Aula 21 - Estação de Resoldagem - Reflow and Reballing chipsets with Ball Grid Array

Atualmente um dos métodos mais utilizados para a conexão de componentes como chipsets, microprocessadores e até mesmo sockets, é o Ball Grid Array (BGA). Trata-se de fixação destes em uma placa de circuito integrado, por meio de soldagem de microesferas.

Figura 01 - Chip com conexão Ball Grid Array.

Esse método é massivamente utilizado em produtos eletrônicos presentes em muitos segmentos de mercado, como placas de vídeo, notebooks, placas-mãe, osciloscópios, circuitos de produtos hospitalares, estações CNC, injeções eletrônicas de automóveis e por aí vai.

Esse processo consiste de realizar a fusão das esferas entre o componente e a placa de circuito impresso, de forma que todas as esferas estejam perfeitamente ligadas, e desta forma promover o perfeito funcionamento. Mas todo componente eletrônico é sujeito a falhas e as diferenças de temperatura, vibrações e intempéries podem causar a ruptura (total ou parcial) de uma dessas conexões. E, se isso acontecer, o sistema pode deixar de funcionar corretamente.

Este problema fica mais latente nos dias de hoje quando, a partir de 2006, foi implantada a diretiva RoHS (Restriction of Harzadous Substances – Restrição a substâncias perigosas, como a solda de chumbo e estanho Sn63 Pb37), e as companhias que seguem os melhores padrões em relação à poluição ambiental e saúde de seus funcionários, passaram a adotar as soldas “Led Free” (livres de chumbo).

Figura 02 - Corte lateral de um chip do tipo BGA.

As soldas que contém chumbo possuem menor fragilidade e tem uma temperatura de fusão maior, o que dificultava o aparecimento desse problema. Mas a realidade hoje é diferente, pois cada vez mais os métodos utilizam mais o Led Free e também a tendência de mais e menores esferas vai se implantando.

Artefatos na tela em placas de vídeo, notebooks que não formatam e apresentam tela azul, computadores que não reconhecem wireless, troca de socket de placa mãe por danos, tablets que ligam e não apresentam imagem na tela, sistemas de injeção eletrônica que não realizam a função de partida e uma infinidade de problemas podem ser resolvidos com o reparo do BGA, e o pior disso é que grande parte desses casos é considerado como “irreparável”, devido à falta de profissionais habilitados para realizar esse tipo de reparo, que exige equipamentos avançados e mão de obra especializada.

Figura 02 - Estação de retrabalho em placas com chip "BGA".

Mas também existem modos mais “caseiros” de resolver esse problema. É bastante comum, por exemplo, aos usuários avançados de computador, ter presenciado ou pelo menos ouvido falar de casos em que placas são colocadas no forno para literalmente assar por um tempo e depois disso voltarem a funcionar.

Na verdade isso pode ocorrer, mas a placa não está “realmente reparada”. O que acontece é que geralmente, nesses casos, houve uma pequena trinca em alguma ou algumas das esferas e a dilatação dos materiais faz com que as duas partes se “acomodem” em contato, mas fica a ciência de que este reparo é por demais sensível, e o problema pode retornar a qualquer hora. Além, é claro, de poder danificar permanentemente outros componentes da placa.

Figura 03 - Chip recebendo novas esferas
de solda para realização de reballing.

As duas maneiras corretas de se realizar este reparo é com a estação BGA, por meio de uma dessas maneiras: o reflow ou o reballing.

Reflow - No processo do reflow não existe a necessidade da troca das esferas e nem a remoção do componente. Apenas é realizado um aquecimento em uma estação BGA adequada para que não haja risco de empenamento da placa de circuito integrado. Quando a temperatura de fusão é atingida, uma leve movimentação realiza a junção das duas superfícies, que após o resfriamento devem estar em perfeito contato.

A grosso modo, pode-se dizer que o processo de reflow apenas derrete as esferas para que elas possam ressoldar o componente na placa novamente. E isso tudo sem que o chip seja removido da placa.

Reballing - No Reballing o processo é mais complexo. É feita a remoção do chip e a troca das esferas. Neste caso são necessários insumos de trabalho, como o modelo correto de stencil (gabarito), estação de solda com ponta faca, esferas, fluxo de solda, malha de dessolda, pinça e outros eventuais elementos usuais que fazem parte do dia a dia de quem trabalha com este tipo de reparo.

 Figura 04 - Pad Repair Tools Maintenance Platform

A mão de obra é maior que no reflow, mas garante um trabalho mais eficiente no final. Isso porque o risco de o componente voltar a apresentar defeitos é bem menor, uma vez que todas as possíveis soldas defeituosas foram substituídas.
Uma das ferramentas indispensáveis para manutenção de placas BGA é o tapete de silicone e bas magnética, resistente ao calor quando fazemos a solda BGA com estação de solda ou pistola de calor, este  tapete possui isolamento e é uma Plataforma de Manutenção e suporte para Ferramentas de Reparo com compartimentos para localização de: estruturas para placa de circuito, para parafusos, peças com cobre, uma área de ferramentas magnéticas, 3 áreas de peças magnéticas, 7 áreas para peças não-magnéticas, uma régua escala, e 42 células de reposição, 124 pequenas células onde pode colocar de maneira segura 124 parafusos em ordem diferente. Além de ser resistente à altas temperaturas (500  ° C), suave e não é liso.

Figura 05 - Repair Opening Tools Kit Pry Spudger Screwdrive

A falta de mão de obra especializada nesse tipo de trabalho pode ser uma boa oportunidade de aprendizado e até mesmo de trabalho.

Para mais informações sobre BGA, equipamentos, manutenção ou cursos, você pode procurar por escolas que oferece este tipo de suporte para quem pretende ingressar nesta atividade.

Nesta atividade utilizaremos a ferramentas descritas para manutenção do Relógio Digital cujo diagrama está disponível em: 19_05_01 Relógio Digital com LED SRG.

© Direitos de autor. 2019: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 10/10/2023