Rework BGA : retirer et remplacer un BGA défectueux

Le remplacement d’un BGA défectueux exige davantage de contrôle que le dessoudage d’un composant dont les connexions sont visibles. Les joints de soudure se trouvent sous le composant et, lors du rework, un PCB déjà assemblé est soumis à un nouveau cycle thermique.

Il faut apporter suffisamment de chaleur pour faire fondre tous les joints de soudure sous le BGA, sans soumettre inutilement le PCB, les pastilles ou les composants environnants à des contraintes thermiques excessives. Après le retrait du composant défectueux, l’empreinte doit également être correctement préparée avant de pouvoir placer un nouveau BGA.

Le rework d’un BGA se compose donc de plusieurs étapes étroitement liées.

1. Évaluez le PCB avant de commencer

Il n’existe pas de réglage standard adapté à tous les BGA et à tous les PCB. Commencez donc par analyser l’assemblage sur lequel vous allez travailler.

Un PCB multicouche épais contenant beaucoup de cuivre, par exemple, absorbe et dissipe la chaleur différemment d’un PCB plus fin. La taille du BGA et la présence de composants sensibles à la température à proximité influencent également le processus.

Avant de commencer, vérifiez notamment :

• la masse thermique du PCB et du BGA ;
• l’alliage de soudure utilisé ;
• les composants sensibles à la température autour du BGA ;
• l’espace disponible autour du composant ;
• l’éventuelle absorption d’humidité par le PCB ou les composants.

Sur cette base, vous pouvez déterminer comment chauffer le PCB pendant le rework et si une protection locale est nécessaire.

2. Dessoudez le BGA défectueux de manière contrôlée

Lors du dessoudage, tous les joints de soudure sous le BGA doivent être à l’état liquide avant de soulever le composant.

Ce point est essentiel. Si une partie de la soudure n’est pas complètement fondue et qu’une force est malgré tout exercée sur le composant, des pastilles peuvent être arrachées du PCB.

Une station de rework BGA utilise donc un chauffage supérieur et inférieur. Pour les PCB présentant une masse thermique plus élevée, le préchauffage par le dessous permet notamment d’amener l’assemblage progressivement à température. Le chauffage supérieur peut ensuite apporter de la chaleur de manière plus ciblée dans la zone du BGA.

Un thermocouple placé aussi près que possible du BGA permet de mesurer ce qui se passe réellement sur le PCB. Vous ne vous fiez donc pas uniquement à la température de consigne de l’élément chauffant.

Le BGA ne doit être soulevé avec précaution qu’une fois que les joints de soudure ont suffisamment refondu.

Le profil de température joue ici un rôle essentiel. Nous approfondissons ce sujet séparément dans Comment établir un profil de température pour le rework BGA ?

3. Nettoyez et préparez l’empreinte

Après le retrait du BGA, de la soudure reste généralement présente sur les pastilles. L’empreinte n’est donc pas encore prête à recevoir un nouveau composant.

On applique d’abord du flux. La soudure restante peut ensuite être retirée, par exemple à l’aide d’un fer à souder et d’une tresse à dessouder ou avec un système de dessoudage adapté.

À cette étape également, il convient de limiter la charge thermique. Une température trop élevée ou un contact prolongé augmente le risque d’endommager les pastilles. Selon Interflux, une exposition prolongée à de la soudure liquide peut également affecter le cuivre des pastilles et des pistes du PCB.

Travaillez donc avec la température efficace la plus basse possible et limitez autant que possible la durée de l’exposition thermique.

Après avoir retiré l’excédent de soudure, nettoyez l’empreinte. L’objectif est d’obtenir une surface propre et suffisamment plane, avec des pastilles intactes.

4. Appliquez le flux ou la pâte à braser approprié

Avant de placer le nouveau BGA, il faut appliquer la chimie de brasage appropriée.

Selon l’application, il peut s’agir notamment de flux liquide, de flux gel, de pâte à braser ou de dip paste. Ces produits présentent des propriétés différentes et ne sont pas simplement interchangeables.

Le flux gel, par exemple, présente une viscosité plus élevée et peut contribuer à maintenir le BGA en position avant la refusion. La pâte à braser contient à la fois du flux et du métal et ajoute donc de la soudure à la connexion. Avec la dip paste, les billes du BGA sont plongées dans une couche contrôlée de pâte.

Les résidus méritent également une attention particulière. Une fois le BGA placé, il devient difficile de nettoyer correctement la zone située sous le composant. Le choix de la chimie doit donc tenir compte, avant même le brasage, du niveau de propreté requis après le processus.

Ce sujet mérite d’être approfondi séparément dans Quel flux ou quelle pâte à braser utiliser pour le rework BGA ?

5. Positionnez le nouveau BGA

Une fois l’empreinte préparée et le flux ou la pâte sélectionné appliqué, le nouveau BGA peut être positionné.

Comme les connexions se trouvent sous le composant, un alignement précis est essentiel. Une station de rework BGA peut utiliser un système de positionnement optique permettant d’aligner les billes du BGA avec les pastilles du PCB.

Le composant est ensuite déposé avec précision sur l’empreinte.

Un profil de température correct ne peut pas compenser un mauvais positionnement. L’alignement et la refusion sont deux conditions distinctes pour obtenir une connexion fiable.

6. Brasez selon un profil de température contrôlé

Le nouveau BGA est ensuite brasé selon un profil de température prédéfini.

L’objectif n’est pas d’amener le composant au-dessus de la température de fusion de la soudure le plus rapidement possible. Le PCB et le BGA doivent être chauffés de manière contrôlée, en tenant compte notamment de la masse thermique, de l’alliage de soudure et de la température maximale admissible du composant.

Parmi les paramètres importants lors du rework BGA figurent la vitesse de montée en température, le temps au-dessus du liquidus et la température de pointe.

Le profil utilisé pour braser le nouveau BGA ne doit d’ailleurs pas nécessairement être identique à celui utilisé pour retirer le composant défectueux.

Il est donc préférable de mesurer et d’optimiser le profil sur l’assemblage réel plutôt que d’appliquer un profil standard sans vérification.

7. Contrôlez le résultat

Après la refusion, le BGA peut sembler correctement positionné vu du dessus, mais les joints de soudure se trouvent sous le composant.

Selon l’application, les connexions peuvent donc être contrôlées au moyen de différentes méthodes, telles qu’une inspection endoscopique, une inspection aux rayons X ou un test fonctionnel du PCB.

Ce n’est qu’après cette vérification que le processus de rework peut être considéré comme terminé.

Le rework BGA exige la maîtrise de l’ensemble du processus

La fiabilité d’un rework BGA ne dépend pas d’un seul réglage de température ni d’un seul type de flux. Chaque étape influence la suivante :

1. évaluer
2. dessouder
3. nettoyer
4. appliquer le flux ou la pâte
5. positionner
6. braser
7. contrôler

Smans accompagne les entreprises dans la mise en place et l’optimisation de ce processus, depuis les équipements de rework et le positionnement jusqu’à la mesure et à l’évaluation des profils de température. En collaboration avec Interflux, il est également possible d’évaluer le flux, le flux gel, la pâte à braser ou la dip paste les mieux adaptés à l’application.