Redukce BGA100 - TQFP100 pro MCU LPC546xx

      23.6.2021 Doba je zlá, podřízli čokla kudlou zahnutou... Asi každý z vývojářské branže se teď potýká s vážným nedostatkem některých součástek. Poprvé jsem před cca 2 měsíci četl na diskusi nářky kolegů, že nejsou MCU STM32 a tak ze zoufalství skupují poslední ST Nucleo kity, z kterých čipy vypajují. A nevyhnulo se to ani nám v práci. Na jaře jsem routoval několik měsíců 2 docela komplexní desky (co jsem doposud kdy navrhoval) a tak jsem na sledování zásob obchodů neměl čas (loni ještě všechny potřebné součástky byly dostupné). Pak se desky poslaly do výroby a na osazování a najednou začly chodit maily, co všechno nelze objednat. V daném projektu byl klíčový problém s MCU LPC54616 od NXP, k němuž nám hlavní distributor oznámil "super" dodací termín 52 týdnů :-0. Začal jsem tedy hledat všude možně různé alternativy. Kupodivu jsem MCUčko našel na Utsource v neuvěřitelném počtu 41517 kusů. Tak jsem se (předčasně) zaradoval, zaregistroval a zaplatil objednávku soukromým PayPalem. Po pár dnech byla ale platba bez jakéhokoliv vysvětlení vrácena. Na webu Utsource byla jen zmínka, že je zaplaceno a předpokládaná doba dodání 5.4.-5.7.2021. Napsal jsem jim tedy zprávu, co to má jako znamenat a přišla poněkud vyhýbavá odpověď:
Dear friend, Thanks for your email. I am Judy, the dedicated sales representative for you from Utsource. Because of shortage of global supply chain, the parts LPC54616J512BD100E are out of stock. electronic component market change every day, so sometimes our website data is not precise, sorry for any confusion caused to you. If you have any other requirement in the future, please feel free to contact us. We are always here for customer support.
Ano, poněkud neprecizní skladová data, načež se ani neobtěžovali na webu to hausnumero zresetovat na nulu. Takže tudy cesta nepůjde...
      Nakonec se mi podařilo od distrubutora vyškemrat 2 vzorky LPC54606J512ET100, které nemají CAN FD, ale jen klasický CAN. S tím by se pro začátek dalo žít, ale poněkud podstatnější vada na kráse je, že to jsou čipy v pouzdru BGA100 (9 x 9 mm s roztečí kuliček 0,8 mm) a já mám na desce TQFP100 footprint. Napadlo mě tedy vyrobit redukci (interposer) - malý plošňáček, který se připájí na hlavní desku a na něj se připájí BGA čip. Jelikož nemám využité všechny piny a většina vnitřních je VCC a GND, podařilo se mi to zaroutovat na obyčejný 2-vrstvý plošňák s šířkou spojů a mezer 5 mil a prokovy 0,2 / 0,4 mm. Ideální by bylo, kdyby se na kraje TQFP padů daly dát rozpůlené odmaskované prokovy, jako je to běžné u různých BT / GPS / GSM / WiFi modulů, ale pro šířku padu 0,3 mm mi to nikdo nevyrobí. Zjišťoval jsem i možnosti dodatečného nakovení po zamaskování, ale taky nelze.
      V úterý mi přišly osazené desky a tak jsem se hned pustil do pájení interposerů. Aby nedošlo k náhodnému dotyku částečně odmaskovaných prokovů, nalepil jsem na spodek čtvereček tenké kaptonové pásky. První pokus jsem úplně zkurvil, asi vlivem špatného zarovnání se mi pod interposerem vytvořily neodstranitelné zkraty a tak nezbylo, než ho odpájet. Navíc jsem zjistil, že předehřev v práci je mimo provoz, takže jsem musel horkovzduchem kapánek přitopit na 350 - 360°C, abych to vůbec prohřál, protože spodní 8-vrstvá deska odváděla hodně teplo a tak jsem rožky a horní hrany osmažil do černa, což ale na funkci rostlináře nemá vliv. Na druhé desce se povedlo interposer připájet bez zkratů, avšak asi 15 padů nemělo vodivé propojení (zlacený povrch jsem pochopitelně před pájením pocínoval). Pokoušel jsem se tedy do vadných spojů přidat cín, aby zatekl dovnitř, což se víceméně dařilo, až na jeden vzdorující spoj. Ten jsem nakonec dneska udolal jehlovým hrotem mikropájky.
