Трафарет bga своими руками

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 18.09.2024

Авторизуясь в LiveJournal с помощью стороннего сервиса вы принимаете условия Пользовательского соглашения LiveJournal

[

Tags

Пайка, Печатные платы, Электроника

]

Я уже рассказывал как паять платы с помощью паяльной пасты.
В том описании я использовал трафарет сделанный на заказ американскими ребятами. Они режут относительно дешевые трафареты из полиамидной пленки лазером, на заказ.
Но во-первых все-таки не настолько дешевые, чтобы заказывать ради двух-трех несложных плат, во вторых, пока трафареты добираются с другой стороны земного шара, надобность в них зачастую отпадает.

С тех пор я попробовал еще три способа изготовления трафаретов по месту жительства.
Итак:
1)Вручную. Способ не самый технологичный, прямо скажем, но самый простой. Я купил прозрачную пленку для печати на лазерных принтерах. Напечатал на ней все контактные площадки, на которые нужно наносить пасту. А потом сел и методично, канцелярским резаком вырезал их все. Занятие муторное. но ушло на него в общем-то не очень много времени, 40 минут на плату 50х100 с не очень высокой плотностью монтажа. Конечно, отверстия получились кривые, косые, да и вообще не красивые. Однако, как показывает практика, для пайки пастой это не так важно, если речь идет о компонентах 0603 и более. Конечно, вырезать под каждой ножкой TQFP48 отверстие не получится, но можно вырезать одну длинную прорезь. Впрочем об этом пойдет речь дальше.

2)Лазерная резка. Хороший знакомый с установкой лазерной резки по моей просьбе порезал мне трафарет из все той же самой пленки для лазерных принтеров. Задача оказалась не слишком простая, т.к. пришлось очень долго подбирать параметры резки. Но в конце концов получился вполне приемлемый результат, хотя прорезать аккуратные отверстия под каждой ножкой TQFP48 тоже не получилось.

3)Травление из листов алюминия. Про этот способ собственно сегодня пойдет основной рассказ.
Встала необходимость быстро сделать довольно сложный трафарет. Решил попробовать вытравить его самостоятельно. Фактически способ на 100% повторяет способ, который я уже много лет использую для изготовления плат и который описывал в этом посте, поэтому повторяться не буду.
Опишу лишь основные отличия:
В качестве материала использовались обычные алюминиевые банки от напитков. Эти банки покрыты лаком как с наружней, так и с внутренней стороны, этот лак надо зачистить шкуркой. После этого полностью повторяем процесс как с печатными платами. После приглаживания фольги - обратную сторону аккуратно заклеиваем скотчем. Также заклеиваем переднюю сторону по краям, там где не будет отверстий в трафарете.
Травил я в растворе отработанного хлорного железа. В свежем алюминий не травится. В отработанном процесс идет мега быстро с очень активным выделением газа. Рекомендую разбавлять раствор.
За процессом травления удобно следить с обратной стороны листа, т.к. она заклеена прозрачным скотчем и через него отлично видно, протравилось ли уже или нет. Время травления - 2-5 минут, как только процесс визуально закончен - нужно сразу промывать трафарет, т.к. идет очень сильный боковой подтрав. После - отодрать скотч, зачистить шкуркой, трафарет готов.

Для отработки техпроцесса пробовал разные размеры отверстий. В идеале хотелось подобрать такие отверстия, чтобы можно было паять TQFP48.

Первая проба. С TQFP48 шаг 0.5, как видно ничего не вышло, слишком широкие были отверстия и слишком узкие перемычки. А вот отверстия для монтажа 0603, SOIC-8, SMA, как видно вышли очень неплохо. Конечно, тут и речи не идет о сравнении с промышленными трафаретами из стали. Но для дома - вполне.

На текущий момент оптимальный вариант который я для себя подобрал это прорезь шириной 0.2мм вдоль всех ножек по каждой стороне. В результате все ножки пропаиваются, а небольшое количество перемычек очень быстро убираются паяльником.

