Soldadura de Prototipos con BGA en
INTI-Electro´nica e Informa´tica
Revision : 1,9
Autores: Diego Javier Brengi, Mat´ıas Emmanuel Parra Visentin y Salvador Eduardo Tropea
Contacto: brengi@inti.gob.ar
INTI - Electro´nica e Informa´tica
3 de agosto de 2011
1

´Indice
´Indice 2
1. Introduccio´n 3
1.1. Caso de aplicacio´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2. Equipos y accesorios utilizados 3
2.1. Equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.2. Insumos y accesorios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.3. Elementos a soldar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3. Pasos para realizar la soldadura 5
3.1. Preparar el espacio de trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3.2. Limpiar la placa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3.3. Proteger elementos del PCB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3.4. Aplicar Flux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.5. Posicionar el PCB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.6. Encender el equipo de soldadura . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.7. Posicionar el componente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3.8. Colocar las termocuplas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3.9. Registrar la temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.9.1. Registro de temperatura utilizando Temperal . . . . . 9
3.10. Soldar el componente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.11. Limpiar la placa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.12. Terminar la tarea de soldadura . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4. Verificaciones y pruebas 13
4.1. Inspeccio´n visual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4.2. Ana´lisis del perfil de temperatura aplicado . . . . . . . . . . . 14
4.3. Inspeccio´n radiogra´fica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
4.4. Prueba del chip BGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
5. Perfil de temperatura 22
6. Lectura de referencia 24
´Indice de figuras 27
2

1. Introduccio´n
En este documento se presenta la informacio´n relevante para realizar
la soldadura de dispositivos BGA, en prototipos, con las herramientas y
elementos que posee el “Laboratorio de Desarrollo Electro´nico con
Software Libre” (DESoL) del “Instituto Nacional de Tecnolog´ıa
Industrial” (INTI), “Centro de Electro´nica e Informa´tica” .
Se trata de un documento pensado originalmente para uso interno, pero
que puede servir de ayuda o gu´ıa a cualquiera que desee replicar la expe-
riencia.
1.1. Caso de aplicacio´n
Esta gu´ıa esta´ basada en la soldadura de un dispositivo FPGA (Field
Programmable Gate Array) Spartan 3E de Xilinx (XC3S1600E-FGG320)
en un PCB de 4 capas de 7 x 7 cm. Se trata del proyecto en curso llamado
“S3PROTO” que busca brindar una placa de desarrollo para FPGA bajo la
metodolog´ıa de Hardware Libre y abierto, que adema´s sera´ utilizada como
base para soluciones a medida. El circuito impreso multicapa es un disen˜o
propio, realizado con Kicad, una herramienta de software libre, y fue fabri-
cado por una empresa1 que realiza la todo el proceso de fabricacio´n dentro
del pa´ıs.
2. Equipos y accesorios utilizados
2.1. Equipos
Estacio´n de soldadura por infrarrojos. En nuestro caso se utiliza un
equipo Jovy RE-7500.
Mesa XY para sujecio´n del PCB (Viene con el equipo antes mencio-
nado).
Medidor de temperatura2. Se utiliza en nuestro caso una PC con una
placa de adquisicio´n, termocuplas tipo J y software de registro. Este
equipo, desarrollado en el laboratorio, se lo menciona con el nombre
de Temperal. Se debe utilizar termocuplas de respuesta ra´pida (poca
masa), y se debe tener cuidado que ambos extremos de las termocu-
plas no este´n soldados con estan˜o, ya que en ese caso, su respuesta
sera´ ma´s lenta al llegar a la temperatura de fundicio´n del estan˜o (por
ejemplo: 232◦C). Este es el caso de las termocuplas de que vienen con
los mult´ımetros y registradores de bajo costo.
1El PCB fue fabricado por la empresa INARCI S.A.
2La estacio´n posee una termocupla con un visor integrado, sin embargo presenta varios
problemas: alta inercia te´rmica, alto error de medicio´n en las temperaturas de intere´s y el
software no permite guardar la curva obtenida, en un formato u´til, para posterior ana´lisis.
3

