¿Se pueden soldar por reflujo los chips BGA con plomo con un proceso sin plomo?

Tenemos una placa con dos chips BGA. Debido a la escasez actual de muchas piezas, uno de los chips es casi imposible de encontrar; excepto que encontramos un proveedor con un buen stock de la versión del chip sin RoHS / con plomo (que es un producto descontinuado, pero este proveedor tiene un stock bastante bueno).

El problema es que el otro chip BGA solo está disponible en bolas sin plomo.

Sé que usar un proceso con plomo para chips BGA sin plomo no es aceptable, porque las bolas de soldadura del BGA no se derretirán y la unión no será confiable.

Mi pregunta: ¿está bien soldar chips BGA con plomo con un proceso sin plomo (por lo tanto, a temperatura más alta)?

Por contexto:

  • Esto es para un proyecto de investigación; las placas se desplegarán en ambientes interiores (muy probablemente lugares con aire acondicionado, etc.)
  • No necesitamos preocuparnos por la confiabilidad a largo plazo (las placas funcionarán por menos de un año).
  • Además, las placas no forman parte de un sistema crítico para la seguridad o de misión crítica; claro, queremos que funcionen de manera confiable con el propósito de la calidad de los datos de investigación; si una pequeña fracción de los tableros falla, todavía es aceptable.
Entre otras cosas, debe averiguar si los materiales (como los plásticos) son del mismo tipo que los productos sin plomo, ya que los productos sin plomo requieren mejores materiales para soportar las temperaturas más altas. Sin embargo, podrían ser estándar ahora (o cuando se produzcan los circuitos integrados) en lugar de dos cadenas de suministro separadas.
Google "contaminación por plomo en proceso sin plomo"
Hace años tuve una breve interacción con el Prof. Pan en Cal Poly SLO, quien estaba trabajando en la mezcla de plomo y soldadura sin plomo... No puedo encontrar su lista de publicaciones en línea, pero podría estar dispuesto a hablar con usted para unos minutos o remitirlo a un documento apropiado.
Aquí hay una publicación antigua donde cité un capítulo de un libro de Pan (desafortunadamente, el enlace está muerto). También buscar el término "Compatibilidad con versiones anteriores y posteriores" conduce a algunas notas de la aplicación en Maxim y TI que pueden ser útiles.
Pregúntele a la casa de ensamblaje que realizará la soldadura. Ellos son los expertos. Algunos tienen una política estricta de no cruzar procesos, otros lo harán siempre que lo sepan. O bien, pueden colocarlo a mano. Todo depende de la casa de montaje elegida.
@ThePhoton: encontré el capítulo del libro; muy informativo y, desafortunadamente, parece estar de acuerdo con la respuesta de JonRB, en el sentido de que suena un poco pesimista al respecto (si no puedo encontrar alternativas, es posible que deba estimar cuál podría ser el riesgo, qué tipo de porcentaje de placas defectuosas podría esperar, luego decidir si debo hacerlo)
Re-balling un BGA solía ser una cosa... Me pregunto si un BGA con plomo se puede re-balling para trabajar con un proceso sin plomo.
¿Se te permite vender esos tableros?
Si estos son prototipos que nunca se pondrán en el mercado, entonces simplemente use soldadura con plomo. Particularmente si los va a dejar de usar después de un año. Si desea ser muy formal, márquelos como no conformes con las directivas RoHS, etc.
@SimonRichter: no estoy seguro de si su pregunta era para mí; pero no, no venderemos esas tablas; como dije, esto es parte de un proyecto de investigación, y no tenemos restricciones sobre el uso de procesos con o sin plomo en este contexto. De hecho, tengo entendido (esto puede estar desactualizado) que en América del Norte no tenemos la obligación de hacer RoHS para productos electrónicos comerciales (por supuesto, nadie en su sano juicio haría no RoHS para un producto comercial de todos modos, dado la naturaleza internacional de los mercados actuales)
@Cal-linux, IIRC la regla es "si vende productos electrónicos, debe ofrecer reciclarlos". Pocos lugares pueden hacer eso por su cuenta, por lo que contratan a una empresa de reciclaje y, por lo general, estos contratos estipulan que los productos deben estar libres de plomo. Así que efectivamente, las reglas son las mismas. Si los productos no se venden, entonces es mucho más relajado, porque reciclarlos es un gasto único en lugar de un contrato continuo.
¿Producción en masa o tirada muy pequeña?
@SimonRichter ¿Por qué cree que la basura reciclada debe estar libre de plomo? Para tales contratos, simplemente empaqueta y etiqueta todo como "basura electrónica" y eso no necesariamente involucra solo los productos que está vendiendo usted mismo. También podría contener algún dispositivo eléctrico roto al azar, que puede ser anterior a RoHS. O sus propios productos antiguos de la era anterior a RoHS (fabricados antes del año 2002). Sería increíblemente estúpido si no aceptaran esa basura. "Ok, este contiene plomo, así que lo tiraré con la basura normal en su lugar..."

Respuestas (4)

Hablaría con su ensamblador y vería si podría usar dos procesos de temperatura diferentes.

Primero haga el perfil sin plomo (que va a una temperatura más alta) y luego, después de que esas partes estén listas, suelde las partes con plomo con un perfil de temperatura con plomo. Esto satisface los requisitos de ambos. (no necesita preocuparse por el estarcido ya que los BGA tienen bolas de soldadura)

Otra opción sería instalar BGA sin plomo con una estación de retrabajo IR (que también admite perfiles de temperatura), lo cual es más difícil pero posible.

