое повреждение и, в этом случае, может потребоваться его замена на новый.

Мы рассмотрим пример реболлинга микросхемы северного моста MacBook Pro Unibody.

Для снятия микросхемы с системной платы мы используем полупрофессиональный инфракрасный BGA ремонтный центр. Нижний ИК-стол равномерно подогревать плату по термопрофилю до 150С (текстолит выдерживает до 350С). Верхний ИК-элемент разогревает зону установки микросхемы по термопрофилю до 215С. Когда плата нагреется до температуры плавления припоя – аккуратно снимем микросхему вверх вакуумным пинцетом.

Если пытаться отпаивать BGA-микросхемы например строительным феном или на электроплитке, плата может получить неравномерный термоудар, в следствие чего она деформируется или расслоится.

Снятую микросхему нужно охладить в естественных условиях, далее её необходимо подготовить к реболлингу. С помощью паяльника средней мощности с тонким жалом аккуратно снимаем без свинцовые шарики с микросхемы и лудим контактные площадки под новые шарики.

Для реболлинга нам понадобится соответствующий специальный трафарет для того, чтобы максимально точно позиционировать новые шарики необходимого диаметра на контактные площадки микросхемы.

Далее, мы равномерно нагреваем чип до температуры плавления припоя. Отметим, что температура плавления свинецсодержащих шариков ниже, чем  у без свинцовых. Поэтому, используя шарики олова содержащие свинец мы повышаем надежность монтажа и снижаем риск перегрева микросхемы или платы в момент установки. После снятия трафарета и визуальной проверки размещения шариков на всех контактных площадках микросхемы – наш северный мост готов к установке на плату.

Процесс установки восстановленной микросхемы Северного моста на плату так же осуществляется на инфракрасной BGA ремонтной станции с соблюдением равномерного ИК-подогрева платы снизу и необходимого термопрофиля для свинецсодержащего припоя на верхнем ИК-элементе.

Статья подготовлена на основе ремонта Apple Mac Book Pro unibody (2009) cпециалистами центра MacFix.