Equipo de inspeccio´n. Luego del proceso de soldadura es conveniente
realizar algu´n tipo de inspeccio´n para verificar que las bolitas se han
fundido. Los equipos de rayos X son el equipo ideal para visualizar
fallas de conexio´n, pero poseen un costo muy alto. Otros equipos ofre-
cen inspeccio´n lateral, espec´ıfica para BGA, que permiten ver incluso
algunas bolitas en los niveles internos del BGA. En nuestro caso uti-
lizamos un videoscopio de propo´sitos generales (Digimess DMS-133),
que nos permitira´ observar solamente el nivel exterior, pero que nos
dara´ una idea de como ha resultado el proceso.
Figura 1: Equipo de soldadura por infrarrojos.
2.2. Insumos y accesorios
Pinza Bruselas curva o recta antiesta´tica.
Cepillo antiesta´tico.
Alcohol isoprop´ılico.
Flux. En nuestro caso hemos utilizado un flux del tipo NC (no-clean),
de la empresa Norson EFD (Engineered Fluid Dispensing), modelo
6-412-A.
Removedor de flux (opcional, si el flux necesita limpieza).
Pulsera o talonera antiesta´tica.
Cinta te´rmica. Tipo Kapton, resistente a altas temperaturas.
Pinzas cocodrilo. Para sujetar y posicionar la termocupla.
4

2.3. Elementos a soldar
Circuito impreso. En general el PCB para un BGA sera´ multicapa. Se
recomienda acabado superficial por proceso de electro´lisis (no HASL,
Hot Air) para lograr pads bien planos. En nuestro caso para la primera
experiencia se utilizo´ terminacio´n de Ni/Au.
Componente BGA a soldar. Buscar informacio´n sobre la curva de tem-
peratura necesaria para su soldadura, los l´ımites ma´ximos, tipo de
soldadura lead-free (sin plomo) o tradicional (con plomo), etc.
Figura 2: Detalle de los pads BGA en el PCB.
Figura 3: Bolitas del dispositivo BGA a soldar.
3. Pasos para realizar la soldadura
3.1. Preparar el espacio de trabajo
Para comenzar el trabajo, necesitamos apagar el aire acondicionado para
que no se produzcan fluctuaciones de temperatura. Apagar ventiladores en lo
5

posible y en caso de que existieran corrientes de aire (ventilacio´n, ventanas,
etc.) colocar paneles que las frenen.
Proveer una buena iluminacio´n sobre el equipo, con ayuda de varias
la´mparas si fuera necesario.
Ordenar el banco de trabajo para poder trabajar co´modos y sin estorbos
visuales.
Reunir las herramientas necesarias y distribuirlas de forma pra´ctica y de
fa´cil acceso sobre la mesa de trabajo, a un lado de la estacio´n de soldadura.
Colocarse la pulsera o la talonera antiesta´tica.
Se recomienda tambie´n utilizar un mantel anti-esta´tico (no se ha utili-
zado en las primeras pruebas).
Se aconseja, las primeras veces, que realicen el procedimiento dos perso-
nas. Una operando el equipo y la otra revisando y apuntando la secuencia
de pasos, ayudando en la etapa de soldadura a medir tiempos o controlan-
do y avisando cuando se llegue a los niveles donde es necesario cambiar la
potencia del equipo.
Figura 4: Mesa de trabajo preparada para soldar el BGA.
3.2. Limpiar la placa
Limpiar adherencias o suciedades en los pads de la placa mediante alcohol
isoprop´ılico y el cepillo antiesta´tico. Una vez realizada la limpieza, secar el
alcohol con un papel que no deje fibras o restos del mismo.
3.3. Proteger elementos del PCB
En el PCB, colocar cinta te´rmica en el caso de que existan componentes
soldados en el lado opuesto de la placa para que no se desuelden. De tener
conectores pla´sticos u otros componentes que no resistan calor, protegerlos
con dicha cinta.
6

