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SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBABGA 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 sim-* Ejemplos de Radiografias y fotografias* Infra-Rojo e Inspeccion por fibra optica* Video de Soldadura y Desoldadura.* Video de Inspección* Conclusiones Finales


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 sim-* Ejemplos de Radiografias y fotografias* Infra-Rojo e Inspeccion por fibra optica* Video de Soldadura y Desoldadura.* Video de Inspección* Conclusiones Finales


BGA

-Bolitas o Columnas de Estaño Eutéctico--de 16 a 2400 contactos-

BALL GRID ARRAY


BGA

-Bolitas o Columnas de Estaño Eutéctico--de 16 a 2400 contactos-

SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBAVariantes de BGA

Plastic BGA -388- Super BGA -596- Tab BGA -736-

BGA -Metálico-


BGA –Cerámico- BGA –Cerámico- BGA -Metálico-

SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBATipos 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 (CSP)

Micro Lead Frame (MLF)

Flip Chip (FP)


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 (CSP)

Micro Lead Frame (MLF)

Flip Chip (FP)

SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBABGA Típico



Características de un BGA

Plastic Over-Molded Epoxy Under-filled(Glob Top)


*Paso entre bolitas (Pitch ): 0.3mm–1.5mm

*Diámetro de la bolita: 0.25mm–1.05mm


CSP (Chip Scale Package)

Tamaño Global: ninguno mas largo que 1.2 X el tamaño del diedentro del componente // Variante del uBGA

Características de un CSP

HTML


Un nuevo desafío al momento de remover o instalar un componente

HTML


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.

Características de un MLFMLF (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


-Die, Cristal de silicio desnudo con hilos de soldadura a sus costados.-

-Conexion directa al sustrato

Características de un FLIP CHIP

• Varian su tamaño desde0.8 a 20 mm cuadrados

• El diametro de las bolitasvarian entre .1 y .4 mm

• El pitch entre bolitas varianentre .25 y .8 mm


Se pueden lograr chips tan pequeños que su reparación en algunos casos puede

resultar imposible

• Varian su tamaño desde0.8 a 20 mm cuadrados

• El diametro de las bolitasvarian entre .1 y .4 mm

• El pitch entre bolitas varianentre .25 y .8 mm

SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBAComparación 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 y0,8mm

Diámetro de las bolitas: 0,5mm a 1,05mm entre 0,1 y0,4mm


Indice del proceso para remover o instalar unBGA

Remover elcomponente

Limpiar ellugar

Colocar elcomponente

Reflow/Aplic.de calor Inspeccion


Remover elcomponente

Limpiar ellugar

Colocar elcomponente

Reflow/Aplic.de calor Inspeccion

SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBARemover un BGA mediante método

Conductivo –ej: equipo PACE-MBT 250-Virtualmente todos los BGA/CSP pueden ser

retrabajados usando 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.


Virtualmente todos los BGA/CSP pueden ser

retrabajados usando 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.


Remover un BGA mediante métodosConvectivo y Radiación

----Equipos Profesionales----

IR3000 –Infra Rojo –*******************

TF-1700/2700 -Aire Caliente-================

-Equipo de bajo costo pero alta prestacion-

RE-7500 / 8500 -Infra Rojo-


Remover un BGA mediante métodosConvectivo y Radiación

----Equipos Profesionales----

IR3000 –Infra Rojo –*******************

TF-1700/2700 -Aire Caliente-================

-Equipo de bajo costo pero alta prestacion-

RE-7500 / 8500 -Infra Rojo-

SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBAPasos Básicos para Remover un BGA

método convectivo, aire caliente


1Area de Preparación y limpieza

Precalentamiento superior

Posicionamiento

2

Alineación de la boquilla

por encima del

componente

3Reflujo con proceso de Salida

Administre calor hasta que toda la

soldadura se haya fundido

4

Levante el componente

Permita su enfriamiento


No Hay reflujode soldadura

encomponentesadyacentes

AireCaliente


SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBARemoción BGA

-Equipos PACE ST 325 y ST 350Equipos convectivos de bajo costo



BGA50R.AVI



-Equipo IR3000 Infra Rojo – Alta Gama



-Equipos TF1700/2700 Aire Caliente-Alta Gama

PACE TF 1700


PACE TF 2700


Remoción BGA –Equipos JOVY RE-7500 y RE-8500Infra Rojo, simples, poderosos y economicos !!!



