sábado, 30 de enero de 2010

SOLDADURA SMT Y BGA

POST DESTINADO PARA INICIARSE EN EL MUNDO DE SOLDADURA SMT Y BGA


!POST TERMINADO!









Metodo de soldadura SMT:



PLACA CON COMPONENTES SMT




Tecnología de montaje superficial








La tecnología de montaje superficial, más conocida por sus siglas en inglés SMT (Surface Mount Technology) es el método de construcción de dispositivos electrónicos más utilizado actualmente. Se usa tanto para componentes activos como pasivos, y se basa en el montaje de los mismos (SMC, en inglés Surface Mount Component) sobre la superficie misma del circuito impreso. Tanto los equipos así construidos como los componentes de montaje superficial pueden ser llamados dispositivos de montaje superficial, o por sus siglas en inglés, SMD (Surface Mount Device).
Un componente SMT es usualmente más pequeño que su análogo de tecnología through hole, en donde los componentes atraviesan la placa de circuito impreso, en componentes SMT no la atraviesan ya que no posee pines o, si tiene, son más cortos. Otras formas de proporcionar el conexionado es mediante contactos planos, una matriz de bolitas en la parte inferior del encapsulado, o terminaciones metálicas en los bordes del componente.
Este tipo de tecnología ha superado y remplazado ampliamente a la through hole (por ejemplo, la DIP). Las razones de este cambio son económicas, ya que los encapsulados SMD al no poseer pines y ser más pequeños son más baratos de fabricar, y tecnológicas, ya que los pines actúan como antenas que absorben interferencia electromagnética.




Historia:





La tecnología de montaje superficial fue desarrollada por los años '60 y se volvió ampliamente utilizada a fines de los '80. La labor principal en el desarrollo de esta tecnología fue gracias a IBM y Siemens. La estructura de los componentes fue rediseñada para que tuvieran pequeños contactos metálicos que permitiese el montaje directo sobre la superficie del circuito impreso. De esta manera, los componentes se volvieron mucho más pequeños y la integración en ambas caras de una placa se volvió algo más común que con componentes through hole. Usualmente, los componentes sólo están asegurados a la placa a través de las soldaduras en los contactos, aunque es común que tengan también una pequeña gota de adhesivo en la parte inferior. Es por esto, que los componentes SMD se construyen pequeños y livianos. Esta tecnología permite altos grados de automatización, reduciendo costos e incrementando la producción. Los componentes SMD pueden tener entre un cuarto y una décima del peso, y costar entre un cuarto y la mitad que los componentes through hole.
Hoy en día la tecnología SMD es ampliamente utilizada en la industria electrónica, esto es debido al incremento de tecnologías que permiten reducir cada día más el tamaño y peso de los componentes electrónicos. La evolución del mercado y la inclinación de los consumidores hacia productos de menor tamaño y peso, hizo que este tipo de industria creciera y se expandiera; hoy en día componentes tan pequeños en su dimensión como 0.5 milímetros son montados por medio de este tipo de tecnología. En la actualidad casi todos los equipos electrónicos de última generación están constituidos por este tipo de tecnología. LCD TV's, DVD, reproductores portátiles, celulares, laptop's, por mencionar algunos.
Anteriormente el módulo utilizado era el PGA:


Ventajas de esta tecnología:




  • Reducir el peso y las dimensiones.
  • Reducir los costos de fabricación.
  • Reducir la cantidad de agujeros que se necesitan taladrar en la placa.
  • Permitir una mayor automatización en el proceso de fabricación de equipos.
  • Permitir la integración en ambas caras del circuito impreso.
  • Reducir las interferencias electromagnéticas gracias al menor tamaño de los contactos (importante a altas frecuencias).
  • Mejorar el desempeño ante condiciones de vibración o estrés mecánico.
  • En el caso de componentes pasivos, como resistencias y condensadores, se consigue que los valores sean mucho más precisos.
  • Ensamble mas precisos.


Desventajas de esta tecnología:




  • El reducido tamaño de los componentes provoca que sea irrealizable, en ciertos casos, el armado manual de circuitos, esencial en la etapa inicial de un desarrollo.
  • El proceso de armado de circuitos es más complicado que en el caso de tecnología through hole, elevando el costo inicial de un proyecto de producción.
Fuente : wikipedia

Y ahora un video de fabricacion de chips:

video

Fuente: youtube Autor:cplai



Experiencia personal y comentarios:




  • Mi experencia en soldaduras SMD(SMT o SMC) es bastante amplia.
Puedo decir que para mi, a la hora de diseñar PCB´S es bastante mas facil y no requiere grandes medios e inversion en equipos para desarrollar este tipos de tecnología.

El problema viene cuando ya tenemos PCB de gran tamaño y queremos minimizar el espacio y mejorar el diseño de nuestros PCB con chip que hacen lo mismo pero
en menores dimensiones y mejores prestaciones.

Mi experiencia personal es desde hacer una PCB con componentes SMD hasta reparacion de diversas placas desde telefonía móvil hasta TV, ordenadores etc.

