Rework BGA : comment déterminer le bon profil de température ?

Lors du rework de BGA, il faut apporter suffisamment de chaleur pour faire fondre de manière fiable tous les joints de brasure sous le composant. En même temps, il faut limiter la charge thermique sur le PCB, le BGA et les composants environnants.

Le profil de température est donc l’un des paramètres les plus importants du procédé de rework.

Il n’existe cependant pas de profil standard. Les bons réglages dépendent du PCB, du composant, de l’alliage de brasage et de la situation thermique autour du BGA.

La règle la plus importante est donc : ne partez pas d’une température fixe, mais de l’évolution réelle de la température sur l’assemblage.

Pourquoi ne pas simplement utiliser le profil de refusion d’origine ?

Lors de l’assemblage d’origine, l’ensemble du PCB passe par un procédé de refusion contrôlé. Pour le rework de BGA, la situation est différente.

La carte est déjà entièrement assemblée. Autour du BGA peuvent se trouver des composants qui ont été placés après la refusion d’origine ou qui sont plus sensibles à un nouveau cycle thermique. De plus, on chauffe localement, tandis que le reste du PCB absorbe et dissipe aussi de la chaleur.

Un profil adapté à la refusion d’origine n’est donc pas automatiquement adapté au rework.

Le profil de dessoudage et celui de rebrasage ne doivent pas non plus être identiques. Lors du dessoudage, on veut justement faire fondre suffisamment les joints existants pour retirer le composant en toute sécurité. Lors de la pose d’un nouveau BGA, un nouveau joint de brasure doit être formé.

Commencez par la masse thermique du PCB

L’un des premiers facteurs à évaluer est la masse thermique.

Un PCB multicouche lourd contenant beaucoup de cuivre absorbe plus d’énergie et répartit la chaleur différemment qu’un PCB fin avec peu de cuivre.

Cela influence directement la vitesse à laquelle on peut chauffer.

Pour un PCB à masse thermique élevée, un gradient de chauffe plus faible peut être nécessaire. La chaleur a ainsi le temps de se répartir dans l’assemblage et on limite les grandes différences de température.

Un PCB fin à faible masse thermique réagit plus rapidement et demande donc un autre réglage.

Avant d’établir un profil, examinez notamment :

• l’épaisseur et la structure du PCB ;
• la quantité de cuivre ;
• la taille du BGA ;
• les composants environnants ;
• les matériaux utilisés ;
• la présence éventuelle d’humidité.

L’humidité mérite une attention particulière. Un chauffage trop rapide peut provoquer une pression interne et des contraintes mécaniques, avec un risque d’endommagement du composant ou du PCB.

Mesurez la température sur le PCB près du composant, pas seulement dans l’élément chauffant

La température de consigne de l’élément chauffant ne vous dit pas quelle température le BGA atteint réellement.

C’est pourquoi un thermocouple est placé aussi près que possible du composant. Vous pouvez ainsi suivre l’évolution réelle de la température sur l’assemblage pendant le procédé.

Cette différence est importante.

Un élément chauffant peut par exemple être beaucoup plus chaud que la température mesurée au niveau du BGA, car une partie de l’énergie est absorbée par le PCB et les composants.

Un bon procédé de rework ne se pilote donc pas uniquement sur les réglages de l’élément chauffant, mais sur l’évolution de la température mesurée sur la carte.

Pourquoi chauffer par le haut et par le bas ?

Lors du rework de BGA, on chauffe généralement à la fois par le haut et par le bas.

Le chauffage par le bas aide à amener progressivement le PCB à température. Le chauffage par le haut peut ensuite apporter de l’énergie de manière plus ciblée au BGA.

Surtout pour un PCB à masse thermique élevée, cela évite que toute l’énergie nécessaire doive être apportée localement par le haut.

L’objectif est une répartition contrôlée de la chaleur : suffisamment d’énergie au niveau des joints de brasure, sans solliciter inutilement le BGA ou les composants environnants.

Les composants sensibles à la température situés à proximité peuvent être protégés si nécessaire.

À quelle vitesse peut-on chauffer un BGA ?

Comme point de départ, le rework de BGA utilise souvent un profil de température progressif, quasiment linéaire.

Pour un assemblage à masse thermique plus élevée, on peut par exemple chauffer à environ 1 °C par seconde ou moins. Lorsqu’il faut encore plus de temps pour que la chaleur se répartisse dans la carte, le gradient peut être encore réduit, par exemple vers 0,7 °C/s.

Il ne s’agit pas de réglages universels.

Le bon gradient est déterminé par ce dont le PCB et le composant ont réellement besoin. De plus, tous les matériaux ne se dilatent pas à la même vitesse lors du chauffage. De grandes différences de température peuvent donc provoquer des contraintes mécaniques.

Chauffer le plus vite possible n’est donc pas l’objectif. Un chauffage suffisamment homogène est plus important.

Combien de temps la brasure doit-elle rester au-dessus du point de fusion ?

Le liquidus est la température au-dessus de laquelle l’alliage de brasage utilisé est entièrement liquide.

En refusion conventionnelle, on utilise souvent des temps plus longs au-dessus du liquidus. En rework de BGA, le temps nécessaire peut être plus court, car de la brasure est déjà présente.

À titre indicatif pratique, la documentation de référence mentionne pour le rework de BGA un temps au-dessus du liquidus d’environ 20 à 40 secondes.

Ce n’est pas non plus un réglage standard à reprendre aveuglément. Le temps nécessaire dépend de l’alliage, de la masse thermique et de l’objectif du profil.

Lors du dessoudage, par exemple, le joint doit seulement rester liquide assez longtemps pour pouvoir retirer le BGA en toute sécurité.

Quelle température de pic utiliser ?

La température de pic est déterminée par l’alliage de brasage et les limites de température du PCB et des composants.

Il faut dépasser suffisamment le point de fusion pour obtenir une refusion complète, mais chauffer plus que nécessaire augmente la charge thermique.

Pour le SAC305, la documentation de référence mentionne par exemple une température de fusion d’environ 219 °C. Un pic possible se situe alors autour de 239 °C, avec comme limite supérieure générale le conseil de rester si possible en dessous d’environ 245 °C.

Considérez ces températures comme des valeurs indicatives, et non comme un profil BGA universel.

La fiche technique du composant, l’alliage de brasage et la température mesurée sur l’assemblage réel restent déterminants.

Un bon profil BGA se mesure, il ne se copie pas

L’erreur la plus importante lors de l’établissement d’un profil de rework BGA est de chercher un seul jeu de réglages applicable à chaque PCB.

Il n’existe pas.

Un profil adapté s’obtient en évaluant l’assemblage, en choisissant un profil de départ, en mesurant la température réelle à proximité du BGA, puis en ajustant le profil.

Pour cela, on examine l’interaction entre :

Smans peut vous accompagner dans l’établissement, la mesure et l’optimisation des profils de température pour le rework de BGA. Le profil est ainsi adapté au PCB et au composant que vous devez réellement retravailler, plutôt qu’à un réglage générique.