Kulki lutownicze (solder balls) są sercem technologii BGA – to przez nie realizowane są wszystkie połączenia elektryczne między chipem a płytą główną. Dobór właściwego stopu i rozmiaru kulek do reballing ma bezpośredni wpływ na trwałość naprawy i niezawodność przywróconego układu. Użycie nieodpowiednich kulek to jeden z częstszych błędów niedoświadczonych serwisantów.
Rynek oferuje kulki lutownicze w różnych stopach metalurgicznych i rozmiarach. Nie każda kulka pasuje do każdego chipa – wymagania producenta chipu określają konkretny stop i średnicę kulek, a ich dobór musi uwzględniać także profil reflow i specyfikę płyty, na której chip będzie montowany.
Stopy lutownicze stosowane w kulkach BGA
Najpopularniejszy stop w nowoczesnych układach BGA to SAC305 (96,5% cyna, 3% srebro, 0,5% miedź), będący standardem bezołowiowym zgodnym z dyrektywą RoHS. SAC305 charakteryzuje się temperaturą topnienia 217–220°C, dobrą zwilżalnością i odpornością na zmęczenie termiczne. W starszych układach (przed 2006 r.) stosowany był ołowiowy Sn63Pb37 z temperaturą topnienia 183°C. Niektórzy producenci używają stopów niskotopliwych (Sn-Bi) do specjalnych zastosowań. W serwisie najczęściej używamy SAC305, dostosowując profil reflow do konkretnego układu.
Rozmiary kulek i jak je dopasować do chipu
Kulki BGA produkowane są w standardowych średnicach: 0,2 mm, 0,3 mm, 0,35 mm, 0,4 mm, 0,45 mm, 0,5 mm, 0,55 mm, 0,6 mm, 0,65 mm, 0,76 mm i inne. Rozmiar właściwy dla danego chipa określony jest w dokumentacji producenta (data sheet) lub na rysunkach mechanicznych. Nieprawidłowy rozmiar kulek może prowadzić do mostkowania (kulki za duże) lub niedomontowania (kulki za małe, niewystarczający kontakt z padem po reflow). Dobór rozmiaru kulek musi uwzględniać także grubość stencila – grubszy stencil przy mniejszych kulkach może nie działać prawidłowo.
Jakość kulek i weryfikacja dostawcy
Jakość kulek lutowniczych ma ogromne znaczenie. Kulki niskiej jakości mogą mieć niejednorodny skład stopu, nieprecyzyjną sferyczność lub zanieczyszczenia powierzchniowe, co skutkuje nierównym topnieniem i słabą zwilżalnością. Zaufani producenci kulek BGA to m.in. Kester, Alpha, Nihon Superior, Indium Corporation i Senju. Dla amatorskich zastosowań dostępne są tańsze kulki chińskie – mogą być odpowiednie, ale wymagają weryfikacji poprzez testy. Profesjonalny serwis używa kulek sprawdzonych dostawców z certyfikatami składu metalurgicznego.
Przechowywanie i obsługa kulek lutowniczych
Kulki lutownicze należy przechowywać w szczelnych pojemnikach, w suchym środowisku, z dala od wilgoci i utleniających substancji. Wilgoć powoduje utlenianie powierzchni kulek, co drastycznie pogarsza ich zwilżalność podczas lutowania. Przy pracy z kulkami należy używać pęset antystatycznych lub metalowych łyżeczek – dotykanie kulek palcami pozostawia tłuste ślady zanieczyszczeń. Kulki przechowywane w złych warunkach przez długi czas mogą wymagać dodatkowej aktywacji topnikiem przed użyciem lub – w skrajnym przypadku – muszą być zastąpione nową partią materiału.