Совсем другое дело TQFP32 с шагом 0.8.

Тут и трафарет получился красивым и пайка практически идеальной.

Результаты тестирования:

Думаю процесс можно улучшить.
1)Попробовать найти листовой алюминий, чтобы не мучиться с банками. также можно попробовать сделать трафарет из латуни/меди.
2)Попробовать другие растворы для травления. Для алюминия - едкий натр, медный купорос с солью, электролиз. Для меди - все тоже самое что и для печатных плат.
Возможно какой-то из вариантов даст меньший подтрав.

В РФ судя по нескольким опрошенным фирмам специализирующимся на трафаретах они стоят совершенно негуманных денег, впрочем и рассчитаны на полноценное серийное производство.

• устройство самостоятельно неоднократно перезагружается;
• изображения нет;
• устройство включается не с первого раза.

Работы нужно проводить в хорошо вентилируемом помещении, так как испарения флюса при пайке могут причинить вред.
В процессе реболлинга используются химикаты. Необходимо позаботиться о средствах личной защиты.

Особую опасность для компонентов представляет статический заряд. Необходимо использовать антиэлектростатические вещества.
Также следует помнить, что компонентам может нанести вред высокий уровень влажности, перепад температур и любое непредвиденное механическое воздействие.

Прежде всего, необходимо извлечь микросхему, которая находится в устройстве. Корпус нужно вскрыть аккуратно, чтобы ни в коем случае не повредить его. В ремонте нуждаются самые разные устройства: телефон, ноутбук, планшет, телевизор – поэтому хорошо бы иметь универсальный набор инструментов, который поможет осторожно вскрыть корпус любого из перечисленных устройств. Неудобно и ненадежно каждый раз выискивать что-то острое и подходящее из подручных средств, поэтому обратите внимание на специальные наборы инструментов для BGA реболлинга .

Вот здесь представлен самый полный такой набор на сегодняшний день. С ним не нужно будет изобретать велосипед, и мучиться, извлекая микросхему.

Демонтаж микросхемы
Реболлинг начинается с демонтажа микросхемы с платы. Ведь именно микросхема является объектом работы мастера. Демонтаж выполняется с помощью паяльной станции .

Выбор паяльных станций на рынке достаточно велик, и здесь можно растеряться. В идеале это должна быть инфракрасная паяльная станция с предметным столом, но на деле такой перфекционизм стоит достаточно дорого, и далеко не каждый мастер может позволить себе приобрести такую паяльную станцию. Поэтому чаще покупают что-то менее дорогое, но не менее эффективное. Например, можно остановиться на термовоздушной паяльной станции YIHUA-852D+ .

В ней есть все необходимое для выполнения качественной работы. В частности, в процессе пайки мастер сможет отслеживать текущую температуру паяльника и термофена на светодиодном дисплее.
Для паяльника предусмотрены жала двух типов, а термофен имеет три круглые насадки с разным диаметром сопел, что позволит изменять площадь обогреваемой поверхности.

В общем, эта паяльная станция достаточно популярна как среди любителей, так и среди профессионалов. Такая популярность вызвана, прежде всего, оптимальным соотношением цены и качества.

Во время демонтажа микросхема может потерять еще часть шариков, но этого может и не произойти. В принципе количество поврежденных шариков уже не важно, потому что следующий этап – это снятие шариковых выводов (деболлинг). Все оставшиеся шарики должны быть убраны, то есть мастер готовит место для нанесения новых шариков. Шариковые выводы удаляются с помощью паяльника. И здесь очень важно не повредить микросхему и не перегреть ее. Поэтому используя паяльную станцию YIHUA-852D+ , не забывайте поглядывать на дисплей, на котором отображается текущая температура.

Кроме паяльника с температурным контролем, Вам понадобится паяльный флюс, изопропиловые салфетки, плетенка, антистатический коврик, микроскоп и защитные очки.