3.4. Aplicar Flux
Se aconseja utilizar un Flux espec´ıfico para este tipo de aplicacio´n (solda-
dura de BGA), que no necesite limpieza posterior, ya que resulta complicado
hacerlo en estos dispositivos.
Aplicar una pequen˜a cantidad de flux sobre los pads del PCB. Distri-
buirlo con el pincel antiesta´tico hasta que quede una fina pel´ıcula de flux
sobre la placa.
Retirar sobrantes, limpiar el pincel con alcohol isoprop´ılico y tapar el
flux.
Mucho flux puede ocasionar desplazamientos del BGA al entrar en ebu-
llicio´n. Muy poco flux puede impedir que las bolitas se acomoden y queden
soldadas adecuadamente al pad correspondiente.
Figura 5: (Izq.) Flux NC utilizado. (Der.) Aplicacio´n con pincel.
3.5. Posicionar el PCB
Colocar el PCB en la mesa XY y centrarlo. En nuestro equipo, el centro
de calor se encuentra desplazado hacia el frente con respecto al puntero la´ser.
Para obtener una correcta distribucio´n del calor, centrar el PCB en la zo-
na de mayor calor indicada en la hoja de calibracio´n, alineando previamente
la hoja de calibracio´n con el puntero la´ser.
La hoja de calibracio´n se encuentra adjunta en este procedimiento. Se
trata de una hoja de papel, donde se marca un punto que luego se ali-
neara´ con el puntero la´ser. Se enciende la ma´quina y se espera a que el
papel comience a quemarse en la zona de mayor calor3.
3.6. Encender el equipo de soldadura
Verificar que la estacio´n de soldado se encuentre en la posicio´n de Park
Mode, encenderla, esperar al menos 5 minutos para que se estabilice la tem-
3¡¡¡Retirar el papel antes que se prenda fuego!!!
7

peratura de pre-heat antes de iniciar el soldado del BGA (Instrucciones del
fabricante del equipo).
Figura 6: Panel de control manual del equipo de soldadura utilizado.
3.7. Posicionar el componente
Desplazar la placa mediante los rieles de la mesa XY hacia un lado para
poder centrar el componente sin que molesten los cabezales de la solda-
dora. Esto es necesario ya que alinear el componente visualmente requiere
observarlo exactamente desde arriba.
Tomar y colocar el componente BGA sobre el PCB con una pinza bru-
selas antiesta´tica o la bomba de vac´ıo de la estacio´n4.
Centrarlo con respecto a las marcas de la placa 5. Utilizar pinza bruselas
o algu´n elemento que permita desplazar lateralmente en forma precisa el
componente, una vez apoyado el mismo.
3.8. Colocar las termocuplas
Fijamos una de las termocuplas, con ayuda de las puntas cocodrilo, a
un lado del componente a soldar, apoyando sobre un pad de cobre expuesto
en el PCB. Como las termocuplas son flexibles, le daremos una forma de
arco similar a como se muestra en la fig.8 para que toda la superficie que no
tiene vaina (punta) quede apoyada y haciendo presio´n sobre el pad. Tambie´n
4Se trata de una sopapita, con un mango tipo la´piz conectada a una bomba de succio´n
5Es muy importante colocar en la serigraf´ıa las marcas de posicionamiento, segu´n las
instrucciones de la hoja de datos de nuestro componente BGA a soldar
8

