Ancaya Alama_Perfil de Tesis

Universidad Tecnológica del Perú

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL PERU

FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICA Y MECATRONICA ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRONICA

PERFIL DE

TESIS

“MAQUINA DE INTEGRADOS

EXTRACCION DE BGA”

AUTOR: Renzo Ancaya Alama

LIMA – PERÚ

Febrero, 2011

Máquina de Extracción de Integrados BGA

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Índice Introducción

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1.- Planteamiento del Problema

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1.1.- Determinación del Problema

Pág. 5

1.1.1.- Problemática de Calor

Pág. 5

1.1.2.- Problemática del Flujo de Aire

Pág. 6

1.1.3.- Problemática de la Mala Alineación

Pág. 6

1.1.4.- Problemática del Choque Térmico

Pág. 6

1.2.- Formulación del Problema

Pág. 7

1.3.- Objetivos de la Investigación

Pág. 8

1.4.- Justificación de la Investigación

Pág. 9

1.5.- Facilidades y Limitaciones de la Investigación

Pág. 9

2.- Fundamento Teórico

Pág. 10

2.1.- Antecedentes del Estudio

Pág. 10

2.2.- Descripción de los Dispositivos a Usar

Pág. 11

2.2.1.- RTD

Pág. 11

2.2.2.- Computadora Estándar

Pág. 11

2.2.3.- Micro controlador 16f877

Pág. 11

2.2.4.- Resistencia de Nicrom

Pág. 12

2.2.5.- Fuentes de Alimentacion

Pág. 12

3.- Cronograma de Actividades

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Introducción Hace algún tiempo cuando se hablaba de reparar un equipo, se pensaba en piezas mecánicas, las cuales tenían que “tornearse” o engrasarse para que la máquina funcionase correctamente. Con el desarrollo de la tecnología, en especial la electrónica y microelectrónica, en las maquinas y dispositivos aparece una nueva etapa, la denominada “etapa de control” o “etapa lógica”, esta etapa se encarga de todo el procesamiento de un dispositivo, maquina o artefacto. Esta evolución tecnológica genero que el término “reparación”, deje de ser algo puramente técnico y se convierta en una parte de la ciencia, conforme fue avanzando la tecnología y los dispositivos que conforman esta “etapa lógica” se integraron e hicieron más pequeños, genero problemas al momento de la reparación, pues surge la pregunta “¿Cómo se reemplazan estos dispositivos?”. Después de un largo análisis, se determino que con calor se puede trabajar, sin embargo, no se puede desoldar un Circuito Integrado (CI) cuyos pines están por debajo y cuya densidad de pines bordea los 100 pines a más, entonces un flujo de aire caliente a alta temperatura nos brindara la solución; así nació nuestra ya conocida “Pistola de Calor”, un dispositivo que emite aire caliente a una temperatura aproximada de 320º C a un flujo constante, esto nos permite retirar y colocar los integrados de las diferentes placas electrónicas de la “etapa lógica”, sin saber que traería consigo nuevos problemas. Los dispositivos electrónicos están desarrollados por capas de elementos semiconductores, ya sea Silicio o Germanio, o ambos, estos elementos tienen una respuesta a la temperatura, y una elevada temperatura por un tiempo prolongado puede averiar un Circuito Integrado, pues estaría afectando directamente el comportamiento de los mencionados elementos seminconductores. Otro de los problemas que se observa al momento de colocar un CI, es la alineación del mismo, pues al ser un dispositivo pequeño sus pines están bastante juntos, y si no se tiene una buena técnica de colocación podría haber cortos circuitos ocasionando así daños al integrado y en el peor de los casos a la placa entera. Durante mucho tiempo para solucionar estos problemas se conto con personas altamente entrenadas en el tema de reparación, profesionales de la especialidad que estén altamente familiarizados y capacitados, por obvias razones, esto eleva su costo, y la reparación también. Muy aparte del factor económico, por muy preparado que sea un profesional, siempre existe y está presente el factor denominado “error humano”, el cual en este tipo de trabajos es bastante elevado. Debido al importante mercado en reparaciones de tarjetas electrónicas, y debido a la dificultad que existe al momento de soldar y extraer componentes micro BGA se recurre a una automatización de la ya conocida “pistola de calor” utilizada para dichos propósitos

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Universidad Tecnológica del Perú . El presente proyecto constara de un hardware que cuenta con un micro controlador, una interface serial para la comunicación con la computadora y un software mediante el cual se le ingresaran los valores para el cálculo del tiempo adecuado para soldar y desoldar de tal modo que no se dañe el componente. Este tiempo de soldadura se basa en una curva a la cual denominaremos “temperatura vs Tiempo”. Esta curva consta de 3 tiempos importantes, los cuales se explicaran a continuación: 1 Pre heater, es un tiempo de precalentamiento de la tarjeta, en este tiempo se busca homogenizar la temperatura de la tarjeta para que no sufra el denominado “choque térmico” cuando reciba el flujo de aire caliente. 2 Soak, es un tiempo donde la tarjeta alcanza una temperatura mayor para eliminar impurezas. Este tiempo es muy importante, puesto que para desoldar y soldar se utiliza un compuesto denominado “flux”, el flux tiende a ensuciar la tarjeta, por lo que este tiempo a una temperatura mayor limpia la tarjeta de diversas sustancias. 3 Reflow, es un tiempo donde la tarjeta alcanza el punto de fusión del estaño, en este tiempo se extrae o coloca el componente.