Деболлинг
После того, как паяльник разогрет, и все необходимые меры защиты приняты, можно приступать к деболлингу.
Положив BGA-микросхему на антистатический коврик, равномерно нанесите на нее флюс. Важно, чтобы количество флюса было оптимальным. Если его будет недостаточно, то это затруднит процесс снятия шариков.
На флюс кладется плетенка, через нее паяльник прогревает и расплавляет шарики. Ни в коем случае не следует давить паяльником на шарики. Такими действиями можно повредить микросхему. Как только площадка для новых шариков готова, ее необходимо очистить изопропиловыми салфетками.

Проверка
Перед тем как наносить новые шарики, нужно проверить, не осталось ли каких-то частей от старых шариков, не возникли ли повреждения на микросхеме и хорошо ли очищена она после произведенных операций. Такая проверка должна выполняться с помощью микроскопа.

Лучше всего подойдет USB-микроскоп со стеклянными линзами, например, USB-микроскоп Supereyes B011 . Основная его особенность – сменный длиннофокусный объектив, который позволяет увеличить расстояние от линзы до микросхемы.

У многих других USB-микроскопов такого преимущества нет, а соответственно и нет такой высокой точности, позволяющей избежать искажений передаваемого на экран изображения. Этот микроскоп предназначен специально для пайки.
Но можно рассмотреть модель и подешевле, например, USB-микроскоп Supereyes B008 .

Это многофункциональный цифровой микроскоп, с помощью которого тоже можно эффективно проконтролировать состояние микросхемы.
Если после проверки были обнаружены остатки флюса на микросхеме, то от них обязательно нужно избавиться. Для этого можно использовать деионизованную (без ионов) воду и небольшую щетку. Потрите загрязненные места щеткой, промойте их, а потом просушите сухим воздухом. С помощью микроскопа выполните повторную проверку микросхемы.

Реболлинг
После того как изображение, передаваемое на экран компьютера с микроскопа, подтвердило, что все элементы шариковых выводов удалены, что микросхема не повреждена и полностью очищена, можно продолжить работы по ее восстановлению.
Для этого Вам понадобятся BGA-трафарет, держатель для трафарета, микроскоп, флюс, шарики припоя, пинцет и принадлежности для очистки (щетка, поддон). Трафарет – элемент в реболлинге необходимый.

Конечно, он должен подходить конкретно под данную микросхему. Поэтому, если Вы собираетесь заниматься реболлингом, то нужно приобрести сразу набор трафаретов , который позволит Вам выбрать то, что нужно для каждого конкретного случая.

Например, данный набор включает в себя 545 стальных трафаретов . Они хороши тем, что не теряют своей формы.
При выполнении реболлинга BGA прямого нагрева выбранный трафарет вставляется в держатель. Держатель , должен хорошо фиксировать трафарет. Например, можно использовать станцию для реболлинга .

К ее преимуществам относится надежность фиксации и хороший обзор микросхемы. Фактически микросхема в ней видна как на ладони. По специальной выемке выполняется движение двух упоров и пружины. Также конструкцией предусмотрены винты, которые обеспечивают ровную и надежную фиксацию трафарета. Ведь если трафарет помят и согнут, то качественно нанести на него шарики не получится.
Распределите по чистой поверхности микросхемы с помощью шприца флюс. Флюс наносится тонким слоем по всей контактной поверхности. Обратите внимание, чтобы слой флюса не был слишком толстым. При нагревании флюс начинает кипеть, и если его слишком много, то он просто выдавит шарики из трафарета. Если же флюса нанести слишком мало, то нормальной припайки не произойдет. Для равномерного распределения флюса используйте кисточку. Наложите трафарет на микросхему. Теперь все готово для нанесения шариков.

