Что такое bga чип
Что такое BGA-микросхемы?
Можно заметить, что разработчики практически всех электронных устройств идут по пути миниатюризации. Ноутбуки, планшеты или смартфоны становятся все легче и тоньше, но это совершенно не сказывается на их функциональности. Как такое возможно? Ответ прост: благодаря применению микросхем BGA.
BGA – что это такое?
Это аббревиатура. Полное название микросхем: Ball grid array, что в переводе означает «массив шариков». Главное их отличие – в типе корпуса: на контактных площадках с обратной стороны чипов расположены шарики из припоя. При нагревании они плавятся, облегчая центровку, а после застывания обеспечивают прочное крепление корпуса к плате.
Так выглядит чип BGA
Применение таких чипов сделало возможным более плотное расположение компонентов в электронных устройствах. Это и есть причина того, почему они становятся все меньше в размерах. С применением таких микросхем сейчас изготавливают видеорегистраторы, телефоны, телевизоры и другие электронные устройства.
Как выполняют пайку BGA
Для фиксации чипов на плате ее разогревают с помощью специальной паяльной станции. Шарики припоя начинают плавиться, но при этом не деформируются полностью (это обеспечивается технологией пайки). В результате формируется надежный контакт.
Для фиксации BGA нужна паяльная станция
Какие есть виды BGA-микросхем
Такие чипы можно классифицировать по нескольким параметрам:
Плюсы и минусы BGA-микросхем
Из плюсов микросхем можно выделить:
Из минусов нужно отметить чувствительность таких чипов к ударам. Это объясняется малой длиной, а поэтому высокой жесткостью выводов. Кроме того, выводы чипов не гнутся, а значит плата, на которую их устанавливают, должна быть идеально ровной. К покрытию тоже предъявляются жесткие требования: для этого подходят олово, серебро или иммерсионное золото.
Заключение
Сейчас компактность считается одной из основных характеристик электронного устройства. Чипы BGA позволили сделать серьезный шаг на пути уменьшения размеров привычных нам гаджетов. Альтернативы им пока нет, но все может измениться в ближайшем будущем.
Оставьте свою электронную почту и получайте самые свежие статьи из нашего блога. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить
Как перепаять BGA микросхему
Что такое BGA микросхема?
BGA (Ball Grid Array) — матрица из шариков. То есть это тип микросхем, которые вместо выводов имеют припойные шарики. Этих шариков на микросхеме могут быть тысячи!
В наше время микросхемы BGA применяются в микроэлектронике. Их часто можно увидеть на платах мобильных телефонов, ноутбуков, а также в других миниатюрных и сложных устройствах.
Как перепаять BGA микросхему
В ремонтах телефонов бывает очень много различных поломок, связанных именно с микросхемами. Эти BGA микросхемы могут отвечать за какие-либо определенные функции в телефоне. Например, одна микросхема может отвечать за питание, другая — за блютуз, третья — за сеть и тд. Иногда, при падении телефона, шарики микросхемы BGA отходят от платы телефона и у нас получается, что цепь разорвана, следовательно — телефон теряет некоторые функции. Для того, чтобы поправить это дело, ремонтники или прогревают микросхему, чтобы припойный шарик расплавился и опять «схватился» с контактной площадкой на плате телефона или полностью демонтируют микросхему и «накатывают» новые шарики с помощью трафарета. Процесс накатывания шаров на микросхему BGA называется реболлинг. На российских просторах этот термин не прижился и у нас это называют просто «перекаткой».
Подопытным кроликом у нас будет плата мобильного телефона.
Для того, чтобы легче было отпаивать «вот эти черные квадратики» на плате, мы воспользуемся инфракрасным преднагревателем или в народе «нижним подогревом». Ставим на нем температуру 200 градусов по Цельсию и идем пить чай. После 5-7 минут приступаем парировать нашего пациента.
Остановимся на BGA микросхеме, которая попроще.
