• Profile lutownicze BGA - know-how ;)

#1 Profile lutownicze BGA - know-how ;)  [RISOLTO]


da willyvmm 23 settembre 2011, 18:39
Witam.

Co jakiś czas powtarzają się pytania odnośnie profili lutowniczych BGA, czy mój profil jest dobry, dlaczego układ lutowałem profilem a, a kolega profilem b itd.

Więc zaczynamy.

Po pierwsze - TOPNIK.
Profil lutowniczy musi być zgodny z użytym topnikiem. Producent każdego dobrego topnika udostępnia dane na podstawie których można sobie ułożyć idealny profil lutowniczy.

Przykład topnik Interfux IF8300 ołów:
Immagine

i bezołowiowy:
Immagine

Jak widać okno procesu jest dosyć szerokie i pozwala na sporą dowolność.

Po drugie - masa
Drugim nie mniej ważnym, a może i ważniejszym elementem jest CO lutujemy, a konkretnie jak masywne, jaką ma pojemność cieplną i jak dobrze przewodzi ciepło płyta i układ który lutujemy.

Na przykład układ który ma 2mm grubości i rozmiar 15x15mm (np. procesor klasy ARM) i jest lutowany na standardowym 4 warstwowym laminacie 1,6mm wybaczy wiele.

Ale już masywny RSX(ps3) na wielowarstwowej grubej płycie jest bardzo wymagającym układem i nie wybacza błędów. To samo tyczy się grubych płyt.

Chodzi tutaj o różnicę temperatury pomiędzy górną częścią układu i kulami/dolną częścią.

Doskonale obrazuje to ten rysunek:
Immagine

Po trzecie i najważniejsze - prędkość narastania temperatury

Podsumowując dwa powyższe punkty dochodzimy do sedna sprawy. Z jednej strony ogranicza nas okno technologiczne użytego topnika, a z drugiej strony właściwości fizyczne układu płyta-chip oraz czasami ograniczenia od strony producenta układu (jednak zgodność z normą RoHS wymusza pewne wspólne założenia co do czasu i temperatury lutowania).

Po czwarte - lecimy

  • Nagrzewanie wstępne.
    Najmniej krytyczna faza procesu. Ma na celu podgrzanie wstępne płyty do temperatury aktywacji topnika - zazwyczaj około 150°C
    Bezpieczna wartość dla większości przypadków 1-1,5°C/s
  • Namaczanie (ang. SOAK)
    W tej fazie działa topnik. Jego zadaniem jest usunięcie tlenków (korozji) i czego się tylko da z lutowanych powierzchni, zwilżenie
    ich i przygotowanie do lutowania właściwego. Ta faza ma jeszcze jedno zadanie. Wyrównanie temperatury. Płyty jak i układy nie są jednolite. Mają powierzchnie o zróżnicowanej pojemności i przewodności termicznej. Dlatego ta faza ma też na celu wyrównanie temperatury.
    Bezpieczna wartość ±0,5°C/s, temperatura końcowa około 190-210°C
  • Rozpływ czyli lutowanie właściwe (ang. REFLOW)
    Topnik zrobił swoje, teraz czas na roztopienie lutowia (kul). W większości wypadków można sobie pozwolić na stosunkowo szybkie zwiększenie temperatury do temperatury szczytowej - około 235°C. Bezpieczna wartość to 1-1,5°C/s, jednak sporo układów toleruje nawet 3°C/s.

    W tej fazie istotne jest utrzymanie układu w temperaturze szczytowej (ca. 20° powyżej punktu topienia) przez minimum 30 sekund w celu wyrównania temperatury, uzyskania poprawnego rozpływu spoiwa oraz pewnego i trwałego połączenia.

    W szczególnych przypadkach ta faza procesu może być przedłużona nawet do 1,5 a extremalnie do 2 minut.
  • Ostatnia faza - chłodzenie.
    Najważniejsze jest aby nie za szybko i nie dmuchać silnym strumieniem na układ - można go przesunąć jak się przesadzi.

Podane powyżej temperatury tyczą się technologii bezołowiowej.

Na koniec kilka uwag praktycznych.

(T)oporne, masywne i/lub wrażliwe na temperaturę układy można potraktować długim jednostajnym profilem ca 0,5-1°C/s lub "zwalniającym" 1°C/s - 0,7°C/s - 0,35°C/s -w końcowej fazie. Profile takie nie zawsze są zgodne z profilem topnika, Powinno się wtedy dobrać inny topnik - albo przymknąć oko i liczyć na to że topnik się nie ulotni/zdeaktywizuje przed końcem procesu.

Lepiej jest od góry grzać układ + minimum 1-1,5 cm z każdej strony niż tylko sam układ. Zakrywać folią aluminiową tylko to co niezbędne - czytaj łatwo topiące się duże plastiki i elementy wrażliwe na temperaturę. Jeżeli jest to możliwe lepiej jest używać przesłony na grzałkę górną niż używać folii aluminiowej.