Figura 1. Se puede apreciar la curva de “temperatura vs tiempo”, para no dañar el integrado, orientando este concepto a una placa de Celular.

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1.- Planteamiento del Problema 1.1.- Determinación del Problema A medida que el Perú se posiciona mejor a la vista de inversiones extranjeras, todos los mercados crecen, incluido el mercado denominado “Rework”, comúnmente conocido como el mercado de “Reparaciones”. Ante esta creciente realidad, la industria peruana ha ido incursionando en este mercado; así se surgieron empresas formales que realizan contratos con los fabricantes para poder realizar reparaciones dentro de la garantía ofrecida por el fabricante a los equipos vendidos . El presente proyecto surge en la problemática de una de estas empresas dedicada a la reparación de equipos móviles, los llamados “celulares”, estos dispositivos que nos permiten estar comunicados todo el tiempo ya sea por motivos personales o laborales, tienen una gran demanda en la sociedad actual y como es lógico, también existe un alto porcentaje de equipos averiados . Desde que se incursiono en esta área, se trabaja con las ya conocidas “pistolas de calor”, sin embargo, a pesar del personal altamente calificado en el rubro, existe aún una alta tasa de equipos cuya reparación no es efectiva, lo cual ocasiona una perdida a la empresa, pues es un consumo extra de energía y la utilización de uno o más repuestos para una reparación que no fue satisfactoria. Este alto porcentaje de equipos cuya reparación no fue exitosa, genera molestias en el entorno laboral, puesto que el margen de ganancia no es el estimado. Ante esto, un grupo de profesionales tras un largo análisis determina los factores principales de estas reparaciones no exitosas, enumerándolas en orden de importancia de la siguiente forma: 1 2 3 4

Demasiado Calor avería los componentes y la tarjeta. Flujo muy fuerte genera que las pistas de estaño en la parte inferior se junten por la presión ejercida sobre el integrado. Mala alineación en la colocación genera que los pines no coincidan y no funcione correctamente. Choque térmico en la tarjeta genera soldaduras frías.

¿Cómo mejorar el indicador de reparaciones? La respuesta a la interrogante planteada es “corrigiendo las problemáticas que aquejan al área”, por lo que nace la pregunta de la investigación en curso. ¿Cómo corregimos en un solo proyecto cuatro (4) factores tan determinantes? Se analizara punto por punto las problemáticas del área para que se pueda encontrar una hipótesis de solución.

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1.1.1.- Demasiado Calor Avería Tarjetas y Componentes Todo componente electrónico tiene una respuesta en el tiempo con relación a la temperatura en la que se trabaja, cuando esta temperatura es lo suficientemente alta, el componente pierde su funcionamiento en base a los parámetros del fabricante, lo cual se conoce como “descalibrar” y en el peor de los casos romper las pistas internas por dilatación. Los componentes están colocados en la placa mediante un elemento conductor, el estaño, este elemento a altas temperaturas cambia su estado fisico de solido a plasmatico y al enfriarse regresa a su estado solido, esta propiedad permite la correcta soldadura de los CI. En la actualidad se utiliza estaño libre de plomo, este elemento requiere mayor temperatura para cambiar su estado fisico, sin embargo, es menos contaminante y menos dañino para la persona encargada de la reparación. Para que el estaño libre de plomo llegue a punto de fusión debe estar a aproximadamente 140º, esta temperatura sobre pasa el límite máximo de temperatura de trabajo de un CI; cuando una tarjeta está en proceso de reparación, no está encendida. A continuación valores de trabajo de un Amplificador de Potencia.

Tabla 1 Se puede apreciar los valores mínimos y máximos de temperatura soportados por el ambiente de trabajo, a su vez las unidades en las que son medidas.

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1.1.2.- Flujo muy fuerte genera que los puntos de estaño se junten. Cuando se llega a punto de fusión del estaño, este es bastante maleable, motivo por el cual si se ejerce una presión lo suficientemente fuerte, se puede expandir y formar una masa uniforme.

