česky english Vítejte, dnes je pondělí 15. duben 2024

Demontáž součástek se spodní výplní pomocí speciální frézky

DPS 1/2016 | Články
Autor: Ing. Karel Dušek, Ph.D., LVR – FEL ČVUT v Praze

Postupem doby dochází ke stále vyšší miniaturizaci elektronických zařízení a také komponent. Vysoká míra integrace v rámci čipu umožňuje redukci velikosti a hmotnosti pouzder, s čímž je spojena i vysoká míra integrace a zmenšování velikosti propojovacích ploch (zmenšení rozměrů pájených spojů a pájecích plošek). Díky rozměrové redukci jsou tato zařízení náchylnější k okolním stresům, jakými jsou: vlhkost, změna teploty (teplo generované uvnitř zařízení, změna teploty okolí), mechanické namáhání (vibrace, pády) apod. S ohledem na stresové faktory a zvýšení spolehlivosti a životnosti zařízení se některé součástky v elektronických zařízeních fixují výplňovou hmotou, tzv. „underfill“ (většinou se jedná o pouzdra, např. BGA, ale mohou to být i samotné čipy např. v provedení „flip chip“). Jedná se o podlepení součástky spodní výplní.

Podlepení pouzdra se provádí poté, co dojde k zapájení součástky na desku plošného spoje (DPS). Výplň (pouzdřící materiál) je následně nanesena pod celý čip nebo pouze po obvodu čipu. Po nanesení pouzdřícího materiálu následuje jeho vytvrzení, většinou při zvýšené teplotě. Schematicky je nanášení spodní výplně pod pouzdro BGA znázorněno na obrázku 2.

Jak již bylo naznačeno, mezi výhody podlepení patří zvýšení mechanické a teplotní odolnosti a vyrovnávání termomechanického pnutí při ohřevu, ochrana proti vlivům okolního prostředí, limitace tvorby whiskerů apod. Nevýhodou je přidání další technologické operace a následně možné problémy s opravou lepených součástek, tak aby nedocházelo k jejich poškození nebo k poškození pájecích plošek na DPS.

Demontáž součástek se spodní výplní pomocí speciální frézky

Na trhu existuje celá řada pouzdřících materiálů. Některé z nich lze snadno odstranit zahřáním na příslušnou teplotu, kdy dojde ke změknutí pouzdřícího materiálu, a po dosažení teploty tání pájecí slitiny je možné podlepenou součástku z DPS odstranit. Mnoho druhů pouzdřících materiálů je však založeno na epoxidové bázi a není jednoduché je spolu s čipem z DPS odstranit. Při opravě takto lepených čipů se ve většině přepadů používá zvýšené teploty spolu se zvýšenou silou potřebnou k odstranění součástky z DPS. V mnoha případech však dojde k poškození pájecích plošek na DPS a potom již není možné na jejich místo zapájet nové pouzdro.

Za tímto účelem byla v Laboratořích pro vývoj a realizaci (LVR) na FEL, ČVUT v Praze vyvinuta speciální frézka (obrázek 3), která dokáže konkrétní pouzdro automaticky odfrézovat, aniž by došlo k poškození pájecích plošek na DPS.

Po vložení DPS do držáku a zaměření čipu frézka automaticky odfrézuje čip téměř k pájecím ploškám. Na obrázku 4 je upnutá DPS před frézováním, kde je patrný držák DPS a dvě frézovací hlavy (pro hrubé a jemné odfrézování čipu). Na obrázku 5 je fotografie DPS poté, co byl čip odfrézován. Po odfrézování čipu je pak už jen třeba odstranit zbytky podlepení a očistit pájecí plošky – fotografie s očištěnými pájecími ploškami je na obrázku 6.

Po této operaci je možné na pájecí plošky osadit a zapájet nový čip. Frézka je pro bezpečné používání vybavena odsáváním. Doba na odfrézování jedné součástky je několik minut podle velikosti frézované plochy. V současné době probíhá ověřování v průmyslové výrobě a v případě zájmu je možné její funkci ověřit po dohodě v Laboratořích pro vývoj a realizaci na Fakultě elektrotechnické Českého vysokého učení technického v Praze.