Теперь нам надо подготовить инструменты и химию для пайки. Нам никак не обойтись без трафаретов для различных BGA микросхем. Те, кто серьезно занимается ремонтами телефонов и компьютерной техники, знают, насколько это важная вещь. На фото ниже предоставлен весь набор трафаретов для мастера по ремонту мобильных телефонов.
Трафареты используются для «накатывания» новых шаров на подготовленные BGA микросхемы. Есть универсальные трафареты, то есть под любые BGA микросхемы. А есть также и специализированные трафареты под каждую микросхему. В самом верху на фото мы видим специализированные трафареты. Внизу слева — универсальные. Если правильно подобрать шаг на микросхеме, то можно спокойно накатать шары на любой из них.
Для того, чтобы сделать реболлинг BGA микросхемы, нам нужны также вот такие простые инструменты и расходные материалы:
Здесь всем вам знакомый Flux-off. Подробнее про него и другую химию можно прочесть в статье Химия для электронщика. Flus Plus, паяльная паста Solder Plus (серая масса в шприце с синим колпачком) считается самой лучшей паяльной пастой в отличие от других паст. Шарики с ней получаются как заводские. Цена на такую пасту дорогая, но она того стоит. Ну, и конечно, среди всего прочего барахла есть также ценники (покупайте, чтобы они были очень липкие) и простая зубная щетка. Все эти инструменты нам понадобятся, чтобы сделать реболлинг простой BGA микросхеме.
Для того, чтобы не спалить элементы, расположенные рядом, мы их закроем термоскотчем.
Смазываем обильно микросхему по периметру флюсом FlusPlus
И начинаем прогревать феном по всей площади нашу BGA
Вот здесь и наступает самый ответственный момент при отпаивании такой микросхемы. Старайтесь греть на воздушном потоке чуть меньше среднего значения. Температуру повышайте буквально по пару градусов. Не отпаивается? Добавьте немного жару, и главное НЕ ТОРОПИТЕСЬ! Минута, две, три… не отпаивается… добавляем жару.
Некоторые ремонтники любят трепаться «хахаха, я отпаиваю BGАшку за считанные секунды!». Отпаивают то они отпаивают, но при этом не понимают, какой стресс получает отпаиваемый элемент и печатная плата, не говоря уже о близлежащих элементах. Повторю еще раз, НЕ ТОРОПИТЕСЬ, ТРЕНИРУЙТЕСЬ НА ТРУПАХ. НЕ ТОРОПИТЕСЬ срывать не отпаянную микросхему, это вам выйдет боком, потому как оборвете все пятаки под микросхемой! Пользуйтесь специальными устройствами для поднятия микросхем. Их я находил на Али по этой ссылке.
И вот мы греем феном нашу микросхему
и заодно проверяем ее с помощью экстрактора для микросхем. Про него я писал еще в этой статье.
Готовая к поднятию микросхема должна «плавать» на расплавленных шариках, ну скажем… как кусочек мяса на холодце. Притрагиваемся легонько к микросхеме. Если она двигается и опять становится на свое место, то аккуратненько ее поднимаем с помощью усиков (на фото выше), Если же у вас такого устройства нет, то можно и пинцетом. Но будьте предельно осторожны! Не прикладывайте силу!
В настоящее время существуют также вакуумные пинцеты для микросхем такого рода. Есть ручные вакуумные пинцеты, принцип действия у которых такой же, как и у Оловоотсоса
а есть также и электрические
У меня был ручной пинцет. Честно говоря, та еще какашка. Закоренелые ремонтники используют электрический вакуумник. Стоит только приблизить такой пинцет к микросхеме BGA, которая уже «плавает» на расплавленных шариках припоя, как он тут же ее подхватывает своей липучкой.
По отзывам, электрический вакуумный пинцет очень удобен, но мне все-таки не довелось его использовать. Короче говоря, если надумаете, то берите электрический.
Но, вернемся все-таки к нашей микросхеме. Крохотным толчком я убеждаюсь, что шарики действительно расплавились, и плавным движением вверх переворачиваю BGA микросхему. Если рядом много элементов, то идеально было бы использовать вакуумный электрический пинцет или пинцет с загнутыми губками.