pueden sujetarse con cinta Kapton, pero teniendo en cuenta que superados
los 200◦C la termocupla podr´ıa correrse o perder presio´n contra la superficie
a medir.
Si disponemos de otra termocupla (y otro canal de medicio´n) podemos
registrar la temperatura ambiente o una zona distinta de la placa (por ejem-
plo la temperatura inferior).
Figura 7: Termocuplas colocadas sobre el PCB. Una corresponde al equipo
de soldadura (no se utiliza) y la otra al registrador.
3.9. Registrar la temperatura
Preparar el sistema de registro de temperatura. El sistema debe permitir
visualizar en el momento la temperatura medida, y es aconsejable que los
datos se guarden para luego poder verificar la curva aplicada.
3.9.1. Registro de temperatura utilizando Temperal
Se mencionan los pasos espec´ıficos para nuestro sistema de registro. En-
cender Temperal y loguearse en dos terminales. Para comenzar a obtener
lecturas de temperatura y guardarlas en un archivo, en la primer terminal
de Temperal ponemos:
t15c -b -d 1 -H 1 -n 1000 > Nombre_Archivo
El significado de este comando es el siguiente:
9

Figura 8: Detalle del posicionamiento de la termocupla.
Figura 9: Visualizacio´n de los datos del registrador de temperatura. Atra´s
se observa la placa interfaz con PC de Temperal.
10

t15c: Es el nombre del ejecutable.
-b: No ir a background.
-d 1 -H 1: desde termocupla 1 hasta termocupla 1.
-n 1000: nu´mero de mediciones (una medicio´n por segundo).
Nombre Archivo: redirigimos la salida del comando a un archivo para
guardar los valores obtenidos.
Para visualizar las mediciones y los tiempos, en la segunda terminal
ponemos:
tail -f Nombre_Archivo
Se imprimira´ en pantalla las u´ltimas mediciones con sus respectivos tiem-
pos. Sugerencia de formato de “Nombre Archivo”:
AAAA_MMPalabras claveDESC.log
Donde:
AAAA=A~no
MM=Mes
DD=Dı´a
DESC=Descripcio´n corta de la operacio´n, una a tres palabras
solamente (sin espacios, usar _ para separar palabras).
3.10. Soldar el componente
Los pasos aqu´ı detallados se definieron luego de realizar repetidas prue-
bas, utilizando un PCB similar y arriba del mismo un chip similar (masa,
taman˜o y material). Con estos materiales se realizaron varias pruebas donde
se levantaba la curva final resultante. Se ajustaron los tiempos y los l´ımites
de temperatura para lograr los requisitos de niveles y tiempos recomendados.
Para cada conjunto placa/chip debe repetirse el proceso.
Durante la determinacio´n del perfil adecuado de temperatura fue de gran
ayuda utilizar una segunda termocupla para medir la temperatura del lado
opuesto del PCB. Se deben evitar diferencias importantes de temperatura
entre ambas caras del PCB.
La altura del calentador superior se regulo´ a 3,25 en la escala graduada
de la columna de sujecio´n6.
Realizamos el soldado del componente con la siguiente secuencia:
Ponemos la estacio´n Jovy en Normal Mode y ambos calentadores en
Reflow hasta los 90oC.
Cambiamos el calentador de arriba a Fast reflow hasta los 145◦C.
El calentador de arriba vuelve a Reflow hasta los 200◦C.
6La estacio´n posee un ma´stil con una escala en cent´ımetros que va de 1 a 7,5 cm
11

