Tecnología, soldadura y Reballing en dispositivos BGA
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SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA BGA BALL GRID ARRAY MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA 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 simEjemplos de Radiografias y fotografias Infra-Rojo e Inspeccion por fibra optica Video de Soldadura y Desoldadura. Video de Inspección Conclusiones Finales MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA BGA BALL GRID ARRAY -Bolitas o Columnas de Estaño Eutéctico-de 16 a 2400 contactosMACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Variantes de BGA Plastic BGA -388- BGA –Cerámico- Super BGA -596- Tab BGA -736- BGA –Cerámico- BGA -Metálico- MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA 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 Micro Lead Frame Flip Chip (CSP) (MLF) (FP) MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA BGA Típico MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Características de un Plastic Over-Molded *Paso entre bolitas (Pitch ): *Diámetro de la bolita: BGA Epoxy Under-filled (Glob Top) 0.3mm–1.5mm 0.25mm–1.05mm MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Características de un CSP CSP (Chip Scale Package) Tamaño Global: ninguno mas largo que 1.2 X el tamaño del die dentro del componente // Variante del uBGA HTML Un nuevo desafío al momento de remover o instalar un componente MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Características de un MLF MLF (Micro Lead Frame) o MLP o QFN 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. Un nuevo desafío al momento de remover o instalar un componente MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Características de un FLIP CHIP -Die, Cristal de silicio desnudo con hilos de soldadura a sus costados.-Conexion directa al sustrato • Varian su tamaño desde 0.8 a 20 mm cuadrados • El diametro de las bolitas varian entre .1 y .4 mm • El pitch entre bolitas varian entre .25 y .8 mm Se pueden lograr chips tan pequeños que su reparación en algunos casos puede resultar imposible MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA 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 MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Indice del proceso para remover o instalar un BGA Remover el componente Limpiar el lugar Colocar el componente Reflow/Aplic. de calor Inspeccion MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Remover un BGA mediante método Conductivo –ej: equipo PACE-MBT 250Virtualmente todos los retrabajados usando BGA/CSP pueden ser 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 metodo de ninguna manera es apto para instalar un BGA. MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA 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- RE-7500 / 8500 -Infra RojoMACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Pasos Básicos para Remover un BGA método convectivo, aire caliente 1 2 Area de Preparación y limpieza Alineación de la boquilla Precalentamiento superior por encima del Posicionamiento componente 3 4 Reflujo con proceso de Salida Levante el componente Administre calor hasta que toda la Permita su enfriamiento soldadura se haya fundido MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Aire Caliente No Hay reflujo de soldadura en componentes adyacentes MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Remoción BGA -Equipos PACE ST 325 y ST 350 Equipos convectivos de bajo costo MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA BGA50R.AVI MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Remoción BGA -Equipo IR3000 Infra Rojo – Alta Gama MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Remoción BGA -Equipos TF1700/2700 Aire Caliente-Alta Gama PACE TF 1700 PACE TF 2700 MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Remoción BGA – Equipos JOVY RE-7500 y RE-8500 Infra Rojo, simples, poderosos y economicos !!! MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Más Adelante analizaremos la Instalación y Remoción con un equipo profesional de alta gama y en capítulo separado Equipo Infra-Rojo de bajo costo MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Métodos para Alinear componentes BGA’s MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA 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.- MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA 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 CSPMisaligned Aligned MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA 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”) MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA 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..- MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Dispositivo de Alineación por Camara, profesional mas prisma, superposición de imagenes BGA/PCB Ver Video BGA Prisma Camara PCB Visual Overlay System (VOS) sistema visual de superposicion Monitor Rojo = BGA Azul = PCB MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Video -- Alineación con nuestras manos MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Alineación de BGA225 MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Reflow de BGA 313 MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Perfiles Térmicos Establecimiento de un perfil Zonas Pautas Precalentadores, métodos y sistemas Boquillas para Aire Caliente MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA 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 MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Establecimiento de un Perfíl Térmico MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA 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 MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA 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.- MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Zonas Térmicas MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Método de Precalentamiento: Conductivo -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 MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Método de Precalentamiento: Radiación usando en sistemas profesionales con equipo como TF-1700 a través de I.R. (400 w) -las potencias dependen del modelo de equipo- MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Método de Precalentamiento: Convección Solamente precalentador de bajo costo ST 450 MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Método de Precalentamiento: Radiación Solamente precalentador de bajo costo ST 400 MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Conclusiones del Precalentamiento Evitar aplicar calor de un solo lado. Evita daños en los pads. Evita la delamicacion del PCB. MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Video --Delaminación de una placa MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Sistema Profesional de alta gama para Remoción e Instalación por AIRE CALIENTE Single Axis Motorized Heater Operation Head w/ Heat Intuitive PC-Based Profile Development Software Medium Wave IR Bottom Side Pre-Heater 24” X 24” PCB Holder w/ Micrometer Adjustments Focusing Nozzles Thermocouple inputs for accurate profile development Adjustable Nest for Component Pick Up Retractable Hi-Res Vision Overlay System w/Dichroic Prism MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Soldadura y Desoldadura de PTH, SMT y BGA a bajo costo y alta prestación MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Retrabajando BGA con equipos bajo costo Vemos trabajar a una RE-7500 Instala un procesador de Wii Vemos trabajar a una RE-8500 Instala un procesador de Wii MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA BGA Reballing (rearmador de bolitas) Metodo 1: Con bolitas simples Reballer Metodo 2: Con pasta de estaño STENCIL MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Estado de los pad despues de la limpieza Plano Deseado Concavo Aceptable Convexo No deseado Desigual Inaceptable MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA EstadofordeInspection: las bolitas posterior al Design SMD vs. NSMD Reflow SMD Un-reflowed pre-reflow NSMD Partial Complete SMD reflow NSMD reflow MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Vista del Reflow desde camara lateral Reflow y fin del proceso Reflow en bolitas paso 1,27mm Reflow en bolitas LF MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Equipo de Inspección por Rayos X • 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 MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Equipo de Inspección por Rayos X Video XR 3000 MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Insufficient Reflow -Soldadura Fria- MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Bolita perdida Error de Alineación MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Mirando bajo microscopio Pad levantado MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Mirando bajo microscopio Cracked Solder Joint MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Mirando bajo microscopio MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBA Sencillamente… Muchas Gracias !!! por confiar en nuestra compañía MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected]
