Реболлинг и пайка чипов с BGA подошвой
Меня периодически спрашивают, "Почему замена чипа на ноутбуке такая дорогая?!", иногда добавляя, что "Я смотрееел, на аллиэкспресе этот чип стоит 1000руб, а вы просите 6000!".
Периодически меня это напрягало, иногда до прогорания задницы, и я, наконец-то решил описать техпроцесс замены чипа, и объяснить, почему так дорого. Изначально я планировал опубликовать эту статейку на нашем сайте, но подумал, что и Вам будет интересно поглядеть...
Весь процесс во время фотографирования производился на "доноре" - чипе, снятом с неработающей материнской платы.
Даже из хороших источников (я не говорю про заказ напрямую от производителя) чипы приходят с чем попало вместо шариков-ножек. Это может быть свинцовый или безсвинцовый припой (их температуры плавления заметно отличаются), а может быть и их непонятная и неклассифицированная смесь, которой паять попросту нельзя. Причем, определить, из чего именно состоят шары, практически невозможно.
А бывают и случаи, когда клиент для экономии (или в виду раритетности чипа) просит поставить чип из донора.
Поэтому, в большинстве случаев, "родные" шары осторожно снимаются паяльником.
Осторожно - потому что если садануть со всей силы, то велика вероятность сорвать контактные площадки (пятачки). А если слишком сильно и неравномерно прогреть - можно получить расслоение текстолита подложки (сам чип - это полупроводниковый кристалл, который точно так же припаян к подложке, как подложка припаивается к плате).
Сам чип (видно, что донор, на "левом" углу остатки компаунда, которым чип на заводе фиксируют к плате перед пайкой), хаб (северный и южный мост на одном кристалле) от ноутбука Acer 5520:
С конкретно этой моделью хаба nVidia конкретно облажалась - у компаунда плохие показатели температурного расширения, от "болтанок" температуры кристалл отслаивается от подложки.
Плюс сами Acer облажались с системой охлаждения на него.
Фото процесса снятия, к сожалению, не делал (да и нет в нем ни чего показательного).
Снимать ножки нужно осторожно и внимательно - нужно, чтобы остатков припоя на пятаках были как можно меньше, и они были одинаковыми.
После этого намазываем подошву ровным тонким слоем флюс-геля. На этом этапе подходит практически любой мягкий флюс - термопрофиль не соблюдается во время посадки новых шаров. Единственные требования к флюсу - чтобы он не сильно кипел, и чтобы не полимеризовался сразу после выкипания основы.
Я для этих целей использую FluxPlus D-500, классный флюс для повседневной пайки.
Чип со снятыми шарами и обмазанный флюсом:
При активации (нагревания до определенной температуры с усилением растворительных свойств) он начинает кипеть. Если флюса намазать слишком много - то кипением выдавит шарики из трафарета. Если же намазать слишком много - то флюс не покроет расплавившийся на пятаках припой и шар, и нормальной припайки шара не произойдет. Так что толщина слоя флюса очень важна...
Далее накладываем на чип с флюсом трафарет. Трафарет, разумеется, должен быть конкретно под нужную подошву чипа. Иногда, конечно, приходится извращаться с универсальными трафаретами, если нужного не достать, но это редко.
Я выбрал трафареты прямого нагрева (когда они выдерживают нагрев воздухом или ИК станцией до 400С. Существует еще вариант с нанесением паяльной пасты на трафарет с последующим его снятием, но это более трудоёмко и долго, там полно своих нюансов.
Важно обратить внимание, чтобы в просветы трафарета было видно каждый пятак. Если есть сомнения - лучше поглядеть под микроскопом, почему его не видно - туда могла попасть соринка, которая очень осложнит жизнь.
Это занятие требует очень хорошей координации рук и остроты зрения. Если начать елозить трафаретом по подошве - часть флюса выдавится через просветы, и к нему начнут прилипать шарики.
Стоит обратить внимание, что трафарет - это расходник. Стоит он порядка 200руб, и хватает его на 3-10 паек. Дальше его гнёт, и накатывать шары становится трудно. Всё, конечно, зависит от качества и размера трафарета, есть у меня трафарет для 216-0752001, который уже 50ю пайку пережил, правда, он маленький по размеру, и и у него рисунок подошвы симметричный - его можно прикладывать поочередно, то лицом, то изнанкой, и получается, что его выгибает то в одну, то в другую сторону.
Фото наложенного трафарета:
Дальше начинается "Золушкина работа". Шариковые ножки продаются в баночках, россыпью. Обычно в баночек около 250к шаров.
Наша цель - в каждый просвет трафарета засунуть ровно 1 шар. Не больше, не меньше.
