Можно ли припаивать освинцованные BGA-чипы оплавлением бессвинцовой пайкой?

У нас есть плата с двумя микросхемами BGA. Из-за текущей нехватки многих деталей один из чипов найти практически невозможно; за исключением того, что мы нашли поставщика с хорошим запасом версии чипа без содержания свинца и без RoHS (который снят с производства, но у этого поставщика их довольно много).

Проблема в том, что другой чип BGA доступен только в бессвинцовых шариках.

Я знаю, что использование свинцового процесса для бессвинцовых чипов BGA неприемлемо, потому что шарики припоя BGA не расплавятся и соединение будет ненадежным.

Мой вопрос: можно ли паять освинцованные BGA-чипы бессвинцовым (и, следовательно, более высокотемпературным) процессом?

Для контекста:

  • Это для исследовательского проекта; платы будут развернуты в закрытых помещениях (скорее всего, в местах с кондиционированием воздуха и т. д.)
  • Нам не нужно беспокоиться о долговременной надежности (платы будут работать меньше года).
  • Кроме того, платы не являются частью критической с точки зрения безопасности или критически важной системы; конечно, мы хотим, чтобы они работали надежно в целях качества исследовательских данных; если небольшая часть досок выйдет из строя, это все еще приемлемо.
Среди прочего, вам необходимо выяснить, относятся ли материалы (например, пластмассы) к тому же типу, что и бессвинцовые, поскольку бессвинцовые требуют лучших материалов, чтобы выдерживать более высокие температуры. Однако сейчас они могут быть стандартными (или всякий раз, когда ИС производились), а не двумя отдельными цепочками поставок.
Google "загрязнение свинцом в бессвинцовом процессе"
Несколько лет назад у меня была краткая беседа с профессором Пэном из Cal Poly SLO, который работал над смешиванием свинцовых и бессвинцовых припоев... Я не могу найти список его публикаций в Интернете, но он, возможно, захочет поговорить с вами для несколько минут или отослать вас к соответствующему документу.
Вот старый пост , где я цитировал главу из книги Пана (к сожалению, ссылка не работает). Кроме того, поиск по термину «Обратная и прямая совместимость» приводит к некоторым примечаниям к приложениям в Maxim и TI, которые могут оказаться полезными.
Спросите в сборочной мастерской, которая будет заниматься пайкой. Они эксперты. У некоторых есть строгая политика запрета перекрестных процессов, другие будут делать это, пока знают. Или они могут разместить его вручную. Все зависит от выбранного дома сборки.
@ThePhoton -- нашел главу в книге; очень информативно и, к сожалению, похоже, что он согласен с ответом JonRB в том смысле, что он звучит немного пессимистично (если я не могу найти альтернативы, мне может потребоваться оценить, каков может быть риск, какой процент дефектных плат могу ли я ожидать, а затем решить, стоит ли мне идти на это)
Когда-то была проблема с повторным скатыванием BGA ... Интересно, можно ли свинцовый BGA повторно скатать для работы с бессвинцовым процессом?
Вам вообще разрешено продавать эти доски?
Если это прототипы, которые никогда не будут выпущены на рынок, тогда просто используйте свинцовый припой. Особенно, если вы выведете их из эксплуатации через год. Если вы хотите быть очень формальным, отметьте их как несоответствующие директивам RoHS и т. д.
@SimonRichter ‒ не уверен, что ваш вопрос был ко мне; но нет, мы не будем продавать эти доски; как я уже сказал, это часть исследовательского проекта, и у нас нет ограничений на использование этилированного или бессвинцового процесса в этом контексте. Если уж на то пошло, насколько я понимаю (может быть, оно устарело), ​​в Северной Америке мы не обязаны соблюдать RoHS для коммерческой электроники (конечно, никто в здравом уме в любом случае не будет применять RoHS для коммерческого продукта, учитывая международный характер современных рынков)
@Cal-linux, IIRC правило таково: «Если вы продаете электронику, вам нужно предложить ее переработать». Немногие места могут сделать это самостоятельно, поэтому они заключают контракт с компанией по переработке, и обычно эти контракты предусматривают, что продукты не должны содержать свинец. Таким образом, правила остаются теми же. Если продукты не продаются, то это намного проще, потому что их переработка — это разовые расходы, а не постоянный контракт.
Серийное производство или очень маленький тираж?
@SimonRichter Как вы думаете, почему переработанный мусор не должен содержать свинец? Для таких контрактов вы просто упаковываете и маркируете все как «электронный хлам», и это не обязательно должно включать только продукты, которые вы продаете сами. Также может содержать какое-то случайно сломанное электрическое устройство, которое может быть до RoHS. Или ваши собственные старые продукты из эпохи, предшествующей RoHS (сделанные до 2002 года). Было бы невероятно глупо, если бы они не приняли такой хлам. «Хорошо, этот содержит свинец, так что вместо этого я выброшу его с обычным мусором…»

Ответы (4)

Я бы поговорил с вашим сборщиком и посмотрел, сможете ли вы использовать два разных температурных процесса.

Сначала сделайте бессвинцовый профиль (который рассчитан на более высокую температуру), а затем, после того, как эти части будут готовы, припаяйте свинцовые детали к свинцовому температурному профилю. Это удовлетворяет требованиям обоих. (вам не нужно беспокоиться о трафарете, так как у BGA есть шарики припоя)

Другим вариантом может быть установка бессвинцовых BGA-компонентов с ИК-ремонтной станцией (которая также поддерживает температурные профили), что более сложно, но возможно.

В конце концов, это будет зависеть от того, кто занимается переделкой, на что они способны, а также от их опыта работы с деталями BGA.