Ultimamente me he planteado dar un salto hacia delante e iniciarme en componentes BGA y SMD de pequeño tamaño como el de la imagen.



Pero esto ya con un soldador de mano resulta algo mas dificil de implementar.



Metodo de soldadura BGA:




El BGA es descendiente de la pin grid array (PGA), que es un paquete con un rostro cubierto (o parcialmente cubierto) con pines en un patrón de cuadrícula.Estos metodo metodo se utiliza para comunicar el circuito integrado con la PCB. En un BGA, los pines se sustituyen por las bolas de soldadura pegada a la parte inferior del paquete. El dispositivo se coloca en un PCB que lleva pads de cobre en un patrón que coincida con las bolas de soldadura.El circuito es calentado, ya sea en un horno de reflujo o por un calentador de infrarrojos, lo que produce que las bolas de soldadura se derretitan y se unan al PCB. La tensión superficial provoca la soldadura fundida para almacenar el paquete en la alineación de la placa de circuito, a la distancia de separación correcta, mientras que la soldadura se enfría y se solidifica.
Es decir y para entenderse, que el circuito integrado BGA es posicionado en un PCB.en el PCB existen unos pads que son los pines de union entre el PCB y el C.I.Cuando calentamos esta zona las bolas de estaño o el estaño en pasta funde y une el C.I con el PCB al enfriarse.

Puede verse claramente en las siguientes fotografias:
PCB
COLOCACIÓN DEL BGA




CIRCUITO INTEGRADO BGA

FOTOGRAFÍA POR RAYOS X
FOTO REAL DE UN BGA Y SEPARACION EN MICRAS
PCB CON BGA BIEN SOLDADO Y CORTADO A LASER.
TEORIA DE SOLDADO ENTRE C.I Y EL ESTAÑO o ESTAÑO Y PCB

BGA BIEN SOLDADO

BGA BIEN SOLDADO DE CERCA



SOLDADURA FRIA EN BGA



ROTURA DE BOLA O ESTAÑADO INSUFICIENTE



ROTURA DE PADS POR EXCESIVO CALOR O PCB DEBILITADA
Nota:Algunos pads no tienen conexión y al desoldar se desprenden









Metodo de soldadura especial sobre BGA:





BGA DOBLE!!!!








Video sobre BGA:

fuente: http://www.caltexsci.com/tl-bga.htm







Ventajas:




El BGA es una solución para el problema de producir un PCB en miniatura para un circuito integrado con varios centenares de pines.Mayor numero de pines en forma de bola o PADS para un circuito integrado, ya que en SMD se vio limitado.Soldar este integrado de fábrica no es ningún problema, y mas si se tienen máquinas automatizadas.

Una ventaja adicional de los paquetes BGA sobre los paquetes con pistas discretas (es decir,SMD) es la menor resistencia térmica entre el paquete y el PCB. Esto permite que la corriente generada por el circuito integrado llege mas facilmente al PCB.
Cuanto más corto es un conductor eléctrico, menor será su inductancia, una propiedad que provoca una distorsión no deseada de las señales en los circuitos electrónicos de alta velocidad.Los BGA, con su corta distancia entre el C.I y el PCB, se hallan inductancias bajas y por lo tanto tienen mucho rendimiento eléctrico muy superior a los dispositivos de plomo.




Desventajas:




Una desventaja de la BGA, sin embargo, es que las bolas de soldadura no son muy flexibles. Como con todos los dispositivos de montaje superficial,hay flexión, debido a una diferencia en el Coeficiente de dilatación térmica entre el sustrato PCB y BGA (estrés térmico), o la flexión y la vibración (tensión mecánica) puede causar las uniones soldadas a la fractura.Es decir efecto contraccion expansion en el calor y frio.
Los Problemas de dilatación térmica puede ser superado al coincidir con las características mecánicas y térmicas de la JCP a las del paquete. Típicamente, los dispositivos de plástico BGA son más parecidas a las características del PCB.Es decir similitud y compatiblilidad de PCB con C.I.
Los Problemas de estrés mecánico puede ser superada por la vinculación de los dispositivos a la Junta a través de un proceso llamado "bajo de llenado", que inyecta una mezcla de epoxy en el marco del dispositivo después de que se está soldado a la PCB, de manera eficaz el dispositivo BGA pegado a la PCB.Existen varios tipos de materiales de relleno en virtud de su uso con diferentes propiedades en relación con aislamiento y de transferencia térmica: Estos materiales son tipo plastico antiestatico.Muy parecido a una goma o similiar al pegamento.Podeis verlo en la siguiente imagen:
Lo malo de este tipo de sellado que es bastante sucio, y requiere precalentar mas tiempo el PCB,Si son integrados grandes mejor realizarlo a maquina.

Esto permite que el BGA no sufra roturas en soldadura tal como esta:

Como vereis las roturas se producen por cambios de temperatura bruscos o por el tiempo mismo del PCB.Daros cuenta que las PCB en verano e invierno sufren de distinta manera, e incluso si el chip se calienta, pueden producirse este tipo de desgaste o ensanchamiento o encojecimiento del PCB.
Para esto tipo de averias resoldando puedes corregir el mal contacto al igual que sucede en las soldaduras frias.
Todos estos tipos de fallos se ven con la experiencia y con ella puedes ver que puede fallar o que no puede fallar.

