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一個表面貼裝組件從在生產線上開始敷涂焊膏起,其價值就在不斷增長。在完成再流焊后,這個價值增長的過程便會結束。若再流焊后發現缺陷而將該產品廢棄,對制造商來說損失較大。因此,為返修表面貼裝組裝件尋找有效的解決辦法成為許多制造商的明智的商業投資,尤其是在生產具有很高價值的電路板情況下。這類裝配廠家可能要裝配大規模系統集成類產品;使用昂貴的多層板或特殊的基層材料;采用價值不菲的部件如特定應用器件、高集成度的系統級芯片(SoC),或先進封裝技術器件(系統級封裝件 ,即SiP)。
為了最大限度地減少浪費和提高成品率,裝配廠商需要具有進行高質量手工返修能力的工具。當然,操作人員的高技能水平也是不可缺少的,特別是在采用精細間距的部件或IC且涉及分區陣列互連的情況下。然而,選擇合適的工具和技術將部件從缺陷位置上拆下,為返修如何對電路板做相應的處理,以及如何更換或返修元件,往往是最終決定返修達到何種水準的關鍵因素。
圖1通過熱傳導加熱拆除部件。
裝配的缺陷
裝配缺陷可能是由于絲網印刷錯誤所致,如焊錫膏不足或過量,或者敷涂不準確。元件置放也可能出錯,如元件位置不準、極性錯誤,以及置放元件時施力過度,造成元件引腳變形或部件本體損壞。有時,還會出現元件缺失,因而需要去掉缺失位置處的再流焊錫,并以手工補上元件。再流焊工藝引起的其他裝配缺陷 (包括橋接、錫球或者元件一端立起) 也需要手工返修。
圖2 OKI的 HCT-900對流加熱系統。
元件的拆除
對于大多數表面裝配缺陷,一般都得先將牽涉到的元件拆除。
可直接用烙鐵或特殊的返修烙鐵來焊下該元件。若采用烙鐵直接焊下表面貼裝元件,該元件就不能重新使用。用烙鐵頭接觸元件可能會損壞具有超密間距的引腳互連,或某一芯片電阻或電容的部件本體損壞和變形。而且,用工作在最大溫度下的烙鐵接觸部件,因為提供過度的熱量而燒壞元件。這樣會導致元件互連失效和損壞半導體器件,使元件無法使用。好在有些專為裝配返修設計的烙鐵可以改變功率,從而將焊接點的受熱控制在理想的溫度上,不會出現熱過沖。OK公司的返修烙鐵系列產品(圖1)就屬這類產品,具有直接控制功率特性,而且使用專門設計的返修烙鐵,在熱傳導上具有多種優勢。例如,可使受熱區局限在很小的范圍內,因此可防止周邊區域的元件承受過高溫度。這樣,已經形成的焊接點就不會重新熔化,對溫度敏感的元件也可避免高溫度。
另一方面,熱風加熱型工具能更好地控制缺陷部位的受熱量和強度。熱能自然地分布在電路板上一個較大的區域。這對需要熔化大量焊接點才能拆下某一部件(如QFP ,甚至bga封裝的IC)的場合可能有好處。通過控制熱量,即控制焊接點達到熔化溫度的速度,就可以避免熱沖擊。如OK公司的HCT-900(圖2)手工再流焊工作臺就提供多種可選擇的噴嘴,以適應不同尺寸的封裝件(圖3)。采用這種設備,操作人員就能控制目標部件I/O端周圍局部區域的受熱量??蛇x用的噴嘴包括:針對PLCC、QFP和BQFP封裝的四方形噴嘴、與工業標準SOIC和TSOP外形匹配的雙噴嘴,以及針對芯片和SOT型封裝件的各種噴嘴。
焊盤的清理
元件拆除后,可能需要清除缺陷所在處的殘留焊釬料。去除電路板焊盤的殘留焊料的有效方法是采用返修烙鐵熔焊并用吸錫編帶配合使用(圖4)。要檢查缺陷部位焊料是否徹底清除,必要時應重新熔焊和擦拭。當原來的焊料清除后,便攜式點膠機在焊膏敷涂時就可派上用場;用這種時間, 壓力型點膠機將焊膏涂敷到所需的PCB焊盤上,且焊膏量可細調,涂敷位置精確 。
圖3 針對工業標準部件外形的對流加熱吸嘴。
另一方面,焊盤上已有的焊料有可能重新使用。若要再次使用,需要在手工再流焊工作臺加熱前在焊盤上涂敷助焊劑,使焊料熔化到能流動起來,為置放元件提供均勻平滑的表面張力面。無論是采用烙鐵來直接加熱,還是采用再流焊工作臺以對流方式加熱,冷卻后和置放元件前都要用符合要求的溶劑清洗電路板上的焊盤部位。
局部再流焊
手工準確地將元件置放到位后(用小鑷子或真空吸筆,也許還要用到放大鏡,尤其是當器件很小或其引腳間距很密時),元件的引腳需要與PCB焊盤相形成新的焊點。對表面貼裝部件,若需要獲得高質量的返修效果,采用再流焊工作臺以對流方式加熱是唯一的選擇。像OK公司的 HCT-900這樣的設備,由于可選擇不同的噴嘴,直接在標準封裝件的I/O端上加熱,因此允許操作人員單獨對個別元件進行再流焊,且不影響電路板上其他元件。最新一代的返修專用再流焊工作臺 (像OK公司QX-2)便能更好地控制回流溫度曲線和回流時間。相關的參數可由生產管理人員或應用專家來預設,因此,可實現對個別元件再流焊的自動控制(圖5),從而提高工藝一致性和減少人為錯誤。比如,采用HCT-900再流焊工作臺,就可以選擇各種噴嘴,包括與工業標準的IC封裝和芯片型器件相匹配的雙噴嘴和四方形噴嘴(圖6)。用戶定制的或異形部件,包括RF屏蔽件,也可用對流加熱解決方案(如配有專用噴嘴的HCT-900或QX-2) 來完成返修工作。這些方案能很快實現,且成本不高,因為開發和生產少量定制噴嘴的市場機制已經很成熟。
結論
每年,全球都有成千上萬的電路板因部件焊接缺陷、元件故障或置放錯位而需要返修。返修可能在產品生產出來后立即進行,也可能是產品從使用現場返回后需要維修。選擇拆除部件、清理焊盤表面以及置放元件所需的工具和技術,主要取決于需要采用什么樣的方式來加熱待修復區域焊接點。這將最終決定是采用熱傳導的方式,還是熱對流方式,具體的選擇取決于原來的元件和焊料是否要重新使用。
現在返修工具的適應范圍和能力已經能夠滿足采用超密間距表面貼裝IC、無源元件和連接器的高密度產品的要求。因此,制造廠商和返修專家可專注工具的選擇,而不必苛求操作人員的技能及判斷力。市場上現已有多種可選件,能滿足電路板上各種專門部件的返修要求,其中包括返修只影響缺陷部位近鄰的再流焊吸嘴。