Können bedrahtete BGA-Chips mit einem bleifreien Prozess reflowgelötet werden?

Wir haben ein Board mit zwei BGA-Chips. Aufgrund des derzeitigen Mangels an vielen Teilen ist einer der Chips nahezu unmöglich zu finden; außer dass wir einen Lieferanten mit einem guten Vorrat an der Nicht-RoHS-/verbleiten Version des Chips gefunden haben (was ein eingestelltes Produkt ist, aber dieser Lieferant hat zufällig einen ziemlich guten Vorrat davon).

Problem ist: Der andere BGA-Chip ist nur in bleifreien Kugeln erhältlich.

Ich weiß, dass die Verwendung von bleihaltigen Prozessen für bleifreie BGA-Chips nicht akzeptabel ist, da die Lötkugeln des BGA nicht schmelzen und die Verbindung unzuverlässig ist.

Meine Frage: Ist es in Ordnung, bleihaltige BGA-Chips mit einem bleifreien (also höheren Temperatur-) Prozess zu löten?

Zum Kontext:

  • Dies ist für ein Forschungsprojekt; Die Boards werden in Innenräumen eingesetzt (höchstwahrscheinlich Orte mit Klimaanlage usw.)
  • Wir müssen uns keine Sorgen um die langfristige Zuverlässigkeit machen (die Boards werden weniger als ein Jahr in Betrieb sein).
  • Außerdem sind die Boards nicht Teil eines sicherheitskritischen oder unternehmenskritischen Systems; sicher, wir wollen, dass sie im Sinne der Qualität der Forschungsdaten zuverlässig arbeiten; Wenn ein kleiner Teil der Platinen ausfällt, ist dies immer noch akzeptabel.
Unter anderem müssen Sie herausfinden, ob die Materialien (wie Kunststoffe) vom gleichen Typ wie bleifrei sind, da bleifrei bessere Materialien erfordert, um den höheren Temperaturen standzuhalten. Sie könnten jedoch jetzt (oder wann immer die ICs hergestellt wurden) einfach Standard sein und nicht zwei separate Lieferketten.
Google „Bleikontamination im bleifreien Prozess“
Vor Jahren hatte ich eine kurze Interaktion mit Prof. Pan bei Cal Poly SLO, der am Mischen von Blei und bleifreiem Lot arbeitete ... Ich kann seine Publikationsliste online nicht finden, aber er könnte bereit sein, mit Ihnen zu sprechen ein paar Minuten oder verweisen Sie auf ein entsprechendes Papier.
Hier ist ein alter Beitrag , in dem ich ein Buchkapitel von Pan zitiert habe (der Link ist leider tot). Auch die Suche nach dem Begriff „Rückwärts- und Vorwärtskompatibilität“ führt zu einigen App-Hinweisen bei Maxim und TI, die hilfreich sein könnten.
Fragen Sie den Montagebetrieb, der das Löten durchführt. Sie sind die Experten. Einige haben eine strikte No-Cross-Process-Policy, andere werden dies tun, solange sie es wissen. Oder sie können es von Hand platzieren. Es hängt alles von dem gewählten Versammlungshaus ab.
@ThePhoton -- das Buchkapitel gefunden; sehr informativ, und leider scheint es mit der Antwort von JonRB übereinzustimmen, da es ein bisschen pessimistisch klingt (wenn ich keine Alternativen finden kann, muss ich möglicherweise das Risiko abschätzen, wie hoch der Prozentsatz defekter Platinen ist darf ich erwarten, dann entscheide, ob ich es machen soll)
Das Reballing eines BGA war früher eine Sache ... Ich frage mich, ob ein bleihaltiges BGA reballed werden kann, um mit einem bleifreien Prozess zu arbeiten?
Darf man diese Boards überhaupt verkaufen?
Wenn es sich um Prototypen handelt, die niemals auf den Markt gebracht werden sollen, dann nehmen Sie einfach bleihaltiges Lot. Vor allem, wenn Sie sie nach einem Jahr aus dem Gebrauch nehmen. Wenn Sie sehr förmlich sein möchten, kennzeichnen Sie sie als nicht konform mit RoHS-Richtlinien usw.
@SimonRichter ‒ nicht sicher, ob deine Frage an mich gerichtet war; aber nein, wir werden diese Boards nicht verkaufen; Wie gesagt, dies ist Teil eines Forschungsprojekts, und wir haben in diesem Zusammenhang keine Einschränkungen hinsichtlich der Verwendung von bleihaltigen oder bleifreien Prozessen. Mein Verständnis (das kann veraltet sein) ist, dass wir in Nordamerika nicht verpflichtet sind, RoHS für kommerzielle Elektronik einzuhalten (natürlich würde sowieso niemand bei gesundem Verstand Nicht-RoHS für ein kommerzielles Produkt tun, vorausgesetzt die Internationalität der heutigen Märkte)
@Cal-linux, IIRC Die Regel lautet: "Wenn Sie Elektronik verkaufen, müssen Sie anbieten, sie zu recyceln." Nur wenige Unternehmen können dies selbst tun, also beauftragen sie ein Recyclingunternehmen, und normalerweise sehen diese Verträge vor, dass die Produkte bleifrei sein müssen. So effektiv sind die Regeln die gleichen. Wenn die Produkte nicht verkauft werden, ist es viel entspannter, denn das Recycling ist eine einmalige Ausgabe und kein laufender Vertrag.
Massenproduktion oder Kleinstauflage?
@SimonRichter Warum muss der recycelte Müll Ihrer Meinung nach bleifrei sein? Bei solchen Verträgen verpackt und etikettiert man einfach alles als „Elektronikschrott“, und das müssen nicht unbedingt nur die Produkte sein, die man selbst verkauft. Könnte auch ein zufällig kaputtes elektrisches Gerät enthalten, das möglicherweise vor RoHS ist. Oder Ihre eigenen alten Produkte aus der Zeit vor RoHS (hergestellt vor dem Jahr 2002). Es wäre unglaublich dumm, wenn sie solchen Schrott nicht annehmen würden. "Ok, das hier enthält Blei, also werfe ich es stattdessen in den normalen Müll ..."