Ура, мы сделали это! Теперь будем тренироваться запаивать ее обратно :-).
Вот и начинается самый сложный процесс — процесс накатывания шариков и запаивания микросхемы обратно. Если вы не забыли — это называется перекаткой. Для этого мы должны подготовить место на печатной плате. Убрать оттуда весь припой, что там остался. Смазываем все это дело флюсом:
и начинаем убирать оттуда весь припой с помощью старой доброй медной оплетки. Я бы посоветовал марку Goot wick. Эта медная оплетка себя очень хорошо зарекомендовала.
Если расстояние между шариками очень малое, то используют медную оплетку. Если расстояние большое, то некоторые ремонтники не прибегают к медной оплетке, а берут жирную каплю припоя и с помощью этой капельки собирают весь припой с пятачков. Процесс снятия припоя с пятачков BGA — очень тонкий процесс. Лучше всего на градусов 10-15 увеличить температуру жала паяльника. Бывает и такое, что медная оплетка не успевает прогреться и вырывает за собой пятачки. Будьте очень осторожны.
Дальше прыскаем туда Flux-off, чтобы очистить от нагара и лишнего флюса наше место под микросхему
и зашкуриваем с помощью простой зубной щетки, а еще лучше ватной палочкой, смоченной в Flux-Off.
Получилось как то так:
Если присмотреться, то видно, что некоторые пятачки я все таки оборвал (внизу микросхемы черные круги, вместо оловянных) Но! Не стоит расстраиваться, они, как говорится, холостые. То есть они не никак электрически не связаны с платой телефона и делаются просто для надежности крепления микросхемы.
Далее берем нашу BGAшку и убираем все лишние припойные шарики. В результате она должны выглядеть вот так:
И вот начинается самое интересный и сложный процесс — накатывание шаров на микросхему BGA. Кладем подготовленную микросхему на ценник:
Находим трафарет с таким же шагом шаров и закрепляем с помощью ценника микросхему снизу трафарета. Втираем в отверстия трафарета с помощью пальца паяльную пасту Solder Plus. Должно получиться как-то вот так:
Держим с помощью пинцета одной рукой пинцет, а в другой фен и начинаем жарить на температуре примерно 320 градусов на очень маленьком потоке всю площадь, где мы втирали пасту. У меня не получилось сразу в двух руках держать и фотоаппарат и фен и пинцет, поэтому фотографий получилось маловато.
Снимаем готовую микросхему с трафарета и смазываем чуть флюсом. Далее пригреваем феном до расплавления шаров. Это нам нужно, чтобы шарики ровнёхонько стали на свои места.
Смотрим, что у нас получилось в результате:
Блин, чуточку коряво. Одни шарики чуть больше, другие чуть меньше. Но все равно, это нисколько не помешает при запайке этой микросхемы обратно на плату.
Чуточку смазываем пятаки флюсом и ставим микросхему на родное место. Выравниваем края микросхемы с двух сторон по меткам. На фото ниже только одна метка. Другая метка напротив нее по диагонали.
И на очень маленьком воздушном потоке фена с температурой 350-360 градусов запаиваем нашу микрушку. При правильной запайке она должна сама нормально сесть по меткам, даже если мы чуток перекосили.
Где ключ у BGA микросхемы
Ну вот, если вы забыли, как стояла микросхема на плате телефона, то ищем схему на телефон (в интернете их пруд пруди), в данном случае Nokia 3110С, и смотрим расположение элементов.
Опаньки! Вот теперь мы узнали, в какую сторону должен быть расположен ключик!
Кому лень покупать паяльную пасту (стоит она очень дорого), то проще будет приобрести готовые шарики и вставлять их в отверстия трафарета BGA.
На Али я их находил целым набором, например здесь.