Al final del día, dependería de quién está haciendo el retrabajo y de lo que son capaces y de su experiencia con piezas BGA.

¿Cómo estamparía soldadura de plomo con piezas sin plomo ya en la placa? ¿Un proceso manual con una mini plantilla y una plantilla para colocarlo en el lugar correcto? Suena caro y propenso a errores.
@ScottSeidman: al principio, entendí la sugerencia como: poner todos los componentes, cada uno con la pasta correspondiente; reflujo con plomo, y las partes con plomo tendrán juntas quebradizas; ahora refluya en el perfil emplomado, de modo que las uniones quebradizas se derritan y se "vuelvan a unir", esta vez correctamente; pero pensándolo bien (después de leer su comentario), veo que mi interpretación inicial probablemente sea incorrecta (ahora veo múltiples problemas con ella). Pero sí, también veo los problemas que señalas. Sería ideal que tuviéramos máquinas CNC que "imprimieran" la pasta de soldadura en la placa (como alternativa a las plantillas)
Creo que esta puede ser una opción real para cuentas bajas, ya que para cualquier cantidad podría no ser práctico.
¡Qué error, puedes hacer bgas sin pasta! Sin embargo, necesitarías fundente.
@ScottSeidman Para eso están las bolas, ya que la plantilla proporcionaría diferentes cantidades de soldadura para cada almohadilla y podría hacer una mala conexión (o intermitente con impedancia). El flujo probablemente no sea un problema, algunos videos de reelaboración de BGA simplemente aplican el flujo e intentan mantener el grosor uniforme.
¿Es este el caso independientemente del acabado de la superficie? Por ejemplo, con acabado ENIG (a diferencia de HASL, que proporciona una capa delgada de material equivalente a la pasta de soldadura), ¿se pueden colocar BGA justo encima, sin aplicar pasta de soldadura, y será suficiente la cantidad de soldadura en las bolas? ? Siempre he tenido curiosidad por esto; como ejemplo, las huellas de la biblioteca de KiCAD para BGA tienen almohadillas en la capa PASTE, lo que significa que una plantilla proporcionará las aberturas para aplicar pasta en las almohadillas BGA.

Sé muy cuidadoso con esto...

Los BGA sin plomo tienden a ser Sn-Ag-Cu y ese contenido de cobre reaccionará con el plomo en la soldadura SnPb y causará uniones muy frágiles.

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

--EDITAR--

Solo para agregar algunas aclaraciones a esto, es arriesgado y causa grietas, pero como dijo el OP, es por un corto período de tiempo. A principios de 2019 terminé en una situación similar y siempre que le hable a la casa de ensamblaje que hay un proceso de tecnología mixta y que el reflujo está en los niveles apropiados, entonces funciona.

El único comentario adicional es que tenía Pb y BGA libres de Pb (debido al abastecimiento) y una tarjeta de prueba luego pasó por un flujo de tipo RoHS. Después del reflujo se realizaron inspecciones y hubo signos de que las bolas de Pb comenzaron a colapsar porque obviamente la temperatura y la duración fueron más largas y, por lo tanto, el estaño-plomo era más fluido.

Me pregunto si eso fue lo que afectó a las primeras consolas Playstation (la reparación común era volver a trabajar en el BGA).

Es posible obtener BGA reballed. Cuando mi último empleador estaba cambiando a RoHS, teníamos un lote de BGA de nuestra fábrica con bolas incompatibles con el proceso (no recuerdo en qué sentido).

Los enviamos a una empresa con una máquina de reballing láser.

Se requiere preparación de componentes si la confiabilidad es importante

Una preparación de componentes de doble soldadura elimina la contaminación por plomo .

Si no se realiza la preparación de los componentes, la unión fallará prematuramente, ya que esto provoca fragilidad. Hay una incompatibilidad metalúrgica.

Si se realiza la preparación del componente, el problema se mitiga y el ensamblaje puede ser conforme y aceptable para la clase 2, y con pruebas de proceso, clase 3.

Este proceso puede denominarse doble estañado o, para piezas BGA, es menos común, pero puede denominarse doble reballing . Aunque puede considerar algunas variaciones o un enfoque híbrido como se sugiere en los comentarios.

  1. Reball para diluir el plomo.
  2. reball para montaje

Este es un proceso prototipo. Hay un nivel de concentración objetivo que se considera aceptable. Mientras su proceso espere razonablemente alcanzar esta concentración, eso es lo que importa.

El proceso para limpiar plomo y oro y los estándares aplicables son en gran medida los mismos y es posible que su fabricante/ensamblador ya esté familiarizado, así que consulte con ellos.

Nota: La reducción de la vida útil depende de varios factores, si el producto puede tolerar tasas de falla más altas o si se realizan las pruebas adecuadas. Puede optar por buscar una mitigación más básica, como reballing básico, o ninguna mitigación por completo.

El doble reballing parece un poco excesivo. ¿No sería lo suficientemente bueno para desballear, estañar con SAC, limpiar y luego volver a ballear?
@SiHa, potencialmente, dependiendo de lo que recomiende la asamblea.
Tenga en cuenta que si tiene recursos de ingeniería para gastar (por ejemplo, esto es una ocurrencia continua o varios 10KU), hay formas empíricas de determinar cuánta preparación puede hacer.
Sí, supongo que los procesos sin plomo de las casas de ensamblaje están un poco más maduros ahora. Cuando estaba haciendo esto, ¡teníamos que decirles qué hacer! Por ejemplo, el fenómeno de la 'almohadilla negra' no se entendía ampliamente.
¿Se pueden soldar por reflujo los chips BGA con plomo con un proceso sin plomo?
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