Figura 2 Se puede apreciar la mala colocación de un CI, a causa de mucha presión los pines en la placa principal se juntan. 1.1.3.- Mala Alineación La mala alineación es un problema de factor humano, pues la precisión en la colocación es un Arte y una actividad bastante difícil de controlar. Una ayuda tecnológica siempre es válida. 1.1.4.- Choque Térmico El choque térmico genera que la tarjeta se hinche, pues las capas internas se dilatan rompiendo las que están por encima. Al haber pistar rotas el funcionamiento del equipo se ve mermado.

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1.2.- Formulación del Problema Se puede definir el problema como la falta de control de temperatura y flujo en conjunto con el error humano. Se debe tener en cuenta que una curva de temperatura vs tiempo para un CI no es necesariamente la misma para otro, así, para una placa que cuenta con 5 CI diferentes, lo más probable es que existan 5 perfiles diferentes para su reparación. . Dentro de las limitaciones, se considera una cantidad máxima de perfiles, determinando este número en cincuenta (50) perfiles. Otro factor a considerar en este punto, es que existe la posibilidad de que un mismo CI se encuentre en más de un modelo de placa distinto, si el tamaño de las placas son similares, entonces se podrá asumir un mismo perfil para dos modelos distintos. La ventaja que tenemos al momento de la creación de perfiles es que se tiene márgenes de temperatura bastante grandes, esto brinda una gran gama de combinaciones de temperatura y flujo para el correcto proceso de reparación.

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1.3.- Objetivos de la Investigación La presente investigación tiene como objetivo fundamental la implementación de una maquina que permita corregir los factores de error en la industria de la reparación de tarjetas electrónicas de equipos móviles, por ende, se tiene como meta elevar la tasa porcentual de equipos reparados con éxito en una base de tiempo de 1 mes, con resultados efectivos luego de la primera semana donde se calibrara la máquina de acuerdo a perfiles adecuados de temperatura, tiempo y flujo del aire caliente. Para poder tener una métrica adecuada de este proceso de mejora, se tienen las estadísticas del mes inmediato anterior al de prueba de la maquina. Los factores de medición serán exactamente los mismos y se medirá sobre un mismo modelo de tarjeta. A continuación las estadísticas de los últimos 4 meses Cuenta imei

de

model i265 i275 i290 i335 i410 i465 i560 i570 i576 i776 i776w i830 i830w i856 i856w i876 i876w i877r i877s i880 i890 i9 Total general

status FAILED 238 9 1056 369 78 177 12 805 19 249 238 4 138 6 53 40 24 77 15 50 5 3662

PASSED 89 25 3044 974 69 414 10 2457 26 654 534 1 4 300 8 224 129 95 216 51 63 15 9402

Total general 327 34 4100 1343 147 591 22 3262 45 903 772 1 8 438 14 277 169 119 293 66 113 20 13064

Tabla 2 – Tabla general de todos los modelos

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Figura 3 – Estadísticas sobre todos los modelos. Otro objetivo importante en el proyecto es la reducción de tiempo de reparación y de repuestos utilizados. 1.4.- Justificación de la Investigación Las estadísticas mostradas en el punto anterior validan y justifican la implementación de un sistema de control en el área de reparaciones, motivo por el cual se procederá con el desarrollo del proyecto. Desde el factor económico, la implementación del proyecto es viable a mediano plazo, y los resultados tienen un tiempo estimado bastante corto. 1.5.- Limitaciones y Facilidades. La principal limitación en el desarrollo del proyecto es la de los sensores y la correcta calibración además del tiempo de desarrollo puesto que tiene que ser bastante corto debido a la creciente demanda y presión por parte del cliente para la solución definitiva y rápida de los dispositivos móviles a reparar. Se tiene como facilidad el acceso a estadísticas y apoyo en base a tiempo de investigación y desarrollo para la implementación del proyecto planteado.

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2.- Fundamento Teórico 2.1.- Antecedentes del estudio Desde hace ya algún tiempo se planeo la solución de un control de temperatura, mas no se realizo un control de flujo ni de alineación de integrados. Actualmente existen maquinas denominadas “Reworks” sin embargo, este tipo de maquinas tiene una temperatura estable pero no variable, cabe indicar que siempre mantiene una misma temperatura a lo largo del tiempo, a su vez, no corrige el alineamiento del componente. En este punto se puede indicar ver la distribución de una tarjeta lógica de un dispositivo móvil.

Figura 4 Cada CI que se puede apreciar en la figura 4, tiene una función específica, y un daño causado en cualquiera de estos dispositivos ocasionara un daño en el funcionamiento total del sistema.

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El diagrama de bloques que se plantea en la implementación del proyecto es el siguiente:

Software: calculo de tiempos

Micro controlador

Display de tiempo Generación de señales PWM Ingreso de datos: tamaño, densidad de pines

Pistola de Calor

Figura 5 Existen 2 programas principales, el Máster, desarrollado en Visual C++ instalado en una computadora que se encargara del procesamiento, y el programa Slave, desarrollado en PIC C, alojado en un micro controlador de gama Media, como es el 16f877.