Volvemos a poner el calentador de arriba en Fast reflow hasta los
235◦C.
Apagamos el calentador de arriba (pero sin quitarlo de arriba del chip)
y continuamos en Reflow con el calentador inferior por unos 60 segun-
dos. Este paso se puede implementar de dos formas:
Por nu´mero de medicio´n: Se apaga el calentador de arriba a la me-
dicio´n nu´mero X (es decir, a los X segundos). Entonces tenemos
que esperar hasta la medicio´n nu´mero (X+60). Esto es para el
caso de Temperal que mide cada un segundo e informa el nu´mero
de medicio´n.
Por crono´metro: Otra forma es utilizar un reloj o crono´metro y me-
dir los 60 segundos.
Apagamos el calentador de abajo y ponemos la estacio´n de soldado en
Park Mode hasta 150◦C.
Encendemos el ventilador del equipo hasta el enfriado del PCB (aprox.
30◦C.).
Tabla resumen:
Calentador de
Abajo
Calentador de
Arriba
Hasta Inicio Fin
Reflow Reflow 90 ◦C
Reflow Fast Reflow 145 ◦C
Reflow Reflow 200 ◦C
Reflow Fast Reflow 235 ◦C
Reflow Apagado Por 60 segundos
Apagado Park Mode 150 ◦C
Apagado Fan 30 ◦C
Las columnas de inicio y fin se dejan para anotar el tiempo o el nu´mero
de muestra, de forma tal de poder reconstruir luego la curva de temperatura
aplicada, conociendo el momento justo donde se cambia la potencia aplicada
del equipo.
3.11. Limpiar la placa
Con el PCB ya fr´ıo, procedemos a quitarlo de la mesa XY y si es necesario
limpiar los restos de flux del mismo (Si utilizamos un flux que no necesita
limpieza, esta operacio´n puede ser contraproducente o innecesaria). Limpiar,
por cuestiones este´ticas la periferia del chip si fuera necesario.
En caso de necesitar limpieza utilizar alcohol isoprop´ılico o removedor
de flux y el pincel antiesta´tico.
12

Figura 10: Proceso de soldadura, con ambos calefactores (superior e inferior)
aplicados.
3.12. Terminar la tarea de soldadura
Ya nos podemos sacar la pulsera o la talonera y encender el aire acondi-
cionado, si lo hemos apagado.
Apagar los equipos utilizados, ordenar y limpiar el sector de trabajo,
como tambie´n las herramientas utilizadas.
Todo el proceso puede durar entre 15 y 25 minutos aproximadamente.
4. Verificaciones y pruebas
Mencionaremos muy ra´pidamente algunas de las posibles verificaciones
y pruebas que podemos realizar luego del proceso de soldadura. Cabe acla-
rar que en nuestro caso se ha soldado primero el chip BGA con el equipo
infrarrojo, y luego se han ido incorporando el resto de los componentes con
una estacio´n de soldadura convencional.
4.1. Inspeccio´n visual
Inspeccionamos las bolitas exteriores con un videoscopio. Se pueden com-
parar con ima´genes en internet para detectar posibles defectos del proceso.
Tener en cuenta que los chips lead-free se ven un poco distintos (bolitas
menos brillosas y menos aplastadas) que cuando tienen plomo.
En este sitio podemos encontrar algunos de los posibles defectos que
pueden aparecer: http://www.caltexsci.com/bga_scope.htm.
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Figura 11: Componente BGA soldado.
4.2. Ana´lisis del perfil de temperatura aplicado
Podemos tambie´n graficar la curva de temperatura obtenida con el re-
gistrador para comprobar si hemos superado el l´ımite ma´ximo permitido, si
hemos superado la temperatura de fusio´n de las bolitas durante el tiempo
mı´nimo recomendado, etc.
De observar el perfil obtenido (ver fig.15, fig.16, fig.17) vemos que hemos
superado los 235◦C durante 16 segundos, Por arriba de 217◦C ha estado
durante 67 segundos. Y la temperatura ma´xima fue de aproximadamente
241◦C.
4.3. Inspeccio´n radiogra´fica
La inspeccio´n con rayos X puede brindarnos mucha informacio´n sobre
como ha salido la soldadura del BGA. Mediante este me´todo se hacen evi-
dentes los cortocircuitos, bolitas faltantes, deformadas o con menos estan˜o,
errores de alineacio´n, etc. El equipamiento para realizar este tipo de ins-
peccio´n es costoso y deben tenerse recaudos en cuanto a la seguridad en el
manejo de los equipos.
Se tomaron radiograf´ıas en INTI-Meca´nica7 con la siguiente configura-
cio´n:
Tubo de rayos modelo PHILIPS MG 225L.
7Agradecemos la gran ayuda del Sr. Crease, William Sunday para obtener las ima´genes
radiogra´ficas.
14