Más Adelante analizaremos la Instalación yRemoción con un equipo profesional de alta

gama

y en capítulo separado Equipo Infra-Rojode bajo costo


Más Adelante analizaremos la Instalación yRemoción con un equipo profesional de alta

gama

y en capítulo separado Equipo Infra-Rojode bajo costo


Métodos paraAlinear

componentesBGA’s


Métodos paraAlinear

componentesBGA’s

SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBAMétodos 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.-

SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBAMétodos 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.-


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 MisalignedCSP Aligned

SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBAConsideraciones 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”)

SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBAConsideraciones 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..-


• > 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..-


BGA

Dispositivo de Alineación por Camara, profesionalmas prisma, superposición de imagenes BGA/PCB

Ver Video


Camara

Prisma

PCB Monitor

Rojo = BGA

Azul = PCBVisual Overlay System (VOS)

sistema visual de superposicion


Video -- Alineación con nuestras manos


SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBAAlineación de BGA225


SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBAReflow de BGA 313



Perfiles Térmicos

Establecimiento de un perfil

Zonas

Pautas

Precalentadores, métodos y sistemas

Boquillas para Aire Caliente


Establecimiento de un perfil

Zonas

Pautas

Precalentadores, métodos y sistemas

Boquillas para Aire Caliente

SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBAEstablecimiento de un

Perfíl TérmicoSe realizan tres agujeros en la placa a instalar el componentes y se

colocan tres terminales de termocuplas -observar fotografía-

Perooooes aun muy

utilizado para

realizar las

calibraciones

pre instalacion

y controlar las

temperaturas

en cada sector


Perooooes aun muy

utilizado para

realizar las

calibraciones

pre instalacion

y controlar las

temperaturas

en cada sector

SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBAEstablecimiento de un

Perfíl Térmico


SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBAPerfiles 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


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

SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBAPautas 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.-


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.-

SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBAZonas Térmicas



-Bandeja o plato caliente

-Ineficaz y dificultoso de controlar

-Buenos trabajos con pequeñas tarjetas

-Confiable en proximidad y más efectivo en tarjetas híbridas

Método de Precalentamiento: Conductivo

MACTOOLS S.A. – Sergio Guberman – [email protected] Conductive & Convective Preheating System


Método de Precalentamiento: Radiaciónusando en sistemas profesionales con equipo como TF-1700 a

través de I.R. (400 w)-las potencias dependen del modelo de equipo-



Método de Precalentamiento: ConvecciónSolamente precalentador de bajo costo

ST 450



Método de Precalentamiento: RadiaciónSolamente precalentador de bajo costo

ST 400



Conclusiones del Precalentamiento

Evitar aplicar calor de un solo lado.

Evita daños en los pads.

Evita la delamicacion del PCB.



Video --Delaminación de una placa


SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBASistema Profesional de alta gama para Remoción

e Instalación por AIRE CALIENTEMotorized Heater

Head w/ HeatFocusing Nozzles

Medium Wave IRBottom SidePre-Heater

Thermocouple inputsfor accurate profile

development

Single AxisOperation

Adjustable Nestfor Component

Pick Up

Intuitive PC-BasedProfile Development

Software


Retractable Hi-ResVision Overlay

System w/DichroicPrism

Medium Wave IRBottom SidePre-Heater

Adjustable Nestfor Component

Pick Up

24” X 24” PCBHolder w/

MicrometerAdjustments


Soldadura y Desoldadura de PTH, SMT yBGA a bajo costo y alta prestación



Retrabajando BGA con equipos bajo costo

Vemos trabajar a una RE-7500Instala un procesador de Wii

Vemos trabajar a una RE-8500


Retrabajando BGA con equipos bajo costo

Vemos trabajar a una RE-7500Instala un procesador de Wii

Vemos trabajar a una RE-8500

Instala un procesador de Wii


BGA Reballing (rearmador de bolitas)

Metodo 1: Con bolitas simples Reballer

Metodo 2: Con pasta de estaño STENCIL


BGA Reballing (rearmador de bolitas)

Metodo 1: Con bolitas simples Reballer

Metodo 2: Con pasta de estaño STENCIL

SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBAEstado de los pad despues de la

limpiezaPlano

ConcavoAceptable

Deseado


Convexo

Desigual

Aceptable

No deseado

Inaceptable


Estado de las bolitas posterior alReflow

Design for Inspection: SMD vs. NSMD

SMD NSMD

pre-reflow SMD reflow NSMD reflow


Design for Inspection: SMD vs. NSMD

SMD NSMD

pre-reflow SMD reflow NSMD reflow

Un-reflowed Partial Complete

SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBAVista del Reflow desde camara lateral

Reflow y fin del proceso Reflow en bolitas paso 1,27mm


Reflow en bolitas LF

SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBAEquipo de Inspección por

Rayos X

• El Sistema de Inspecciónen Tiempo Real XR 3000es una potente herramientapara control de calidad yverificación durante elproceso de todos losaspectos de la fabricaciónmicroelectrónica. El XR3000 facilita una rápidainspección por rayos X entiempo real en entornos deproducción y retrabajo


• El Sistema de Inspecciónen Tiempo Real XR 3000es una potente herramientapara control de calidad yverificación durante elproceso de todos losaspectos de la fabricaciónmicroelectrónica. El XR3000 facilita una rápidainspección por rayos X entiempo real en entornos deproducción y retrabajo

SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBAEquipo de Inspección por Rayos X

Video XR 3000



Insufficient Reflow -Soldadura Fria-


Insufficient Reflow -Soldadura Fria-


Bolita perdida


Error de Alineación

SASE 2013 – Buenos Aires – FIUBAMirando bajo microscopio

Pad levantado




Cracked Solder Joint


Sencillamente…Muchas Gracias !!!

por confiar en nuestra compañía


Sencillamente…Muchas Gracias !!!

por confiar en nuestra compañía

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