Заключение
Будущее электроники за BGA микросхемами. Очень большую популярность также набирает технология microBGA, где расстояние между выводами еще меньше! Такие микросхемы перепаивать уже возьмется не каждый). В сфере ремонта будущее за модульным ремонтом. В основном сейчас все сводится к покупке какого-либо отдельного модуля, либо целого устройства. Не зря же смартфоны делают монолитными, где и дисплей и тачскрин уже идут в одной связке. Некоторые микросхемы, да и вообще целые платы заливают компаундом, который ставит на «нет» замену радиоэлементов и микросхем.
Что такое BGA? Расшифровка аббревиатуры фирмы Motorola
Главная страница » Что такое BGA? Расшифровка аббревиатуры фирмы Motorola
Что такое BGA в электронике? Это специализированная форма корпуса чипов, дополненная Ball Grid Array (шариковый сеточный массив), изобретённая специалистами фирмы «Motorola». На текущий момент позиционируется как основная упаковочная технология в области производства печатных электронных плат. Визуально такого рода исполнение можно рассматривать в виде тонкой подложки материала печатной платы, куда устанавливается микросхема. Ниже подложки сосредоточен массив шариков припоя, образующих выводы чипа. Под воздействием температуры шарики расплавляются, образуя контактные площадки микросхемы.
Что такое BGA с точки зрения применения?
Почему для современной электроники актуальной видится именно BGA технология? Этот способ, как показывает практика, считается наиболее оптимальным, когда дело касается монтажа устройств, наделённых большим числом выводов. Размещение всех контактных выводов непосредственно под корпусом, но не по краям, как на QFP (Quad Flat Package) корпусах микросхем, выглядит экономнее. Появляется возможность изготавливать изделия меньшие по размерам.
Использование двумерной сетки даёт расстояние между шариками большее по сравнению с шагом выводов тех же QFP микросхем. Соответственно, меньше проблем с пайкой и получением коротких замыканий. BGA микросхемы легче паять при отсутствии ножек, которые легко повредить. Этот тип микросхем обеспечивает самоцентрирование по причине эффекта высокого поверхностного натяжения припоя на массиве шариков.
Схема внутренней установки компонентов BGA, отлитых в полость (вверху) и по схеме формованной карты (внизу): 1 – состав формы; 2 – крепление кристалла; 3 – кристалл; 4 – проволочная связь; 5 – шарик припоя; 6 – подложка; 7 – проводник; 8 – паяльная маска
Напротив, микросхемы QFP с большим количеством выводов приходится делать большими по размерам, чтобы обеспечить такое же число выводов по кромке. Либо ножки микросхемы QFP должны быть очень тонкими, сопровождается лёгким повреждением. Поэтому микросхемы BGA более просты в обращении и обеспечивают очень высокую производительность сборки. Это и стало причиной вытеснения других вариантов упаковки в пользу BGA при массовом производстве чипов.
Что такое BGA для машинного и ручного монтажа?
Производственный монтаж BGA микросхем, конечно же, выполняется посредством машинной установки с использованием систем технического зрения. Такие машины обеспечивают точное выравнивание устройства по сетке контактных площадок на печатной плате.
Между тем, учитывая сильный эффект самоцентрирования по причине поверхностного натяжения всех шариков припоя – такой монтаж вполне терпим по отношению к ошибкам размещения. Даже половина шага несовпадения обычно не вызывает проблем с установкой. Однако большинство машинных систем делают монтаж более чем точно.
Ручной монтаж, как выясняется, вполне возможен, несмотря на некоторые технические сложности для условий производства работ в бытовых условиях. Есть множество примеров применения ручного монтажа BGA радиолюбителями-электронщиками. И этот вариант всё чаще становится неотъемлемой частью практики мастеров «домашней» электроники.
Как определить корректность выполнения пайки?
После завершения пайки микросхем BGA невозможно визуально осмотреть соединение. Единственный метод — применить рентгеновский аппарат или, к примеру, волоконно-оптический эндоскоп. Такими способами, пожалуй, можно узнать, правильно ли припаяна микросхема. Другой вопрос – почему требуется проверять? Ответ очевиден — требуется уверенность в качестве пайки.