Układów nie zabija temperatura (w granicach zdrowego rozsądku) a udar termiczny - czyli za szybka jej zmiana lub zbyt długie jej działanie i WILGOĆ. Dlatego KAŻDY układ przed lutowaniem powinien być wygrzany.[/b]

Kamera do obserwacji przebiegu procesu jest nieocenionym dodatkiem.

Opracowanie własne na podstawie dokumentów dostępnych w sieci, udostępnionych przez firmę ERSA i INTEFLUX, oraz własnych doświadczeń.



Non hai i permessi necessari per visualizzare i file allegati in questo messaggio.

Re: Profile lutownicze BGA - know-how ;)  [RISOLTO]


da Google Adsense [BOT] 23 settembre 2011, 18:39

#2 Re: Profile lutownicze BGA - know-how ;)


da Macpod 23 settembre 2011, 18:59
Bardzo ładnie opisane.
Tutaj dla porównania fabryczny profil lutowania płyty Biostar A78LC-M3S (oczywiście bezołowiowe).

Immagine

#3 Re: Profile lutownicze BGA - know-how ;)


da willyvmm 14 maggio 2012, 10:50
Witam.
Chciałbym jeszcze dołożyć dwa słowa do tego co napisałem, a co zauważyłem na forum.
Wielu użytkowników rozgrzewa najpierw płytę do jakiejś dosyć wysokiej temperatury a dopiero potem załącza górną grzałkę.
Powoduje to dość znaczną różnicę temperatury pomiędzy dołem płyty a górną powierzchnią lutowanego układu a co za tym idzie niepotrzebne naprężenia. Postępując w ten sposób, "omijamy" też nieco profil ... a dokładnie rzecz ujmując strefę działania topnika (soak zone), która kończy się w okolicach 190-200 stopni. Może to skutkować niedolutowaniem układu - pomimo teoretycznie dobrego profilu.

Znacznie korzystniejsze jest grzanie niemal od początku z dwóch stron. Unika się wtedy dużych różnic temperatury.
Stacje ERSY oraz wszelkie jej klony tak właśnie działają

#4 Re: Profile lutownicze BGA - know-how ;)


da danon1 12 agosto 2012, 17:43
Witam

Bardzo konkretnie opisane (i co ważne) autor przedstawił praktycznie wszystkie parametry i środowisko takiego procesu .

Nie zgadzam się tylko z jednym:

"W tej fazie istotne jest utrzymanie układu w temperaturze szczytowej (ca. 20° powyżej punktu topienia) przez minimum 30 sekund w celu wyrównania temperatury, uzyskania poprawnego rozpływu spoiwa oraz pewnego i trwałego połączenia".

Owszem temperatura MUSI być ok. 20° (albo trochę lepiej) powyżej punktu topnienia, przez - jak autor pisze 30 sek (różne źródła podają że nawet do 60 sek) ale dla SPOIWA, co w praktyce oznacza, że jeżeli mamy prawidłowy profil z zachowaniem wszystkich parametrów producenta dla topnika, spoiwa, lutowanego układu i "operowanej płyty", to w przypadku procesu bezołowiowego 217° ma być utrzymane przez min. 30 sek - czyli spoiwo ma być płynne przez co najmniej 30 sek; co nie oznacza ze układ ma być utrzymywany przez 30 sek. w sposób przez Ciebie opisany, ponieważ w tym przypadku z temperaturą 237° USMAŻYSZ GO NA BANK.

PEAK dla układu ma trwać KILKA sekund ( średnio 5), resztę właśnie robi nasz dobrze ustawiony profil, tzn. że jeżeli od osiągnięcia temperatury topnienia (217°) do PEAK minęło np. 18 sek + 5 PEAK temp; to mamy już 23 sek. w których nasze spoiwo jest w stanie płynnym, a do tego należy jeszcze dodać czas w którym spoiwo wraca do stanu stałego... I tak np. dla moich maszyn jest to ok 25 sek, co daje nam w sumie już 48 sek. powyżej temperatury topnienia 217st.

Pozdrawiam

Ultima modifica di gathor il 13 agosto 2012, 00:27, modificato 1 volta in totale.. Motivazione: Przed znakami interpunkcyjnymi NIE wstawiamy "spacji".

Re: Profile lutownicze BGA - know-how ;)


da Google Adsense [BOT] 12 agosto 2012, 17:43

Chi c’è in linea

Visitano il forum: Nessuno e 0 ospiti

_______________________________
Tutti i diritti riservati. È severamente vietata la copia non autorizzata del contenuto di questo sito Web o di qualsiasi sua parte.
Eventuali marchi, nomi di società, prodotti o servizi pubblicati su questo sito Web appartengono ai legittimi proprietari, sono protetti da copyright e utilizzati solo a scopo informativo.