Antworten (4)

Ich würde mit Ihrem Monteur sprechen und sehen, ob Sie zwei verschiedene Temperaturprozesse verwenden könnten.

Führen Sie zuerst das bleifreie Profil aus (das zu einer höheren Temperatur führt), und löten Sie dann, nachdem diese Teile fertig sind, die bleihaltigen Teile mit einem bleihaltigen Temperaturprofil an. Dies erfüllt die Anforderungen von beiden. (Sie müssen sich keine Gedanken über das Schablonieren machen, da BGAs Lötkugeln haben)

Eine andere Option wäre, die bleifreien BGAs mit einer IR-Nachbearbeitungsstation (die auch Temperaturprofile unterstützt) zu installieren, was schwieriger, aber möglich ist.

Am Ende des Tages würde es davon abhängen, wer die Nacharbeit durchführt, was er kann und welche Erfahrung er mit BGA-Teilen hat.

Wie würden Sie Bleilot mit bleifreien Teilen, die sich bereits auf der Platine befinden, schablonieren? Ein manueller Prozess mit einer Minischablone und einer Vorrichtung, um sie an der richtigen Stelle zu platzieren? Klingt teuer und fehleranfällig.
@ScottSeidman - zuerst habe ich den Vorschlag so verstanden: alle Komponenten mit jeweils der entsprechenden Paste einfügen; Rückfluss mit bleifreiem Material, und die bleihaltigen Teile haben spröde Verbindungen; jetzt bei bleihaltigem Profil aufschmelzen, damit die spröden Fugen schmelzen und "wieder anhaften", diesmal richtig; aber beim zweiten Nachdenken (nachdem ich Ihren Kommentar gelesen habe) sehe ich, dass meine anfängliche Interpretation höchstwahrscheinlich falsch ist (ich sehe jetzt mehrere Probleme damit). Aber ja, ich sehe auch die Probleme, auf die Sie hinweisen. Ideal wäre es, wenn wir CNC-Maschinen hätten, die die Lotpaste auf die Platine „drucken“ (als Alternative zu Schablonen)
Ich denke, dies kann eine echte Option für eine geringe Anzahl sein, da es für jede Menge möglicherweise nicht praktikabel ist
Meine Güte, du kannst Bgas ohne Paste machen! Du brauchst allerdings Flussmittel.
@ScottSeidman Dafür sind die Kugeln da, da das Schablonieren unterschiedliche Lotmengen für jedes Pad liefern und möglicherweise eine schlechte Verbindung herstellen würde (oder zeitweise mit Impedanz). Flussmittel ist wahrscheinlich nicht so sehr ein Problem, einige BGA-Überarbeitungsvideos streichen einfach Flussmittel auf und versuchen, die Dicke gleichmäßig zu halten.
Ist dies unabhängig von der Oberflächenbeschaffenheit der Fall? Beispielsweise können BGAs mit ENIG-Finish (im Gegensatz zu HASL, das eine dünne Materialschicht aufweist, die der Lötpaste entspricht) einfach darauf platziert werden, ohne Lötpaste aufzutragen, und wird die Lotmenge in den Kugeln ausreichen ? Ich war schon immer neugierig darauf; Beispielsweise haben KiCADs Bibliotheks-Footprints für BGAs Pads auf der PASTE-Schicht, was bedeutet, dass eine Schablone die Öffnungen bereitstellt, um Paste auf die BGA-Pads aufzutragen.