Схематично сравнение шариковой подушки SMD (слева) и шариковой подушки NSMD (справа) на компоненте BGA: 1 – субстрат; 2 – медная подушка; 3, 5 – паяное соединение; 4 – шарик припоя; 6 – паяльная маска
На практике часто используются конвекционные печи, но, несмотря на все заявления производителей такого оборудования, горячий воздух полностью не проникает под корпус BGA. Монтажная пластина, между тем, находится в миллиметре или двух от поверхности печатной платы и требует одинакового нагрева каждого отдельного шарика припоя.
При конвекционном способе пайки центральные шарики получают меньшую температуру, чем внешние. Чтобы полностью прогреть центральную часть, пластину зачастую перегревают по внешнему краю, чтобы за счёт теплопроводности обеспечить правильную температуру в центре. Поэтому лучшим решением считается применение других способов пайки, например – инфракрасный нагрев.
Что такое BGA пайкой газовой фазой?
Также одним из лучших способов выступает пайка газовой фазой. Таким способом гарантируется равномерность нагрева и полное исключение риска перегрева от заданной температуры. Объясняется это работой в условиях бескислородной, полностью инертной среды. Этот метод специалисты также называют — «конденсационное оплавление».
Процессом используется специальный химикат (фторуглерод), который кипит при температуре около 215 градусов. Паяемые платы помещаются в рабочую камеру, в нижней части которой находится отстойник для нагреваемой жидкости. По мере нагрева производится пар, который конденсируется на любой поверхности, более прохладной.
Постепенно более холодная печатная плата нагревается с плавлением припоя до точки температуры кипения фторуглерода. В этой точке эффект конденсации пропадает, а специальный тепловой зонд подаёт сигнал на отключение источника тепла. Процесс завершается.
Паровая оболочка полностью инертна и тяжелее воздуха, поэтому весь кислород вытесняется из стыков, флюс воздействует непосредственно на стык, а не на процессы окисления. Допустимо использовать менее активные флюсы. Здесь пар проникает везде, окружает все объекты, промежутки между объектами и, что особенно важно — проникает под кристалл BGA. Вся плата и детали нагреваются равномерно со всех сторон.
Видео по теме: Чтение электронных схем функционально
Видеороликом ниже демонстрируется пример чтения электронной схемы с функциональной точки зрения. В частности, рассматривается принцип действия схематично так называемого симметричного мультивибратора. Такого рода модули часто применяются в электронике:
КРАТКИЙ БРИФИНГ
Курс по пайке BGA чипов. Замена чипа на плате ноутбука или видеокарты
Содержание
Содержание
Введение. Что такое BGA чипы
Введение. Что такое BGA чипы
Сам BGA чип напоминает бутерброд, который состоит из нескольких слоёв:
Популярнее всего в ремонте замена:
Роль ИК-станции для замены BGA чипов
Роль ИК-станции для замены BGA чипов
Инфракрасная станция это поддон с керамическими плитками, на которые подаётся напряжение и они греются. ИК-станция нужна чтобы равномерно нагревать плату при замене BGA чипа.
Дело в том, что текстолит имеет плохую теплопроводность: тепло быстро рассеивается, слабо удерживается и плохо распределяется. Поэтому мы греем платы с нижней стороны равномерно и по всей площади с помощью ИК-станции. Плитки медленно нагревают воздух, а воздух в свою очередь медленно разогревает плату.
Если паять без нижнего подогрева плату с BGA чипом, причём дуя на него, например, феном, то грелись бы только верхние слои всего BGA бутерброда и температура сверху (на кристалле) была бы намного больше, нежели внизу, где шары и посадочная площадка, а сама плата под чипом вообще была бы холодная.
Такого быть не должно, потому что кристалл не любит высоких температур и может начать деградировать от их воздействия или просто лопнуть.
Чтобы избежать такого исхода мы и используем нижний подогрев. Помимо этого, если использовать только локальный подогрев, то в другом месте, где плата холодная, она начнёт выгибаться и посадить чип уже проблематичнее. Это происходит из-за конструкции текстолита.
