Reballing dei BGA: di cosa si tratta?

Quando si ha ragione di ritenere che un malfunzionamento di chipset o chip video dipenda dalla creazione di una saldatura fredda in uno o più pad sottostanti della scheda madre e il reflow non ha avuto successo, prima di pensare a sostituire il chip in lavorazione si può pensare di dissaldarlo dalla scheda e risaldarlo. Tuttavia, una volta rimosso, un chip BGA di norma non può essere risaldato, perché la lega saldante rimasta sui suoi pad e sui corrispondenti della scheda madre sborda e forma dei cortocircuiti; inoltre non si riuscirebbe a posizionare il chip BGA correttamente e questo, allo sciogliersi della lega saldante, scenderebbe casualmente spostandosi tanto che le sfere di lega saldante farebbero una serie di cortocircuiti tali da mettere fuori uso la scheda e il chip.

Per rimontare il BGA bisogna quindi procedere al reball, ossia alla creazione ex-novo dei contatti realizzati dalle sfere di lega saldante. Va comunque detto che non sempre un chip sottoposto a questo trattamento poi funziona al 100% e mantiene inalterate le proprie caratteristiche, in quanto i cicli termici cui viene sottoposto (cui va aggiunto il precedente reflow) possono pregiudicare l’integrità del semiconduttore.

La procedura di reball non è semplicissima, richiede estrema manualità e tutta una serie di attrezzature, tra cui una dima forata con lo stesso pattern dei contatti del BGA da trattare, del flussante in pasta molto denso, un pennellino, una spatolina, un saldatore con punta a lama larga, eventualmente un dissaldatore e della trecciola dissaldante, un morsetto direzionabile ed altro ancora. Quindi chi non ha questa attrezzatura nè particolare conoscenza deve valutare attentamente l’opportunità di intraprendere un procedimento che potrebbe con molta probabilità non dare l’esito sperato.

Per rifare i contatti prima di saldare il BGA occorre, dopo aver rimosso l’integrato, disporlo su un banco con il lato dei contatti rivolto verso l’alto, quindi:

  • cospargerne la superficie con del flussante;
  • con la punta di un saldatore alla temperatura di 280÷300 °C, passare sulle piazzole (pad) sciogliendo lo stagno, che tenderà a raggrupparsi in gocce attorno alla punta stessa; quando le gocce sono troppo grosse bisogna scuotere il saldatore (ovviamente lontano dal BGA ed evitando di far cadere lo stagno su materiali che possono sciogliersi col calore) per scrollare via lo stagno e riprendere fin quando tutte le piazzole non sembrano lisce;
  • passare eventualmente con la trecciola dissaldante, scaldandola contemporaneamente con la punta del saldatore, in modo da farle assorbire la lega saldante in eccesso;
  • quando le piazzole sono abbastanza lisce, ripetere la procedura su quelle del circuito stampato, ovvero spalmare il flussante ed asportare lo stagno col saldatore, quindi ripassare con la trecciola dissaldante e, ancora, il saldatore.

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Fatto ciò si può far riposare la scheda rimuovendola momentaneamente dalla piastra riscaldante; su questa bisogna porre (alla giusta distanza) il nuovo chip BGA rovesciato (in modo che verso la piastra sia rivolto il lato delle scritte).
A questo punto bisogna procedere con il reball, ovvero dotare il BGA di nuove palline di lega saldante, altrimenti non sarà possibile saldarlo. L’operazione di reball richiede, oltre a una confezione di sfere di lega saldante e ad una di pasta
flussante specifica, un attrezzo di posizionamento (una piccola morsa) ed una griglia con la dima dei contatti; servono anche una piccola spatola e la macchina ad aria calda. La procedura è la seguente:

  •  si posiziona il BGA, con il lato dei contatti rivolto verso l’alto, sulla base dell’attrezzo di posizionamento, quindi lo si centra usando gli appositi morsetti, da serrare mediante le viti di cui dispongono;
  •  fissato il BGA, se ne cosparge la faccia riportante i contatti con della pasta flussante per reball (è una pasta scura e densa) usando un pennello o una spatola; lo strato deve essere omogeneo e sottile, perché basta poco flussante;
  • si posiziona la griglia/dima adatta al componente (in commercio si trovano dime per ogni tipo di contenitore e disposizione dei contatti dei BGA usati come chipset e scheda video) in modo che i suoi fori coincidano con le piazzole e poi la si ferma, sempre tra i morsetti dell’attrezzo di posizionamento, in modo che non si muova rispetto al BGA;
  •  si spargono sulla griglia/dima le sfere di lega saldante (ogni griglia richiede sfere di un certo diametro, sovente scritto sul corpo) cercando di non eccedere ed eventualmente si distribuiscono quelle in eccesso finché tutti i fori non sono stati riempiti; per spargere bene le sfere conviene agitare lateralmente l’attrezzo di posizionamento;
  • a questo punto, bisogna rimuovere le sfere in eccesso, semplicemente passando con una spatolina a raso della superficie della dima; le sfere non collocate nei fori si raccolgono sul lato che riporta la cava di uscita e si versano nel barattolo che le conteneva;
  • si rimuove la griglia/dima cercando di non spostare le palline e si estrae il BGA dall’attrezzo di posizionamento, quindi con la macchina ad aria calda, usando il getto diffuso (senza ugello concentratore) e a bassa pressione, si scalda il lato del BGA con le sfere; la temperatura deve essere scelta fra 300 e 320 °C; il getto va tenuto a 3÷4 cm dalla superficie dell’integrato, in modo da non spostare le sfere;
  • quando si vedono ammorbidire e diventare lucide le sfere, si continua a scaldare per altri 15÷30 secondi, fin quando tutte le sfere non si sono attaccate alle rispettive piazzole.

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Le sfere si possono ritenere saldate quando, per effetto del flussante, si agglomerano formando delle piccole palline, ognuna sulla rispettiva piazzola del BGA.
Fatto ciò, il componente è pronto e può essere saldato con la macchina
per BGA.
Se le sfere si sono attaccate tra loro, la procedura va ripetuta, ma vale il discorso già fatto: non è detto che continuando a scaldare e raffreddare il BGA, questo sia poi utilizzabile.