BLOG

                   Reflow vs Reball

                       Reflow si reball sunt doua din metodele folosite in reparatiile placilor de baza atunci cand defectele provin de la chipuri dezlipite,  ce nasc controverse si polemici intre electronistii level 4,  de multe ori  din  necunostinta de cauza. De aceea voi incerca sa prezint succint  fenomenele ce se produc in  materialele de lipire BGA.

                       In tehnologia BGA (Ball Grid Array), folosita in mod curent in laptopuri, contactul intre pad-urile de pe chip si cele de pe placa se face prin bile din aliaje de Sn (SnPb, SnCu, SnAgCu). Trebuie inteles ca o astfel de conexiune intre metale diferite nu este „batuta in cuie” ci evolueaza in timp, au loc o serie de fenomene care duc la imbatranirea si in cele din urma cedarea lipiturii.

                      Chiar si in stare solida, in zona de contact intre metale diferite are loc difuzia. Simplist spus, atomii unui material „migreaza” printre atomii celuilat, in urma ramanand locuri goale. In timp gaurile din structura se maresc, se unesc si formeaza pori si goluri macroscopice care evident afecteaza rezistenta mecanica a lipiturii.

                       In cazul de fata difuzia Cu in Sn este mult mai pronuntata decat in sens invers. Mai intai la lipire se produce difuzia atomilor de Cu de la suprafata pad-urilor in bila de Sn lichid, formand un strat microscopic CuSn. In timp acest strat creste si da nastere golurilor la interfata dintre bila si pad, cat si unor incluziuni CuSn in structura bilei (pentru cei mai curiosi, este vorba de efectul Kirkendall).
Un alt tip de imperfectiuni sunt generate de impuritatile din compozitia aliajului.

                       De-a lungul vietii bila este supusa la multiple cicluri termice. Cand laptopul este pornit chipul respectiv se incinge, cand este oprit se raceste. La fiecare ciclu incins-racit materialele diferite din componenta chipului si a lipiturii se vor dilata si contracta diferit, astfel bila este supusa unui stres mecanic permanent (ca si cum am indoi repetat o bucata de metal, pana se rupe). Intre golurile despre care am vorbit, pot aparea fracturi microscopice care in timp se unesc si reduc si mai mult rezistenta bilelor. Intr-un final unele bile cedeaza si se fractureaza complet. Rezulta un chip „desprins” si un laptop defect. In practica, bilele de 0,6-0,3 mm folosite in mod curent rezista aprox. 1000 de cicluri (numar atins in medie in 2-3 ani de functionare).

                       Un simplu „reflow”, adica incalzirea chipului pana la lichefierea bilelor , fie nu reuseste deloc, fie nu rezolva complet defectele microscopice din structura acestora. In nici un caz  nu se foloseste  o curba de temperatura 2 min la 400 grade celsius cu am citit pe unele forumuri, sau incalziri necontrolate,  tinand cont ca temperaturile de lichefiere ale bilelor  Sn63Pb37  sunt de 185 grade iar Sn96,5Ag3Cu0,5 de 235 de grade.
                        Bilele fracturate se pot relipi partial, insa o parte din goluri raman, ca si straturile CuSn dintre bila si pad-uri sau impuritatile si incluziunile de CuSn din interiorul bilei. Se poate spune ca dupa un reflow bilele ies direct „imbatranite”.
                         Rezultatul este o lipitura aparent functionala, pe bani putini, dar cu o durata de viata mult redusa.

                         Alternativa este procedura de reball. Chipul se desprinde de pe placa, se elimina bilele, se curata pad-urile, se pun bile noi cu compozitia metalica intacta  apoi chipul este relipit pe placa. Presupunand ca chipul in sine este inca bun,din cauza ciclurilor repetate de incalzire racire  traseele  chipului se pot intrerupe intre straturi, un reball executat corect are sanse mult mai mari de succes.