Текстолит имеет множество слоёв, и в случае, когда в одном месте он разогрет, а в другом нет, то в месте, где «соприкасается» разогретый слой с холодным, он расширяется, но расширяются не все слои как положено, а только некоторые. Из-за этого и выгибает плату. Чтобы всего этого избежать мы используем ИК-паяльную станцию.
Равномерно нагревая всю плату снизу мы можем смело греть сверху BGA чип даже феном, потому что тепло сразу же и сверху, и снизу. В таком случае мы можем рассчитывать, что нам потребуются меньшие температуры для нагревания BGA бутерброда, и в следствии мы не «ужарим» кристалл.
Готовимся к пайке BGA
Готовимся к пайке BGA
Ставим стойки для пайки на плату
Ставим стойки для пайки на плату
Плата во время нагрева становится более мягкой и гибкой, поэтому тот угол или середина, которая, как бы, висит в воздухе, может при разогреве изогнуться или прогнуться. Для того, чтобы этого избежать, распределите равномерно стоечки по отверстиям платы так, чтобы вы мысленно представили её во время нагрева и определили какие места могут провиснуть.
Лайфхак. Если на плате в какой-то части нет отверстий под стойки, аккуратно накрутите их на край текстолита.
Включаем нижний ИК-подогрев паяльной станции
Включаем нижний ИК-подогрев паяльной станции
Экспериментально мы знаем, что плата за это время успеет нагреться до 130-150 градусов, в зависимости от массивности. На нашей паялке даже после выключения нижнего подогрева плата догревается ещё на градусов 20, потому что плитки долго остывают.
Время и температура подсчитываются для того, чтобы плату не выгнуло. Температура в месте пайки должна быть не сильно выше, чем температура остальной платы, хорошо, если разница не больше 50 градусов. Температура плавления припоя
190-220 градусов, соответственно и плата должна быть не меньше 150-170 градусов в момент пайки BGA чипа.
Прошу заметить, что на плате ничего прикрывать не нужно как снизу, так и сверху, главное, чтобы она не соприкасалась со стеклом пластиковыми местами, если этого нет, то не стоит бояться, что с платы что-то потечёт. Все пластиковые разъёмы сделаны из углепластика, так что им высокая температура не страшна, но если есть какие-то компоненты со сплавом розе с нижней стороны, то они могут упасть во время пайки.
Кстати, не бойтесь, что от больших температур попадают все мелкие компоненты с нижней стороны платы. В твёрдом состоянии само собой ничего не упадёт, но если разогреть какое-то место до 220 градусов, то припой там станет жидким, но ничего не упадёт, потому что за счёт сил поверхностного натяжения эти элементы будут будто притягиваться к местам, где они припаяны, но если что-то припаяно плохо, то оно, конечно, отпадёт. Следите за этим.
Снимаем компаунд с BGA чипов
Снимаем компаунд с BGA чипов
Как восстановить дорожки на плате под BGA чипом
Как восстановить дорожки на плате под BGA чипом
Токопроводящие дорожки могут повредиться даже при правильном снятии BGA чипа. Это может быть из-за того, что ноутбук роняли или коррозия подъела контакты. Чтобы всё работало корректно, восстановите оторванный пин вместе с дорожкой. Для этого используйте тонкую проволоку, тонкий пинцет, тонкое жало для паяльника и ультрафиолетовую маску для изоляции.
Метод восстановления токопроводящей дорожки простой:
В конце нанесите тонкий слой УФ-лака и поставьте под ултрафиолетовую лампу, чтобы лак застыл. УФ-лаком покрывайте даже когда просто повреждена маска текстолита и ничего не оторвано.
Некоторые пины смежные и из-за поврежденной дорожки из двух пинов может образоваться один большой. Шариковый припой может распределиться неправильно и вообще отойти от подложки. В таком случае контакта не будет, потому что весь припой перейдёт на плату.