BGA шарики припоя продаются в банках. Обычно по 25 000 штук. Это оловянно-свинцовые шарики, которые и должны заменить удаленные и поврежденные. В каждый просвет трафарета помещается один шарик. Это важно и здесь нельзя ошибиться. Если случайно забыть припаять один шар, то потом это сделать будет очень трудно. Если же в одно отверстие трафарета попадет два шара, то они расплавятся и соединяться с соседними шарами, испортив всю работу.
Лучше всего действовать следующим образом. Всыпьте нужное количество шариков на трафарет и слегка раскачивайте его, пока шарики займут свои места. Шарикам, не вставшим на свои места, можно осторожно помочь с помощью зубочистки. После того как шарики установились на предназначенные для них места, полезно проконтролировать каждый шар и просвет под микроскопом.

Далее выполните пайку с помощью паяльной станции. Проверьте, чтобы все шарики расплавились. Аккуратно с помощью тонкого пинцета снимите трафарет с микросхемы. Для этого есть несколько секунд (не более 15 секунд с момента прекращения пайки), пока флюс не застыл. Если же опоздать, то придется разогревать микросхему вновь, чтобы добиться размягчения флюса. Далее микросхема моется, сушится и ее можно помещать на плату. Не забудьте, что после мойки опять нужен микроскоп, чтобы убедиться: все шары на своих местах, никаких царапин и повреждений, микросхема полностью очищена. После этого можно констатировать, что реболлинг прошел успешно.

Пайка при помощи самодельного трафарета

Хочу поделиться опытом по пайке при помощи трафарета. Берём плёнку А4 для печати на принтере. Прозрачая, продается в магазине орг. техники. Отрезаем необходимый кусок, чучуть больше печатной платы. Накладываем на плату и вырезаем канцелярским ножом контактные площадки. Берем любую дошечку и клеим по двум плоскостям двухсторонний скотч(всё видно на фото). Сверху приклеиваем трафарет и вставляем плату под трафарет. Берем паяльную пасту(BGA) и наносим с краю на трафарет. Берем что-то чем можно равномерно нанести по всей поверхности трафарета пасту.(Я использую лезвие от ножа по гипсокартону). После нанесения пасты, аккуратно приподнимаем трафарет и вытаскиваем плату. Наносим на плату компоненты которые будут припаиваться. Берем паяльный фен, ставим температуру на 320 градусов и греем плату. Получается ОТЛИЧНО! Отмывать нечего.

Что-то давно я ничего "электронно-технологического" не писал. Пора исправляться.
Итак, первая заметка из цикла "С чем едят шары".

Наверное ни для кого не является секретом то, что я занимаюсь ремонтом материнских плат. Потому BGA монтаж для меня актуален как никогда.
Рассмотрим самый простой случай - у нас есть материнская плата-донор и есть пациент с сожженным мостом. Нужно снять мост с донора и пересадить пациенту.

Снимается BGA чип тривиально - если есть подогреватель, греем донора на подогревателе до момента плавления шариков. Чип снимать лучше всего присоской, хотя кустарные приспособления никто не отменял. Для ускорения нагрева есть хитрость - надо накрыть плату листом бумаги. Вполне подойдет и газета. Бумага ограничит конвекцию создав своеобразный "парник".
Сняв чип, даем ему немного остыть, заливаем флюсом и снимаем остатки шариков-выводов паяльником. Промываем "донорский орган" и получаем что-то подобное:

Следующим этапом будет восстановление шариков-выводов. Самый простой способ (он же и самый дорогой) - использовать фабричные BGA трафареты. Чаще всего применяются универсальные трафареты, представляющие собой пластинку из стали с нарезанными в ней отверстиями. Диаметр и шаг отверстий зависит от того, выводы каких чипов мы будем восстанавливать. Самыми популярными являются трафареты 39х39, шаг 1 мм, 29х29, шаг 1,27 мм. Диаметр отверстий - примерно 0,6 и 0,8мм соответственно. Свои трафареты я заказывал тут (уж не сочтите за пиар).
Микросхема крепится на трафарете с помощью фиксаторов:

В итоге получается этакий "медвед" без головы. Можно при желании свастику сварганить.
Необходимо следить, чтобы контактные площадки на чипе были примерно по средине отверстий трафарета:

Следующим этапом будет формирование выводов. Они образуются при оправлении паяльной пасты, которая представляет собой порошок припоя смешанный с высокотемпературным флюсом. В своей практике я использую несколько разновидностей паст, в частности эту. Пасты могут отличаться поведением при нагреве, температурой оплавления, консистенцией остатков флюса после остывания и пр. Для первых экспериментов я бы рекомендовал купить несколько небольших доз (10мл) паст разных производителей и партий.