Figura 12: Inspeccio´n ba´sica con videoscopio.
15

Figura 13: Vista lateral de la soldadura.
Figura 14: Detalle de las bolitas luego del proceso de soldadura.
16

Figura 15: Perfil de temperatura aplicado. Vista general.
Figura 16: Perfil de temperatura aplicado. Detalle sobre 217◦C.
17

Figura 17: Perfil de temperatura aplicado. Detalle sobre 235◦C.
Figura 18: Radiograf´ıa de la placa S3Proto-mini con el chip BGA soldado.
18

Figura 19: Radiograf´ıa de la placa S3Proto-mini, con ajustes de brillo y
contraste. Detalle del BGA.
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I de tubo de 3 mA.
Potencial a´nodo a ca´todo de 40 KV(pico).
Foco de 0,6 x 0,6 mm.
Pel´ıcula Structurix D3 de 8,9x43 cm, posteriormente digitalizada.
Distancia del tubo a la placa de 1 m.
Tiempo de exposicio´n de 8 minutos.
Pantalla intensificadora posterior de plomo de 300 µm.
Filtro de proteccio´n para el silicio de aluminio8 de 2 mm colocado a 4
cm por encima de la placa.
Reveladora automa´tica GE Nova.
El circuito se ubico´ con el chip hacia la placa radiogra´fica y el PCB
apuntando hacia la fuente de rayos, para minimizar la radiacio´n reci-
bida por el silicio.
Dosis de radiacio´n estimada: 100 a 130 mRems.
En las radiograf´ıas de la fig.18 y la fig.19 podemos observar que las bolitas
han conservado su forma, no se observan deformaciones ni cortocircuitos
evidentes y se encuentra correctamente alineado el BGA con el PCB ya que
no se observan los pads.
Figura 20: Equipo de rayos X, unidad de control.
Para mayor informacio´n sobre este tema consultar los art´ıculos de refe-
rencia brindados.
4.4. Prueba del chip BGA
Por supuesto, la prueba final sera´ energizar el dispositivo y observar su
funcionamiento, pero se debe tener en cuenta el SIR (Surface Insulation
Resistance) del flux utilizado y esperar el tiempo recomendado.
Se aconseja, al tratarse de prototipos, soldar los componentes de sopor-
te mı´nimos necesarios para una verificacio´n ba´sica de funcionamiento. Por
8La mejor alternativa recomendada es una la´mina de zinc de 300µm
20

Figura 21: Tubo de rayos X, montaje del dispositivo a radiografiar a 1m de
distancia.
Figura 22: Reveladora automa´tica.
21

ejemplo la red de alimentacio´n y lo necesario para acceder al JTAG si el
dispositivo posee este tipo de sistema de verificacio´n. Para las pruebas del
JTAG se utilizo´ la herramienta de software libre Openwince GNU JTAG
http://openwince.sourceforge.net/jtag/ agregando el soporte corres-
pondiente para nuestro dispositivo.
Figura 23: Placa S3PROTO-mini finalizada.
5. Perfil de temperatura
Explicaremos brevemente las consideraciones a tener en cuenta a la hora
de definir el perfil de temperatura deseado. Segu´n los documentos de refe-
rencia, debemos armar el perfil de temperatura deseado considerando los
siguientes para´metros:
SnPb: Aleacio´n de estan˜o y plomo.
SnAgCu: Aleacio´n de estan˜o, plata y cobre. Es una de las comu´nmente
utilizadas para soldadura lead-free.
22

