Автор: Алиферов Сергей Васильевич
Проектирование и изготовление действующего макета паяльной станции для монтажа и демонтажа BGA корпусов микросхем.
Отличительной особенностью электронных технологий является всё большее уплотнение монтажа радиокомпонентов и микросхем, что стало причиной появления корпусов типа BGA. При их пайке обрабатывается сразу несколько контактных ножек и площадок, располагаемых внизу цифрового контроллера или небольшого по размерам чипа.
Подобная микроминиатюризация зачастую оборачивается известными неудобствами, вызванными сложностью ремонта (пайки) элементов, размещённых в корпусе BGA. При обращении с ними действовать следует очень аккуратно, соблюдая определённые предосторожности и рекомендации. Таким образом, BGA пайка предполагает хорошо продуманную методику обработки контактов микросхем известного класса.
Аббревиатура BGA расшифровывается как «Ball grid array», что означает «массив шариков». То есть к контактным площадкам BGA микросхем крепятся шарики из припоя, которые расположены на обратной стороне микросхемы. При нагреве эти шарики начинают плавиться, что позволяет точно расположить микросхему на плате (корпус самоцентрируется за счет поверхностного натяжения). После остывания шарики образуют прочное крепление корпуса микросхемы к плате.
Преимущества BGA микросхем:
— BGA – это большая функциональность в малых размерах. То есть на ограниченной площади можно разместить большое количество выводов с соблюдением достаточного расстояния между ними;
— выводы находятся не по бокам, а непосредственно под корпусом, поэтому их длина минимальна, что сказывается на их индуктивности. Чем меньше паразитных наводок на электрическую сеть, тем лучше сигнал;
— малые габариты способствуют миниатюризации изделий, размер многих микро-BGA-компонентов приближается к размеру кристалла;
— в отличие от выводных корпусов — BGA имеют меньшее тепловое сопротивление между корпусом и платой;
— есть возможность многочипового исполнения, благодаря технологии Flip-Chip, – получается своего рода «компонент в компоненте», что обеспечивает еще более высокую плотность монтажа и очень короткие электрические связи, поскольку вывод располагается непосредственно в необходимой точке кристалла.
Иногда, при падении устройства, шарики микросхемы BGA отходят от платы и получается, что цепь разорвана, следовательно, устройство 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» или «перекатка».
Инфракрасные паяльные станции предназначены: для монтажа и демонтажа BGA-микросхем среднего и большого размера для уменьшения теплового воздействия на пластмассовые элементы во время пайки для отмены большого количества насадок для отдельных типов микросхем. Те преимущества, которые имеют инфракрасные станции, обусловливают их широкое использование в сервисных центрах, занимающихся обслуживанием компьютеров, телефонов и т.д.
инфракрасные станции обладают рядом преимуществ:
-обеспечение равномерности локального нагрева
-нет необходимости в использовании дополнительных сопел
-обеспечение корректной работы с сложнопрофильнымы компонентами
-компоненты платы в процессе пайки не испытывают влияния воздушного потока
К минусам инфракрасных паяльных станций можно отнести их стоимость, средняя цена такого прибора варьируется от 50 до 100 тысяч рублей. В связи с этим было принято решение сделать инфракрасную паяльную станцию своими руками. Данная станция не уступает техническим характеристикам тем, которые есть в продаже. На ее изготовление было затрачено 23 тысячи рублей, что является меньше 50% стоимости заводской станции.
При подборе элементов были выбраны в качестве нижних нагревателей инфракрасные керамические нагревательные элементы размером 60мм на 2140 мм с мощностью 600ватт, в количестве трех штук. При установки общий размер нижнего подогрева составил 200мм на 250мм.
Был выбран верхний инфракрасный керамический нагревательный элемент мощностью 450ватт. Размер 60 на 60мм.
Для регулировки температурой нижнего нагревателя был выбран ПИД–регулятор
REX—C100 SSR.
Для регулировки температуры верхнего нагревателя был выбран ПИД – регулятор PC410 Rs232. Особенность PC410 в том, что на нем можно настроить профиль пошагового нагрева с медленным увеличением температуры. В памяти PC410 можно сохранить 10 термо-профилей.
Так же есть возможность подключения к пк для отслеживания температуры во время пайки в виде графика.
Включение и выключение нагревателей производится с помощью твердотельного реле.
Для отслеживания температура применяется термопара К- типа.
Рис.1 корпус станции
На рисунке 1 видно, как выполнен так называемый «скелет» станции. Собран из металлического п-образного профиля. В дальнейшем боковые стенки были обшиты паркетной доской, верх металлическими пластинами. В качестве нижней части корпуса был выбран лист ЛДСП.
Рис.2 схема
Для коммутации элементов была выбрана данная схема с небольшими исправлениями. Схема заработала только после того как изменил полярность подключения РС-410 и REX—C100 через твердотельное реле
По данной схеме (рис.2) была произведена коммутация верхнего и нижнего нагревательного элемента, а также установка твердотельных реле и термопар.
Рис.3 ИК станция
В итоге получился действующего макета паяльной станции для монтажа и демонтажа BGA корпусов микросхем (рис.3).