      Pak jsem se vrátil k první desce. Pady TQFP footprintu jsem očistil licnou a znovu pocínoval. Jenže zde nastal problém v tom, že se mi mikropájkou nedařilo na padech udělat větší cínové bochánky. Naopak hrot má tendenci cín z padu stahovat. vyzkoušel jsem i šedou cínovou pájecí pastu, ale nějak se mi blbě tavila a výsledné pocínování padů bylo dost nekonzistentní (nemám šablonu, nanášel jsem tak lajnu přes všechny pady). Přemýšlel jsem, jak na pady dostat definované množství cínu a napadlo mě použít cínové kuličky pro BGA reballing o průměru 0,45 mm, které jsem si dříve koupil na reballing videopamětí grafické karty EVGA GTX 670. Jak se ukázalo, je to množství tak akorát, 1 kulička na 1 pad. Problém je, že nelze kuličky na pady nasázet a zafoukat najednou, protože by se slily dohromady. Takže jsem musel kuličky nabírat po jedné, vždycky je pinzetou umístit na pad a zafoukat horkovzduškou. I tak se mi občas 2 sousední pady slily, musel jsem cín odsát mikropájkou a nakuličkovat znova. Chce to pevné ruce a nervy. Jakmile byla deska už dostatečně prohřátá, kulička se po dotyku s padem hned rozlila do tvaru kýženého bochánku. Nakonec jsem ještě všechny takto pocínované pady přejel tavidlem, pofoukal a pošťouchal pinzetou, aby došlo k rozlití po celé délce padu.
      Pak jsem opět nanesl tavidlo, usadil interposer a opatrně ho zafoukal. Pinzetou jsem ještě naháněl cín z padů směrem dovnitř. Následovala opět kontrola propípáním TQFP a BGA padů, tentokrát jen 3 spoje neměly kontakt. Protože v tomto případě byla výška interposeru nad hlavní deskou vyšší, bylo snazší tam přidat další cín. Jednoduše jsem k čouhající části TQFP padu pinzetou přisunul další kuličku, zafoukal a jakmile se roztekla, natlačil jsem cín dovnitř a spoj se propojil. Banální věc, která trvá 2 - 3 minutky a tady jsem se s tím mrdal celý den. Samotné připájení BGA čipu už bylo celkem v pohodě. Pocínoval jsem BGA pady na interposeru, nanesl tavidlo, usadil čip na střed a pár minut pofoukal, než si sednul. Jestli je vše propojeno jak má, uvidím, až se mi povede do MCU nalít nějaký testovací program (s NXPčkama zatím nemám žádné zkušenosti). Zatím jsem se jen zkusil v Keilu napojit na MCUčko přes SWD pomocí Ulinku 2 a IDčko čipu to vyčetlo, takže nějak to žije...

BGA100 interposer PCB layout BGA100 interposer 2 panelized PCBs preparing the solder pads before placing interposer masking PCB with kapton tape soldered BGA100 interposer on main PCB BGA100 interposer with soldered MCU on top
PCB layout PCB panelizace pocínované pady kaptonka interposer na MB BGA MCU



Zpět

Aktualizováno 27.6.2021 v 17:30

Získejte registraci domén s tld .online, .space, .store, .tech zdarma!
Stačí si k jedné z těchto domén vybrat hosting Plus nebo Mega a registraci domény od nás dostanete za 0 Kč!
Objednat