Muchas veces no dispondremos de RAYOS X para verificar nuestro PCB asi como tampoco de super microscopios.

Para soldar o resoldar bien un chip el truco consiste en ver el punto de fusion del estaño(sin plomo o con el).Ver la hoja de especificaciones del chip y punto maximo donde podriamos llegar a soldar , lo normal suele ser entorno los 260ºC(MAX SAFE TEMPERATURE).Siempre deberemos referenciarnos en el datasheet.

El  consejo mas rápido es 260ºC, ir en circulo con la pistola de aire caliente y con una pinza empujarle un poco y si vemos que retorna a su posición es que el estaño esta en su punto.

Para que me comprendais mejor.Si tenemos nuestro BGA sin estaño tendremos que ponerle estaño en pasta en un molde darle con la pistola de aire caliente.El molde es para repartir por igual el estaño.

Una vez hecho esto y enfriado el chip preparamos nuestro PCB en un precalentador o en su defecto en nuestro soporte para PCB.Extraemos el chip dañado o creemos el cual es la posible averia, limpiamos la zona de estaño con malla desoldadora, y seguidamente limpiamos muy bien con netoyan(un limpiacontactos).

Situamos con nuestras pinzas y un microscopio el integrado en su posicion(hay unas marcas para situarle).Despues de esto aplicamos el calor y le damos un leve o minimo toque al integrado, si le movemos y vuelve a su sitio esta en su punto optimo de soldado.

Si nos pasamos con el calor pues quemamos el chip hay que tener espcial rapidez y habilidad. 

Os dejo a modo ejemplo las siguientes imagenes:






FINALMENTE COLOCAIS Y SOLDAIS.






Datos curiosos:







EL graping es uan tecnica en la cual la placa por algún desgaste(sea oxido o un soldado malo,mal diseño)intentas comunicar de nuevo los puntos eléctricos.


Personalmente he tenido la oprtunidad de hacer un graping a un móvil ya que no funcionaba bien la tapa.Cuando cierras y abres algun móvil con tapa este funciona con un pequeño iman.Por el motivo que sea, el integrado que manjaba esto no funcionaba y revise la PCB muchas veces decidi hacerle un grapping.

EL móvil lleva funcionando desde 3 a 4 años con el grapping.

Os dejo la imagen del efecto hall o efecto habitación cerrada por decirlo de uan manera.Su funcionamiento es si se cierra apaga pantalla y si se abre habilita pantalla, asi ahorrando energia.


No obstante es muy curioso tener en cuenta este tipo de aplicacion magnetica


Otros Videos:




Por otra parte os dejo unos videos de como se suelda como un profesional.
Fuente:Youtube Autor:CuriousInventor





!SE AGRADECENN LOS COMENTARIOS!


BAJO LICENCIA COMMONS CREATIVE




6 comentarios:

  1. Te felicito freeman por este post esta muy lindo yo tengo un problema con mi notebook y se me fallo un componente tipo BGA ahora seguire los pasos tuyos ya que hace meses que lo guarde asi porque no podia soldar o resoldar tengo las herramintas pero no queria practicar sin un ayuda como esta ,, Espero que temas como estas sigas aportando ,

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  2. De nada he visto tu blog veo que vas empezando.

    Ante todo gracias por tu comentario anima mucho que esto sirva a la gente.

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  3. Hloa freeman la verdad es que tu informe es muy completo e interesante pero me gustaría que me digas si hay alguna forma de detectar un integrado bga sin soldar/fria en forma visual cuento con lupas super potentes ademas de una mantis.

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  4. Con lupas por desgracia no es posible y tampoco con la mantis.

    Debes de acudir a instrumental especial como rayos X o otro tipo de herramientas esageradamente caras para detectar que un componente BGA esta mal soldado.

    No obstante hay trucos y gajes pero como es obvio no puedo comentar ya que es confidencial por mi trabajo.

    No obstante lee de nuevo el post y podras sacar conclusiones buenas.

    Un saludo!

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  5. EXCELENTE TU APORTE, ESTO HACE GRANDE A LOS QUE ESTAMOS EN ESTOS AVATARES,
    Y A TI TE DA MIL GRADOS DE BENDICIONES.....EXITOS Y PARES.
    GABOR09

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  6. ANTE TODO GRACIAS!!!!AUNQUE YO TAMBIEN SIGO APRENDIENDO COSAS NUEVAS CADA DÍA ESTO ES UNA CIENCIA SIN ACABAR.

    ANTE TODO PRESENTAR MI HUMILDAD QUE SE ALGO Y ME QUEDA MUCHO POR RECORRER PERO SE AGRADECE QUE AL MENOS ESTA INFORMACIÓN OS VALGA PARA VUESTRO TRABAJO O AFICCION.

    OS DESEO A TODOS TAMBIEN SUERTE Y EXITO!!!!!PORQUE ESTO ES DURO!!!

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