Как бы вы использовали трафарет для свинцового припоя с уже установленными на плате деталями, не содержащими свинца? Ручной процесс с мини-трафаретом и приспособлением, чтобы поместить его в нужное место? Звучит дорого и подвержено ошибкам.
@ScottSeidman - сначала я понял предложение так: поместите все компоненты, каждый с соответствующей пастой; оплавление без содержания свинца, а свинцовые детали будут иметь хрупкие соединения; теперь оплавление по освинцованному профилю, чтобы хрупкие стыки плавились и «приклеивались», на этот раз правильно; но, если подумать (после прочтения вашего комментария), я вижу, что моя первоначальная интерпретация, скорее всего, неверна (теперь я вижу с ней несколько проблем). Но да, я также вижу проблемы, на которые вы указываете. Было бы идеально, если бы у нас были станки с ЧПУ, которые "печатают" паяльной пастой на плате (как альтернатива трафаретам)
Я думаю, что это может быть реальным вариантом для небольшого количества, для любого количества это может быть непрактично.
Мой плохой, вы можете делать bgas без пасты! Однако вам понадобится флюс.
@ScottSeidman Для этого и нужны шарики, так как трафарет обеспечит разное количество припоя для каждой контактной площадки и может привести к плохому соединению (или прерывистому сопротивлению). Флюс, вероятно, не такая уж большая проблема, некоторые ремонтные видео BGA просто наносят флюс и стараются поддерживать равномерную толщину.
Это так независимо от обработки поверхности? Например, с отделкой ENIG (в отличие от HASL, которая обеспечивает тонкий слой материала, эквивалентного паяльной пасте), можно ли размещать BGA только сверху, без нанесения паяльной пасты, и будет ли количество припоя в шариках достаточным ? Мне всегда было любопытно об этом; например, в посадочных местах библиотеки KiCAD для BGA есть контактные площадки на слое PASTE, что означает, что трафарет обеспечит отверстия для нанесения пасты на контактные площадки BGA.

Будьте очень осторожны с этим...

Бессвинцовые BGA, как правило, представляют собой Sn-Ag-Cu, и это содержание меди будет реагировать со свинцом в припое SnPb, вызывая очень хрупкие соединения.

http://thor.inemi.org/webdownload/newsroom/Presentations/APEX08/Papers/SAC_BGAs_in_SnPb.pdf

--РЕДАКТИРОВАТЬ--

Просто чтобы добавить к этому некоторые пояснения, это рискованно и вызывает трещины, но, как заявил ОП, это на короткий период времени. В начале 2019 года я попал в аналогичную ситуацию, и пока вы говорите сборочному цеху, что там смешанный технологический процесс и оплавление находится на соответствующем уровне, тогда это работает.

Единственный дополнительный комментарий: у меня были Pb и бессвинцовые BGA (из-за источника), а затем тестовая карта прошла через поток типа RoHS. После оплавления были проведены проверки, и были обнаружены признаки того, что шарики Pb начали разрушаться, потому что, очевидно, температура и продолжительность были больше, и, следовательно, олово-свинец был более жидким.

Интересно, это то, что преследовало ранние консоли Playstation (обычный ремонт заключался в переделке BGA).

Реболлинг BGA возможен. Когда мой последний работодатель переходил на RoHS, у нас была партия BGA с нашей фабрики с шариками, несовместимыми с этим процессом (не помню, в какую сторону).

Мы отправили их в компанию с лазерным реболлинговым станком.

Подготовка компонентов требуется, если важна надежность

Подготовка компонента двойной пайкой удаляет свинцовые загрязнения .

Если подготовка компонента не выполнена, соединение преждевременно выйдет из строя, так как это приведет к охрупчиванию. Металлургическая несовместимость.

Если подготовка компонентов завершена, проблема устраняется, и сборка может соответствовать требованиям и быть приемлемой для класса 2, а при проверке процесса — для класса 3.

Этот процесс можно назвать двойным лужением или, для деталей BGA, он менее распространен, но может быть назван двойным реболлингом . Хотя вы можете рассмотреть некоторые варианты или гибридный подход, предложенный в комментариях.

  1. реболл для разбавления свинца.
  2. ребол для крепления

Это прототип процесса. Существует целевой уровень концентрации, который считается приемлемым. Пока ваш процесс разумно ожидает достижения этой концентрации, это имеет значение.

Процесс очистки свинца и золота, а также применимые стандарты во многом одинаковы и могут быть уже знакомы вашему контрактному производителю/сборщику, поэтому уточните у них.

Примечание. Сокращение срока службы зависит от нескольких факторов, если продукт выдерживает более высокую частоту отказов или проводятся соответствующие испытания. Вы можете выбрать более простые меры по смягчению последствий, такие как базовый реболлинг, или вообще отказаться от смягчения последствий.

Двойной реболлинг кажется немного чрезмерным. Не будет ли достаточно деболлировать, залудить SAC, очистить, а затем реболлировать?
@SiHa, потенциально, в зависимости от того, что рекомендует сборочный дом.
Обратите внимание, что если у вас есть инженерные ресурсы, которые нужно потратить (например, это постоянное явление или несколько 10KU), существуют эмпирические способы определить, какой объем подготовки вам может сойти с рук.
Да, я полагаю, что бессвинцовые процессы в сборочных цехах сейчас немного более зрелые. Когда я этим занимался, нам приходилось говорить им, что делать! Например, феномен «черной подушечки» не получил широкого понимания.
Можно ли припаивать освинцованные BGA-чипы оплавлением бессвинцовой пайкой?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v