Punto de fusio´n: Es la temperatura donde la aleacio´n deja de ser so´lida
(y pasa directamente a l´ıquida en el caso de aleaciones eute´cticas).
Para Sn63Pb37 es de 183◦C, para Sn95.6Ag3.5Cu0.9 de 217◦C (hay
varias aleaciones con mı´nimas diferencias, con similar punto de fusio´n),
SnAg3.5 de 221◦C, SnCu0.7 de 227◦C y Sn62.5Pb36Ag2.5 de 179◦C.
Ver http://en.wikipedia.org/wiki/Solder para conocer los puntos
de fusio´n de las distintas aleaciones utilizadas para soldar.
TAL: Time Above Liquidus. Es el tiempo durante el cual se supera la tem-
peratura de fusio´n. Se recomienda un tiempo entre 60 y 150 segundos.
Este para´metro es similar al wetting time.
PPT: Package Peak Temp. Es la temperatura medida arriba del encapsu-
lado. Importa la ma´xima a la que se llega (para no estropear el chip).
Es un dato dado por el fabricante del chip y depende del volumen y el
grosor del chip. Normalmente entre 245◦C y 260◦C. Para el caso del
chip BGA utilizado en nuestra experiencia el PPT es de 260◦C.
SJT: Solder Joint Temp. Es la temperatura deseada en la junta de solda-
dura para lograr una correcta unio´n de soldadura. Importa la mı´nima
necesaria para que se suelde correctamente el BGA. Para SnPb esta´ en-
tre 225◦C y 235◦C. Y para SnAgCu entre 234◦C y 245◦C. Tambie´n se
recomienda mantener esta temperatura por lo menos 10 segundos.
Preheat: Es el proceso de precalentamiento de la placa y el chip, antes de
acercarse a las temperaturas de activacio´n de flux. Se dan recomenda-
ciones de gradientes ma´ximos de 1◦C/s.
Flux activation: El flux comienza a realizar su trabajo alrededor de los
150◦C, y para cuando lleguemos a los 200◦C ya deber´ıa haber realizado
su funcio´n9. Los fabricantes recomiendan que se mantenga la placa
entre estas dos temperaturas durante 60 a 120 segundos.
Reflow: Es la zona donde ocurre la soldadura.
Enfriamiento: Es la zona siguiente al Reflow donde los materiales y com-
ponentes vuelven a la temperatura ambiente. Se debe tener cuidado
de realizar esta etapa en forma gradual para evitar shock te´rmico en
los componentes.
Ramp-up: Pendiente de crecimiento. Es la ma´xima pendiente de crecimien-
to recomendada para no dan˜ar los materiales, pasadas las etapas de
preheat y activacio´n de flux. Se recomienda no superar los 3◦C/s.
9Dependiente del tipo de flux utilizado.
23

Ramp-down: Pendiente de ca´ıda o enfriamiento. Es la ma´xima pendien-
te de enfriamiento recomendada. Si se superan estos valores pueden
dan˜arse los materiales involucrados, principalmente el PCB. Se acon-
seja un ma´ximo de 6◦C/s.
Algunas de estas pautas (o requisitos) fueron tomados de la norma
IPC/JEDEC J-STD-020D.1 (Ver Lectura de referencia).
Para lograr estos requisitos sera´ necesario realizar varias pra´cticas y ajus-
tar el procedimiento en cada caso (equipo de soldadura, chip, impreso y
condiciones ambientales) hasta lograr un procedimiento que los cumpla.
Varias notas de aplicacio´n recomiendan, para definir y refinar el proce-
dimiento de soldadura, instalar termocuplas en varios puntos claves como
son la superficie de la placa en una zona cercana al BGA, la parte superior
del componente BGA, y dos o tres puntos entre el BGA y el PCB (centro y
esquinas), perforando la placa y pasando la termocuplas desde abajo hacia
arriba. En nuestro caso, solo hemos colocado termocuplas encima del encap-
sulado y en ambos lados del PCB en una zona cercana al BGA, sin realizar
perforaciones en la placa.
Figura 24: Pautas para el perfil de temperatura en soldadura sin plomo.
6. Lectura de referencia
“Soldadura, inspeccio´n y verificacio´n, en laboratorio, de un
prototipo con chip BGA”. Instituto Nacional de Tecnolog´ıa Indus-
trial, Centro de Electro´nica e Informa´tica, Laboratorio de Desarro-
24

