BGA (Ball Grid Array) чіпи - стійка сучасна тенденція забезпечувати контакт і одночасно кріплення БІС (великий інтегральної схеми) з іншою схемою на друкованій платі. Ця технологія дуже широко використовується в комп'ютерній електроніці. Так, наприклад, «північні» і «південні» «мости», комбіновані чіпсети Intel, nVidia, AMD, графічні процесори і, все частіше в сучасних ноутбуках, центральні процесори, монтуються за даною технологією.
Ви напевно здогадалися, що простим паяльником замінити таку мікросхему не вийде. Для таких задач використовуються спеціальні паяльні станції, які можуть розплавити всі кульки мікросхеми одночасно.
Розберемо цю складну технологію на наочному прикладі. Є ноутбук ASUS, в якому потрібна заміна чіпсета Intel HM65, який знаходиться на материнській платі ноутбука. Оскільки технологія BGA монтажу передбачає нагрів всієї плати, з плати знімаються всі деталі, які бояться нагріву і звільняються слоти.
Примітно, що каптоновому стрічка, на вигляд схожа на звичайний скотч, не боїться нагріву і знімати її не потрібно, якщо вона не заважає процесу механічно. Навпаки, її і алюмінієву фольгу можна використовувати в цілях захисту особливо чутливих ділянок від зайвого нагрівання. Отже, ось наша плата:
Звернемо увагу, що наша мікросхема додатково приклеєна до материнської плати компаундом по кутах:
І перед пайкою його потрібно видалити. На платах, які використовує ASUS не особливо стійкий компаунд і видалення його при дотриманні певних технологій не становить проблем. А ось в ноутбуках таких виробників як Lenovo, Fujitsu і HP можна зустріти особливо стійкий компаунд, яким чіп ще і приклеєний по всьому периметру або між кулями.
Видалення такого компаунда - дуже складна і трудомістка робота. Іноді вона неможлива без пошкоджень друкованої плати.
Однак в нашому прикладі все просто, і ми бачимо результат:
Навіть при демонтажі мікросхеми важливо використовувати паєчний флюс, тому що в його завдання входить не тільки запобігання окислення контактних майданчиків, а й забезпечення теплового контакту. Відповідно підбір флюсу повинен бути правильним, що на жаль, зовсім не дешево.
Підготовлена плата встановлюється на паяльну станцію, де вона цілком досягає певної температури, згідно термопрофіль технологічного процесу пайки. Термопрофіль - це спеціальний алгоритм зростання, утримання і зниження температур у часі, призначений для виключення впливу на процес пайки різних коефіцієнтів теплового розширення матеріалів, з яких зроблені чіп і друкована плата.
Для нагріву плати використовується певний спектр випромінювання хвиль інфрачервоного діапазону. На фото, до речі, нагрівачі включені, але в видимому діапазоні хвиль випромінювань немає.
Хотілося б звернути увагу на величезну різноманітність виконання материнських плат ноутбуків. Різноманітна геометрична форма, різна товщина текстоліту, різну кількість шарів друкованої плати і різна площа металізації сильно ускладнюють підбір і автоматичне виконання термопрофілю пайки, тому, особливо для роботи з ноутбуками, дуже важливі досвід і кваліфікація оператора паяльної станції.
Найменше викривлення плати під час пайки може привести до втрати контакту або виникнення непотрібного. А плата буде прагнути викривити, і досить активно: вона складається з безлічі матеріалів з різними коефіцієнтами теплового розширення і різної геометрією.
Тому паяльна станція повинна надавати можливість правильно закріпити друковану плату і рівномірно прогріти її. А кваліфікація оператора повинна дозволяти оператору відповідно правильно розташувати плату на станції і передбачити розподіл температури по її площі. Визначення розподілу температур особливо важливо на етапі, коли в процес включається верхній нагрівач, тому що він прогріває вже тільки лише певну область. А ось і він:
Саме верхній нагрівач доводить цю область до температури плавлення кульок припою (кульок-ніжок мікросхеми). Далі вакуумним або механічним захопленням чіп знімається з плати. У деяких випадках мікросхему необхідно зривати, долаючи силу компаунда, який в деяких моделях ноутбуків знаходиться досить глибоко під самою мікросхемою.
В кожному окремому випадку перед зняттям потрібно переконатися, що температура плавлення досягнута по всій площі чіпа, оскільки завдяки різної площі провідників друкованої плати, які підводяться до висновків мікросхеми, частина куль плавиться раніше, а частина пізніше.
Оператор же повинен проконтролювати цей момент окремо, тому що в більшості своїй паяльні станції дозволяють контролювати температуру лише в одній точці материнської плати. Цього не достатньо для оптимального виконання технологічного процесу.
Перед установкою нового чіпа контактні площадки материнської плати очищаються від залишків припою і відпрацьованого флюсу.
Потім наноситься тонкий рівний шар безотмивочного флюса.Такой флюс зберігає свою активність тільки до досягнення температури плавлення припою, тому після пайки не потрібно очищення плати від нього.
Тепер можна встановлювати новий чіп. Вони, до речі, поставляються в стрічці, одна осередок якої виглядає так:
Ключовими моментами установки мікросхеми на плату є збіг так званого «ключа» мікросхеми
і точне позиціонування
У такому вигляді плата знову вирушає на паяльну станцію і повторюється процес нагріву згідно термопрофіль. Спочатку попередній підігрів всієї плати:
а потім нагрівання в області мікросхеми до температури плавлення припою:
Знову ж таки, при пайку необхідно забезпечити рівномірний прогрів всій області пайки. Інакше частина кульок припою може не розплавитися і не утворити необхідний контакт з платою. Іншою крайністю цієї проблеми є перегрів чіпа, якщо прогрів нерівномірний, а температура плавлення контролюється по найхолоднішою точці зони пайки.
У всьому розмаїтті виготовлення материнських плат для ноутбуків гарантією якості пайки може бути виключно правильне оперування паяльною станцією.
Після досягнення температури плавлення припою плата плавно остигає до безпечної температури:
Після чого вона готова до збірки:
Новий чіп припаяний і готовий працювати:
Щоб мікросхеми чіпсетів, графічні процесори і центральні процесори встигали відпрацьовувати свій ресурс і не ламалися раніше, ніж могли б, слід забезпечити правильне функціонування системи охолодження ноутбука.
Тому заміна таких мікросхем завжди виконується разом з профілактикою, ремонтом, модернізацією або заміною системи охолодження.