Наносить пасту на трафарет удобней всего кусочком мягкого пластика (вполне подойдет жесткая резина или ластик).
После нанесения пасты на трафарет можно узреть следующую картину:

Дальнейшие действия сильно зависят от свойств конкретной пасты и диаметра отверстий трафарета. В некоторых случаях нагрев лучше всего начинать сразу после нанесения пасты, в других - лучше подождать, чтобы паста чуть подсохла. В любом случае экспериментов не избежать.
Так как мы работаем с большими трафаретами (в отличие от тех, которые используют ремонтники мобильников), то без подогревателя будет совсем туго.
Устанавливаем трафарет на подогреватель, начальная температура должна быть около 80 o C. На протяжении 2-5 минут поднимаем температуру подогревателя до 140 o C и начинаем греть термофеном:

Конечная температура подогревателя на момент оплавления обычно составляет около 230 o C.
Способ и длительность нагрева специфичны для конкретного оборудования и пастя. Повторюсь - в любом случае прийдется экспериментировать. Кроме того, в случае критичных применений необходимо соблюдать термопрофиль, а тут уже без пирометра или более серьезного оборудования не обойтись.
Так как оплавить за раз всю площадь трафарета у нас не получится, нагрев начинаем из угла и двигаемся по спирали. В результате (и при определенной удаче) у нас получится что-то подобное:

Дальше просто. Ждем пока трафарет остынет, снимаем фиксаторы, отмачиваем трафарет с чипом в спирто-бензиновой смеси (да, я знаю что на предыдущих фото VIA-шка, а тут ATI. Я статью рожал практически полтора месяца и так сложилось, что "отмочечное" фото у меня есть только ATI-шное).

Немного деформируя трафарет аккуратно снимаем чип. Промываем его спиртобензином и - вуаля! Есть чип с выводами:

Дальнейшие действия вообще тривиальны. Ограничиваем зону нагрева:

Снимаем "погорельца":

С помощью паяльника снимаем остатки припоя с контактных площадок на плате. Промываем плату, наносим флюс. Устанавливаем "донорский орган":

Точно устанавливать шарики на контактные площадки нету необходимости, достаточно чтобы они касались между собою. Всю работу сделает поверхностное натяжение. :)
Включаем нагрев и плавно поднимаем температуру. Момент начала плавления шариков будет видно: чип шевельнется и займет правильное положение на плате. Чуть пошевелив его пинцетом выключаем подогреватель. Если мощности подогревателя не хватает, после достижения температуры около 180 o C греем чип термофеном.
Все. Наслаждаемся результатом. :)
------------
Оригинал тут.

Kest, сам не ожидал, что так годно будет. (Блин, приятно аж у Дихальта на сайте засветиться))

Надо еще попробовать щелевые отверстия сделать. для видеопроца dji phantom который стандарт было нужно. Хотя, там можно и отверстиями отделаться. За неимением трафарета я его запаивал просто поставив капли припоя на все контакты. Там что-то вроде двухрядного lga

Артемий Исламов

Игорь, ну так это шары надо иметь. А у Димки только совсем мелкие были, для телефонов. Да и идею захотелось проверить.

идея вообще крутая)) это прям круто когда можно что то заколхозить прям на месте не куда не рыпаясь и не запариваясь)) вообще крутяк.