Seien Sie dabei sehr vorsichtig...

Bleifreie BGAs sind in der Regel Sn-Ag-Cu und dieser Kupfergehalt reagiert mit dem Blei im SnPb-Lot, was zu sehr spröden Verbindungen führt.

http://thor.inemi.org/webdownload/newsroom/Presentations/APEX08/Papers/SAC_BGAs_in_SnPb.pdf

--BEARBEITEN--

Nur um dies zu verdeutlichen, es ist riskant und verursacht Risse, aber wie das OP feststellte, ist es nur für kurze Zeit. Anfang 2019 endete ich in einer ähnlichen Situation, und solange Sie mit dem Montagehaus sprechen, dass es einen Mix-Tech-Prozess gibt und der Reflow auf einem angemessenen Niveau ist, funktioniert es.

Der einzige zusätzliche Kommentar ist, dass ich bleihaltige und bleifreie BGAs hatte (aufgrund der Beschaffung) und eine Testkarte dann einen RoHS-Typ-Flow durchlief. Nach dem Reflow wurden Inspektionen durchgeführt und es gab Anzeichen dafür, dass die Pb-Kugeln zu kollabieren begannen, weil offensichtlich die Temperatur und Dauer länger waren und Zinn-Blei flüssiger war

Ich frage mich, ob das die frühen Playstation-Konsolen geplagt hat (die übliche Reparatur bestand darin, die BGA zu überarbeiten.)

Es ist möglich, BGAs reballed zu bekommen. Als mein letzter Arbeitgeber auf RoHS umstellte, hatten wir eine Reihe von BGAs aus unserer Fabrik mit Bällen, die mit dem Prozess nicht kompatibel waren (kann mich nicht erinnern, wie herum).

Wir haben sie an eine Firma mit einer Laser-Reballing-Maschine geschickt.

Komponentenvorbereitung ist erforderlich, wenn Zuverlässigkeit wichtig ist

Eine Doppellötkomponentenvorbereitung entfernt die Bleiverunreinigung .

Wenn die Bauteilvorbereitung nicht erfolgt, wird die Verbindung vorzeitig versagen, da dies zu Versprödung führt. Es besteht eine metallurgische Inkompatibilität.

Wenn die Komponentenvorbereitung abgeschlossen ist, wird das Problem gemildert, und die Baugruppe kann für Klasse 2 und mit Prozesstests für Klasse 3 konform und akzeptabel sein.

Dieser Prozess kann als doppeltes Verzinnen bezeichnet werden oder ist bei BGA-Teilen weniger verbreitet, kann aber als doppeltes Reballing bezeichnet werden . Sie können jedoch einige Variationen oder einen hybriden Ansatz in Betracht ziehen, wie in den Kommentaren vorgeschlagen.

  1. reball, um Blei zu verdünnen.
  2. Reball für die Montage

Dies ist ein Prototypprozess. Es gibt ein Zielkonzentrationsniveau, das als akzeptabel angesehen wird. Solange Ihr Prozess vernünftigerweise erwartet, diese Konzentration zu erreichen, ist das wichtig.

Das Verfahren zum Reinigen von Blei und zum Reinigen von Gold und die geltenden Normen sind weitgehend gleich und Ihrem Vertragshersteller/Monteur möglicherweise bereits vertraut, fragen Sie ihn also.

Hinweis: Die Reduzierung der Lebensdauer hängt von mehreren Faktoren ab, ob das Produkt höhere Ausfallraten tolerieren kann oder entsprechende Tests durchgeführt werden. Sie können sich für eine grundlegendere Minderung entscheiden, wie z. B. einfaches Reballing, oder gar keine Minderung.

Double-Reballing scheint etwas übertrieben. Wäre es nicht gut genug zu deballieren, mit SAC zu verzinnen, zu reinigen und dann wieder zu ballen?
@SiHa möglicherweise, je nachdem, was das Montagehaus empfiehlt.
Beachten Sie, dass es empirische Möglichkeiten gibt, um zu bestimmen, wie viel Vorbereitung Sie benötigen, wenn Sie Engineering-Ressourcen aufwenden müssen (z. B. wenn dies ein kontinuierliches Ereignis oder mehrere 10 KU ist).
Ja, ich nehme an, die bleifreien Prozesse der Montagehäuser sind jetzt etwas ausgereifter. Als ich das tat, mussten wir ihnen sagen, was sie tun sollten! Das Phänomen des „schwarzen Pads“ wurde beispielsweise nicht allgemein verstanden.
Können bedrahtete BGA-Chips mit einem bleifreien Prozess reflowgelötet werden?
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