llo Electro´nico con Software Libre, Autores: Diego Brengi, Salvador
Tropea, Mat´ıas Parra Visentin y Christian Huy. Congreso de Micro-
electro´nica Aplicada 2011 - uEA2011. (En evaluacio´n)
http://utic.inti.gob.ar/publicaciones/
“General Soldering Temperature Process Guidelines”, “Sol-
der Joint and Package Temperature for Pb-free BGA in SnPB
and Pb-free Solders in IR or Convection Reflow”. Freescale Se-
miconductor. Application Note. Document Number: AN3300. Rev. 0,
07/2006.
http://cache.freescale.com/files/microcontrollers/doc/app_
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“Implementation and Solder Reflow Guidelines for Pb-Free
Packages”. Author: Mj Lee. Application Note, XAPP427 (v2.5) Fe-
bruary 4, 2010.
http://www.xilinx.com/support/documentation/application_notes/
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“Device Package User Guide”, Chapter 7, “Reflow Soldering
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22, 2010.
http://www.xilinx.com/support/documentation/user_guides/ug112.
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“Moisture/Reflow Sensitivity Classification for Nonhermetic
Solid State Surface Mount Devices”, IPC/JEDEC J-STD-
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http://en.wikipedia.org/wiki/Reflow_soldering
http://en.wikipedia.org/wiki/Solder
26

´Indice de figuras
1. Equipo de soldadura por infrarrojos. . . . . . . . . . . . . . . 4
2. Detalle de los pads BGA en el PCB. . . . . . . . . . . . . . . 5
3. Bolitas del dispositivo BGA a soldar. . . . . . . . . . . . . . . 5
4. Mesa de trabajo preparada para soldar el BGA. . . . . . . . . 6
5. (Izq.) Flux NC utilizado. (Der.) Aplicacio´n con pincel. . . . . 7
6. Panel de control manual del equipo de soldadura utilizado. . 8
7. Termocuplas colocadas sobre el PCB. Una corresponde al
equipo de soldadura (no se utiliza) y la otra al registrador. . . 9
8. Detalle del posicionamiento de la termocupla. . . . . . . . . . 10
9. Visualizacio´n de los datos del registrador de temperatura.
Atra´s se observa la placa interfaz con PC de Temperal. . . . . 10
10. Proceso de soldadura, con ambos calefactores (superior e in-
ferior) aplicados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
11. Componente BGA soldado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
12. Inspeccio´n ba´sica con videoscopio. . . . . . . . . . . . . . . . 15
13. Vista lateral de la soldadura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
14. Detalle de las bolitas luego del proceso de soldadura. . . . . . 16
15. Perfil de temperatura aplicado. Vista general. . . . . . . . . . 17
16. Perfil de temperatura aplicado. Detalle sobre 217◦C. . . . . . 17
17. Perfil de temperatura aplicado. Detalle sobre 235◦C. . . . . . 18
18. Radiograf´ıa de la placa S3Proto-mini con el chip BGA soldado. 18
19. Radiograf´ıa de la placa S3Proto-mini, con ajustes de brillo y
contraste. Detalle del BGA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
20. Equipo de rayos X, unidad de control. . . . . . . . . . . . . . 20
21. Tubo de rayos X, montaje del dispositivo a radiografiar a 1m
de distancia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
22. Reveladora automa´tica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
23. Placa S3PROTO-mini finalizada. . . . . . . . . . . . . . . . . 22
24. Pautas para el perfil de temperatura en soldadura sin plomo. 24
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