Если не засунуть хотя бы один шар, припаять его отдельно от остальных крайне трудно, и далеко не всегда получается. Если же засунуть два шара - то они сплавятся воедино, и эта ножка будет больше в 1.4 раза. При припайке чипа, его натянет на остальные ножки поверхностное натяжение, этот шар раздавит и он замкнет соседей.
Диаметры шаров конкретно у этого чипа целых 0.5мм. "Целых" - потому что у интеловских хабов они 0.25мм, и посажены они на много плотнее.
Шарики в "корытце":
Насыпаем немного шаров в корыто, чип кладём во второе корыто и засыпаем шары на трафарет, ссыпаем лишние шары (их можно использовать вновь, если они не исмазались во флюсе), и зубочисткой осторожно закатываем шары в просветы (такая себе миниатюрная игра в бильярд), а лишние - скидываем с трафарета. Зрение здесь напрягается жутко, ведь размер чипа около 3см в ребре, а шаров там несколько сотен.
Важно не проглазеть пропущенные чипы и просветы с двумя шарами (вароятность этого повышается при мелких шариках, 0.25-0,35мм, и от привости трафарета). Последнее время я беру за правило осматривать каждый шар и просвет под микроскопом после усадки.
Хотел снять видео этого процесса, но там ни хрена не видно - камера плохая... Тупо сижу и тыкаю в трафарет зубочисткой, как душевнобольной.
Дальше нужно аккуратно перенести этот бутерброд с икрой на поверхность пайки. Это может быть или дохлая материнская плата с большим куском "незастроенного" пространства, либо подогретая керамика. Класть чип на слишком холодную и слишком теплоёмкую поверхность нельзя - кристалл треснет.
После этого либо дуем сверху горячим воздухом (не более 320С со средним потоком), либо греем на ИК станции (до 250С медленно, с приоритетом верхнего подогрева). Лично я усаживаю воздухом - банально быстрее. Дуть надо осторожно и равномерно, плавно, чтобы вся поверхность подложки нагревалась одновременно и медленно, иначе либо закипит флюс с одного из углов и трафарет уплывёт, либо расслоится плата от больших скачков температуры.
Процесс жутко дымный - поток воздуха быстрее окисляет флюс, чем стоячий воздух возле нагревателя ИК-станции:
Ну, а тут можно лицезреть деанонимизированного меня, а так же шприц с флюсом, баночку с шарами и прочую дребедень:
К сожалению, камера не смогла передать ту дымищу, которая там творится...
Важно следить, чтобы все шарики расплавились (видно по усилению блеска), и гарантированно сплавились с пятачками. Обычно даже видно, как они начинают скакать в просвете, постепенно выравниваясь (изначально они болтаются в просвете как дерьмо в проруби, и прилипают к случайной стороне стенки). Если заметно, что один шарик блестит сильнее других или чуть выпирает надо всеми - значит, он не припаялся, и ему нужно помогать зубочисткой. Если рука дрогнет - трафарет сместится, и процесс придется начинать с самого начала. Если же этого не сделать - то при расслаивании трафарета от подложки этот шарик либо останется на трафарете (в лучшем случае), либо будет просто приклеен к чипу флюсом (в худшем, если этого не заметить - он может укатиться при посадке чипа на плату).
Проглядеть же несевший шарик легко - от ровных рядов глаза разбегаются...
На фото видно, что шарики стоят ровными рядами. Стоит уточнить, что фото сделано на отдельном чипе, который я накатал специально для этого фото (почему - чуть дальше):
После того, как шары гарантированно уселись, убираем фен, и у нас есть всего несколько секунд, пока чип не остыл и флюс не полимеризовался.
За эти секунды нужно пинцетом поднять его строго за выступающий край трафарета (приподнять один бок), и между трафаретом и подложкой просунуть лезвие, отслоив трафарет. Ну, и убрать его в мойку.
Важно учесть, что после начала остывания должно пройти секунд 5, пока застынут шарики (станут меньше блестеть), но не более 15, пока не остыл флюс.
Если же не сделать этого сразу - то придется подогревать весь этот бутерброд, чтобы снова размягчить флюс.
Чип тоже после этого моется растворителем (вонина жуткая), сушится при 150С на плитке в течение получаса, и он готов к посадке на плату.
На фото чип и трафарет после их расслоения:
После мойки в очередной раз осматриваем чип под микроскопом, чтобы убедиться, что все шары сидят где нужно, что грязи и ворса не осталось, и что подошву не поцарапали.
Всё, чип готов к посадке на плату. Реболл завершен успешно.
Пишу с работы, пора валить домой, выгоняют. Вечером напишу продолжение - саму пайку (если, конечно, не обматерят, и не скажут, что я рукоблуд и всё делается не так :)).