разложил ручками )) к сожалению не сфоткал готового результата. 0.4 шарики под микроскопом запарился как бабер но все же сделал )) с перерывами за 4 часа))

Артемий Исламов ответил Игорю

Игорь,

Артемий, да один фиг потом артифачила видяха у нее от самой подложки походу чип отвалился или тип того..нечего особо не дало такое извращение ((

Офигенно! Клёвые вещи редко открываются, когда всё есть. Именно нехватка чего либо толкает к открытию.

Многоликий Наблюдатель

Круто на самом деле, но на несколько раз буквально.
Текстолит от частого нагрева-охлаждения начинает расслаиваться.
Сами столкнулись с такой проблемой, когда из толстого текстолита делали оснастку для ровной запайки вручную в плату погопинов.

Артемий Исламов

Многоликий, это не страшно. Новый насверлить минут 15 и немного везения. Да и этого хватит раз на пять семь. А больше нам вряд ли понадобится.

Тимур Сабирзянов

А вот такой вопрос, как максимально просто получить Гкод для двумерного чертежа? Например для режущего лазера или для отрисовки маркером.
Пытался выбрать лазер или гидроабразив, фьюжн не генерит гкод а ругается на неизвестную ошибку.

Артемий Исламов

Михаил Пильцов

Артемий Исламов

Михаил, А, вижу. Отклонил. Дебилов которые делают схемотехнику и разводку в графических редакторах, вместо специализированного софта надо сжигать напалмом.

Михаил Пильцов ответил Артемию

Артемий, а где там разводка? там просто показано, как рисовать схемки принципиальные красиво и по госту. а ты админ этой группы?

Михаил Пильцов ответил Артемию

Артемий Исламов ответил Михаилу

Михаил, ну красиво по госту лучше настроить в самой среде в которой работаешь. Иначе придется делать двойную работу. Сначала рисуешь тут, потом переносишь туда. В процессе еще ошибок налепить на раз два. В конце концов, для строгого оформления по ГОСТ есть Schemagee + TDD в котором от рождения уже все по ГОСТУ, причем нашему. Т.к. это российский софт. Да я админ.

Михаил Пильцов ответил Артемию

Артемий, на рутрекере последняя версия Schemagee с таблеткой датирована 2008 годом. а ты точно админ?

Артемий Исламов ответил Михаилу

Михаил, затем, что я часто сталкиваюсь с разной проектной документацией которую делают в чем попало, только не в правильном софте. В кореле, в паинте, даже в экселе. блядь. Видел когда нибудь схемы в экселе? А я видел. И после такого хочется уже не оскорблять, а убивать.

Михаил Пильцов ответил Артемию

Артемий, так портал же у вас обучающий, для ламеров и прочих простых людей (Я лет 5 назад читал тут класcные самоучители и статьи по AVR) Некоторые вообще рисовать не умеют. А тут за 1 час можно нарисовать любую схему хоть в журнал, хоть в диплом, хоть куда. На тех же авизаводах все рисуют в автокаде, прикинь, а не в солидворксе, например, двойную работу делают, куча людей сидит и работает. И ничего. И у меня цель была именно научить рисовать, а не в протеусе, мультисиме, альтиумдизайнере, диптрейсе , пикаде, микрокапе или где-там еще собирать это, симулировать и разводить.

Артемий Исламов ответил Михаилу

Михаил, в этом то и проблема. То что НАЧИНАЮТ с чего попало, а потом, согласно синдрому утенка, и продолжают на этом же сидеть.

И то что на авиазаводах рисуют в автокаде (причем для своих целей автокад безумно хорош), а не в специализированном САПР вроде инвентора. Это не "ничего", а большая проблема этого авиазавода. Они сами себе делают проблемы, уменьшая свою производительность труда. В итоге этот авиазавод либо разорится нахрен, либо потребует ебического количества госдотаций. Но они ему не помогут он все равно сдохнет. Т.к. конкуренты не делая двойную работу сделают и поставят на крыло свой самолет гораздо быстрей.

Хочешь учить рисовать? Да не вопрос. Учи рисовать котиков :) Котиков все любят, беспроигрышный вариант.

Читайте также: