2020年2月6日 星期四

實作 BGA 植球焊接


BGA 封裝 IC 可以縮小產品體積, 常見於手持裝置和電腦中
但是手工處理這種 IC 是非常困難的, 可以說是焊接技能的門檻
一般是硬體設計或維修工程師才會持有的技能, 而且需要昂貴的設備
本實驗室找到一個土砲方法實現這流程, 但僅限用於小顆的 IC
我們將實作用熱風槍和 LED 燈珠拆焊台把 DDR3 記憶體晶片取下, 植球, 然後再裝回去
確認設備可以正常運作, 驗證這工法可行


電路板做多了, 想搞一些複雜功能, 就會開始遇到一些麻煩的零件
以往我的態度是能閃就閃, 不要去用那些 BGA 封裝的零件
可是現代設備越做越小, 特別是感測器類的, 不是 BGA 就是 QFN, 即使它不是什麼高速設備
若沒有這 BGA 技能, 就只能掛模組板, 大幅增加設備體積, 同時模組自帶準位轉換
往往我還要再轉一次, 例:3V 轉 5V 給模組, 模組內再把 5V 轉回 3V, 這不是很蠢嗎?
於是在 2016 年時我採購了一台紅外線拆焊台

這台要價台幣一萬多元, 自己騎機車去面交驗貨後把它扛回來, 機車空間不太夠, 還用腳夾著才扛回家
可是當時我始終只能拆, 卡在植球階段, 網路上有數不清的教學, 但我始終抓不到重點
教學大致上有三類:BGA植球的方法
上面提供最常見的兩種, 第三種是用特製模具固定錫球, 這種很少見, 也不實用, 就不提供細節了
錫膏法對於一般用戶沒用, 因為錫膏保存要冷藏, 而且保存期限只有半年到一年, 電子廠用戶才買這種
一般用戶就是用固定尺寸的錫球下去做, 無保存期限且買一小瓶可以用超久
但我嘗試了, 熱風槍怎麼吹就是黏不住, 還沾到鋼板上清不掉, 搞到頭皮發麻, 最後放棄

直到最近看了維修影片:

【笔记本维修厮] 网友电脑没有关机把它放包里,活活闷死了他的战神笔记本

掙個幾百塊錢, 植球把眼睛都植瞎了XD
看老廝這樣把南橋和 CPU 幹下來又幹上去的好像很輕鬆喔?
(為了避免幹字出現太多, 接下來我用 "干" 替代 "幹" XD)
這影片中有示範南橋植球, 所以我又鼓起勇氣再試了一次
但最後成功並沒有採用老廝的方案, 而是我們 HW (硬體部門) 的方案, 再加上湊巧找到的情報:

[問題求助] 請問 NC-559-ASM 真貨還有嗎
裡面有篇回覆

超香XD

採購材料時搜尋編號看到的, 現在網拍則是已有正品代理, 不會買到假的
有的賣家則是真假都賣, 用價格區別, 不過其實也不是非這隻不可, 至少我們家 HW 就不是用這家的
不過它現在容易取得, 價格不貴, 10cc 一百元, 一般少用的用戶買這種的就用不完了
而且味道不臭, 這也是重要的優點之一, 還是值得採用, 老廝也是用這個

上圖左下角, NC-559-ASM-UV 100G 大包裝
老廝:大家看, 我干南橋的時候塗這麼多潤滑油, 有這麼多油的話, 肯定好辦事啊! (Bu2lHOTICyQ)
潤滑油就是這罐助焊劑, 擦邊球打得很有心得的樣子XD

材料準備好了, 我們也來干一個試試XD
準備工具, 除了熱風槍, 焊槍, 吸錫條外還要這些:

1. NC-559-ASM-UV 100元
2. UV559 助焊膏附鋁合金推桿 130元
3. 台灣大瑞 2.5萬顆無鉛錫球 190元
4. 植球檯 199元
5. BGA植球鋼網 368元
6. LED燈珠拆焊台 120元
7. 耐高溫維修墊 耐熱500度 158元

NC-559-ASM-UV 是只有針筒沒有推桿的, 可以用筆去戳, 但會不平衡可能會推歪活塞, 所以我加買這個:

UV559 助焊膏, 看型號就像是仿 NC-559-ASM-UV 的產品XD 它是否適合植球我沒試
因為打一開始我就只是要用它送的鋁合金推桿而已XD 這隻目前我用於一般焊接用

植珠台和植球鋼網這次沒用, 但我認為可以順便採購, 沒多少錢, 留著要用就有
接著是我們這次要干的貨:

這是台 WM8850 Android 筆記型電腦拆出的主板, 幾年前給老爸收信用的, 已經停用很久但仍可開機
這次我們就把它的記憶體干一顆下來, 然後重新植球, 再把它干上去
由於這種記憶體顆粒大多是並聯存取, 所以少一個一定不開機, 這可以驗證我們的製程有沒有問題
能開機至少就合格了 (如果不考慮寬溫的話, 但這山寨機本身也就不寬溫, 也沒法測)
板上有四個晶片, 我們就挑最外側最好干的, 即是左下角那顆


板子拿傾斜, 晶片旁擠一些助焊劑後用熱風槍吹, 讓助焊劑流進晶片底下錫球間
把熱風槍設定到 315 度, 然後近距離一直吹, 沒有底部加熱, 大約一分鐘可干下
這類電路板大多有大片接地銅箔, 加熱時熱會被帶走, 因此需要更高的溫度才能解焊
溫度要視情況調整, 無鉛和有鉛溫度不同, 若是感測器用的四周沒有大片銅箔的話
最好設到 255 或 265 然後再視情況調整, 不然很容易把感測器燒壞
拆下後用吸錫條把板上和晶片上的錫球都清除, 然後用酒精擦乾淨:


接著植球, 塗一點點 NC-559-ASM-UV 到晶片植球面, 然後用熱風槍吹到它成液態
用鑷子邊或刮刀讓助焊劑均勻分佈, 然後用夾子沾錫球放上去
如果錫球會在助焊劑上亂跑就是加太多了!請想辦法刮除, 但不可全刮掉, 要減少到可黏錫球又不會亂飄

有人會說:阿你的鋼板咧?
對, 就是不用鋼板, 我買的鋼板裡有這顆的, 但是錫球尺寸不對, 這顆 IC 中間有突起
錫球太小會黏不上板!而我們的 HW 也說, 並不是所有晶片都有鋼板可買, 那沒鋼板的你怎麼辦?
這製程就是全通用, 沒鋼板也能搞, 但就是眼睛要睜大XD HW 說這只是記憶體沒幾顆, 簡單啦~
他們無鋼板植過數百顆的, 排好幾小時才排完真變態, 這算少的了
所以我就硬干上了, 上圖放的有點歪, 但沒關係, 只要注意錫球間不要碰在一起即可
會碰在一起也可能是助焊劑太多, 請減量重試
這晶片底下是 LED 燈珠拆焊台, 排完沒問題就把拆焊台插電, 等三分鐘
會看到隨著溫度增加, 錫球融化後就會自己跑到焊盤上

要有點助焊劑才會跑, 不然錫球會原地不動, 而且助焊劑不能太多, 不然會跑去和別的錫球黏一起
由於燈珠拆焊台是固定溫度的加熱器, 應該是陶瓷發熱, 所以也不用擔心會像焊槍過熱燒壞 IC
可以重複嘗試, 發現幾顆球沒弄好可以只吸掉那些球重上助焊劑再烤一次, 第一次操作我烤了三次才完成
成果:


接著, 我們把這植好球的記憶體干上去

這次 LED 燈珠拆焊台換成放到電路板下方, 晶片下方塗上一堆助焊劑, 塗好塗滿!然後開始烤
三分鐘到最高溫後等助焊劑開始冒煙時用熱風槍從上方吹記憶體, 上下同時加熱, 烤到助焊劑全揮發即完成

等冷卻後插電

畫面輕鬆點亮~

干完的樣子:

電容噴了一顆找不到了XD




接著紀錄重試過程
一開始用鋼板, 上一堆助焊劑

然後貼上去放上植球架

接著學老廝, 底下用個容器接錫球, 然後在鋼板上灑錫球後用夾子趕球進洞, 用熱風槍加熱
結果加熱後拔不下來! NC-559-ASM-UV 助焊劑冷卻後很黏!
反而改用 UV559 才可以取下, 但錫球連接狀況很差, 只有約 10 顆球有沾上

其他錫球卡在鋼板上下不去, 鋼板上寫 0.45mm, 可是我用 0.4mm 的錫球, 應該要進的去啊
於是跑去找 HW 求助, 看有沒有 0.35mm 的錫球可以借一下, 結果他們也只有 0.4, 再下去是 0.25
借的時候順便問他們的方法, 才有本篇的解決方案, 他們用的是溫度可調的恆溫加熱台
HW 稱那機器叫鐵板燒, 聽起來好吃, 上網查還真有, 暱稱就是鐵板燒, 一台一萬多...
可是我看過的教學沒這種操作啊!直到聽到這詞, 用 "bga 鐵板燒" 去搜尋才有討論
由於我這燈珠拆焊台溫度是 250 度, 無鉛的晶片可以承受, 但有鉛的就難說了
不過如果是新設計的料應該都有無鉛選項, 對於我這種只是想加工自己設計的玩具就還行

用了這鐵板燒我感覺到熱風加熱的障礙, 那就是如果從鋼板上方吹, 就上方受熱, 傳到下方會減弱
可是焊盤溫度不夠, 光錫球融化是黏不上去的, 所以我們把晶片從板上干下來時錫球大多留在板上
大概就是因為加熱晶片時先融化的是晶片上焊盤的錫, 所以只是要干下來可以只用熱風槍
但如果要把晶片干上板, 板子一定也要加熱到足夠溫度, 然後熱風槍再從上方推一把才會成功
如果底下沒有加熱會變成這樣:

記憶體兩側錫球一邊先接上了, 但另一邊還沒, 接上的那邊錫球會產生拉力把晶片拉歪一邊
接著我就底部加上加熱器, 沒有拔下重植球, 直接再加熱, 然後用鑷子輕壓翹起的那端, 然後就成功了

如果是紅外線拆焊台說不定結果會有不同? 紅外線具有穿透能力, 這個我就還沒試
雖然我花了錢買這台, 但這算高價機器, 一般用戶不可能買, 一萬多元的鐵板燒也是一樣
這種用高價機器弄出來的比較沒有必要紀錄, LED 燈珠拆焊台只要一百多元!
熱風槍貴了些但一般用戶應該還撐的住, 兩千元有找, 和原版 PS4 遊戲同價位XD
除此之外這顆記憶體比熱風槍風口小, 算小晶片的
處理這種小晶片還要用到大口徑的紅外線砲感覺殺雞用牛刀太誇張
為了簡化加工程序所以我選了簡易設備驗證, 也確實驗證通過
本來還想干中間那顆 WM8850 試試, 不過那顆面積大過熱風槍風口, 我感覺干了會翻車XD
這方案就是小 IC 可用, 大的......不好說, 我是沒有信心, 有興趣的用戶可以挑戰看看

實際操作過後就覺得他們那些搞維修的賺錢辛苦啊, 還常常會翻車XD
瞪大眼植球老半天, 烤上去還不一定能修好, 電腦板子大晶片也大, 烤的機器功率要夠
意思就是很吃電, 夏天還要加冷氣電費, 翻車了還不能收錢, 這樣還有利潤嗎? 這錢真難賺啊




2020.02.12 更新
買了台新機器

由於發現熱風槍可以滿足需求, 於是買這台取代紅外線拆焊台, 減少工具佔用空間
這台 1950 元, 兩張有找!若不要焊槍, 也不要數位調溫 (旋鈕調溫), 最便宜的目前是 858
只要 1450 元!網軍價!風槍一開馬上噴射出台灣價值XD

在檢視前面論壇討論假助焊劑的內容時, 發現他們描述的假貨好像和我買的很像喔?XD
不過我的賣家有提供證明, 我認為應該是真的, 但為了確認還是又買了老廝買的大包裝

真的超大瓶...然後分裝進針筒, 由於沒有工具, 直接用手挖

上圖上側那隻是先前買的 NC-559-ASM-UV, 下側則是這次買的
我用型號表示它, 瓶子上寫的是 NC-559-ASM, 結尾沒有 UV
這隻 NC-559-ASM 雖然如論壇描述, 顏色比較淡, 味道更少, 但......它更黏, 而且更稠
擠到晶片旁用熱風槍吹也會流動到晶片下方, 但流動速度比 NC-559-ASM-UV 慢很多
流動性較差, 而且較難清理, 用酒精擦要擦比較久而且不容易完全清除, 要用電路板洗板水才能完全清除
沾手後很難清理, 不如論壇說的好清理, 反而 NC-559-ASM-UV 比較容易清理
由於黏性更強, 一樣是沒法使用植球鋼板, 若是不用植球鋼板, 塗薄後不容易沾錫球, 沒法用
這下頭痛了, 這麼大一瓶又比較不能用, 還是說這瓶才是假的?XD
搞不懂, 總之, 目前還是建議用 NC-559-ASM-UV, 有小包裝, 又比較能用

由於買了新機器, 所以我又干了一次 DDR3, 結果...

這隻火力比較強, 一樣 315 度, 烤得稍微久一點竟然把板子烤鼓包了
我後來想想, 拆下 DDR3 時應該就要發現火力較強了, 一樣 315 度前一隻風槍烤一分鐘取下
這隻 898D 只花了二十秒多, 很明顯火力強了不少, 結果我卻用前一隻的時間判斷
我想干下晶片時應該要算一下時間, 干上去時若超過就要小心了, 因為時間不應該差太多
特別是干上去時底下還會加熱, 不應更花時間
正常的判斷法是看晶片有沒有沉下, 大晶片可能有機會觀察, 這種小晶片看不出來啊!
所以目前我是算時間加人體感覺XD
電路板鼓包就很可能已經損壞, 但為了練習我還是硬干, 由於除錫時又不小心刮開線路
(因為焊槍也是新的, 換了刀頭, 以前沒用過, 一不小心就...)
於是加測修補工具

有多種顏色, 對應防焊層顏色, 由於我做的板子大多做藍色, 所以買藍色的
塗在修補過的區域, 用紫外線燈照射


就可以擋住修補的區域, 不會沾錫:

然後再把 DDR3 干上去, 結果......

翻車了XD 干上去後無法開機, 板子鼓包了, 晶片雖然還是黏住了
但底下高高低低的, 肯定出問題, 不過量一下旁邊電容至少沒短路
工法還是 OK 的, 就是電路板壞了, 沒轍

這次還買了這個:

可以把風槍頭擴大, 但風槍口小變大, 威力肯定減弱的
於是我把溫度調高到 325 度, 風速加到 6 級 (全開 8 級)
然後對 WM8850 加熱約兩分鐘後可以把晶片干下來

至於晶片有沒有壞我就不知道了, 板子壞了沒法測
但兩分鐘多實在有點久, 手會酸!所以還是不建議用風槍干大晶片
大片的還是交給紅外線砲吧, 由於目前暫時不會搞大片的, 還是以小的感測器類為主, 先打小的練功
由於有替代機器, 就可以放心拆開紅外線拆焊台, 看看裡面長怎樣

環形變壓器耶!不是交換式電源, 不過這應該是耐用性考量, 這個雖然比較貴但比較不會壞
而且電阻負載也不用穩定電壓, 看起來好像整流後就直入燈泡風槍烙鐵了, 中間空位是給加熱器
由於風槍接頭和我舊風槍 868D 相同, 插進去試試:

上圖上是紅外線拆焊台的風槍, 上圖下是原本 868D 的風槍, 結果能正常工作
而 868D 的輸出功率最高 320W, 新買的 898D 則是 700W, 差了兩倍多, 難怪火力不同
於是我就把紅外線拆焊台封存, 暫停使用

除了紅外線砲以外的全部配件, 真多! 由於這盒子已經裝滿, 紅外線砲只能分開放了
這機工作方式好像不複雜喔? 或許可以自己搞看看

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