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Programa en Computadora – Visual C++

Figura 6 Este diagrama de flujo representa la lógica de operación del programa madre desarrollado en Visual C++ alojado en la computadora central.

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Figura 7 Representa la operación del programa alojado en el microcontrolador

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2.2.- Descripción de Dispositivos a Usar 2.2.1.- RTD’s Estos dispositivos son sensores de temperatura, los cuales se utilizaran para calibrar de forma correcta la temperatura del aire caliente a entregar, a su vez, se utilizaran para monitorear que la temperatura se mantenga constante con un margen de error de aproximadamente ± 5%. 2.2.2.- Computadora Estándar Se utiliza un computador estándar donde se alojara el programa principal, este programa almacena los perfiles a utilizar para cada integrado. Se utiliza un lenguaje de programación robusto que permita una fácil comunicación con hardware externo, y también una forma ágil y fácil de utilización para el usuario. 2.2.3.- Micro controlador 16f877 Microchip Se utiliza el ya bastante conocido 16f877 porque es un micro controlador bastante versátil, económico, de poco desgaste energético y con módulos que permiten y facilitan la implementación de este proyecto. Cuenta con un bus de comunicación serial por medio del protocolo RS232, por tal motivo es fácil, ágil y confiable la comunicación con el programa Máster de la computadora. El mencionado controlador cuenta también con un modulo de Modulación por Ancho de Pulso, o conocido como PWM por sus siglas en ingles, este modulo facilitara el control de flujo y de temperatura en el proyecto. Su programación es adaptable al lenguaje C, por la existencia de compiladores en este lenguaje para este tipo de dispositivos. Por las razones ya mencionadas se utiliza este micro controlador. 2.2.4.- Resistencia de Nicrom Esta resistencia, es comúnmente utilizada en dispositivos de calor pasivo, es decir, planchas, o secadoras, son resistencias que calientan ante un flujo de corriente. Este tipo de resistencias se utilizara para el dispositivo pre – calentador. 2.2.5.- Fuente de Alimentación de Corriente y de Voltaje Las fuentes de alimentación son básicas en todo proyecto, se calculara el consumo estimado del proyecto en general y se implementara una fuente de voltaje constante, el cual permitirá alimentar enérgicamente todo el sistema. La fuente de corriente servirá para los sensores RTD, para poder calibrarlos de forma correcta, pues la resistencia de estos dispositivos variara con respecto a la temperatura, y lo que será más factible de medir será una diferencia de voltaje.

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3.- Cronograma de Actividades Este esquema de tiempo es el ya conocido Diagrama de Gham Sam 1

Sam 2

Def. Problema

Sam 3

Sam 4

Perfil de Tesis

Sam 5

Sam 6

Sam 7

Inv. Y Marco Teórico

Programación del Micro controlador Inv. De Tecnologías y Programas

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Sam 8

Sam 9

Costos y Logística

Sam 10 Presentación 1

Prueba Correcciones Prueba 2 1 Principio programación C+ + 1era Implementación de Hardware

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Referencias HAKKO FR – 1418 Operation and Maintenance Manual American Hakko Products, Inc. 28920 Avenue Willians Valencia, California HAKKO FR – 852 Specification Manuals American Hakko Products, Inc. 28920 Avenue Willians Valencia, California HAKKO FR – 803B Instruction Manuals American Hakko Products, Inc. 28920 Avenue Willians Valencia, California Motorola Mobility Soldering and Rework Iden Subscriber Division Motorola Mobility Manufacturing Process Specification Iden Subscriber Division Motorola Mobility https://compass.motorola.com Iden Subscriber Division

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Micro Electronica Seguridad Protocolos Inalámbricas Cableadas

REDES TELECOMUNICACIONES

ELECTRONICA

CONTROL

Campos de la Ingenieria Electronica

El proyecto en elaboración se encuentra dentro del area de Control, específicamente en microelectrónica.

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Programa de comunicacion Serial, envio datos a PC. int dato=0x10; void main() { setup_adc_ports(NO_ANALOGS); setup_adc(ADC_OFF); setup_psp(PSP_DISABLED); setup_spi(SPI_SS_DISABLED); setup_timer_0(RTCC_INTERNAL|RTCC_DIV_1); setup_timer_1(T1_DISABLED); setup_timer_2(T2_DISABLED,0,1); setup_comparator(NC_NC_NC_NC); setup_vref(FALSE); set_tris_b(0xff); set_tris_c(0b11000000); do { delay_ms(1000); output_toggle(PIN_C0); putc(dato); //printf("%x",dato); dato++; } while (true); }

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