SMT貼片返修主要的九種過程
(1)取下元器件。成功的返修首先是將故障位置上的元器件取走。將焊點(diǎn)加熱至熔點(diǎn),然后小心地將元器件從板上拿下。加熱控制是返修的一個關(guān)鍵因素,焊料必須完全熔化,以免在取走元器件時損傷焊盤。與此同時,還要防止PCB加熱過度而造成PCB扭曲。
(2)線路板和元器件加熱。先進(jìn)的返修系統(tǒng)采用計算機(jī)控制加熱過程,使之與焊膏制造廠商給出的規(guī)格參數(shù)盡量接近,并且應(yīng)采用頂部和底部組合加熱方式(女日圖8-42所示)。底部加熱用以升高PCB的溫度,而頂部加熱則用來加熱元器件,元器件加熱時有部分熱量會從返修位置傳導(dǎo)流走。而底部加熱則可以補(bǔ)償這部分熱量而減少元器件在上部所需的總熱量,另外,使用大面積底部加熱器可以消除因局部加熱過度而引起的PCB扭曲。
(3)加熱曲線。加熱曲線應(yīng)精心設(shè)置,先預(yù)熱,然后使焊點(diǎn)回焊。好的加熱曲線能提供足夠但不過量的預(yù)熱時間,以激活助焊劑,時間太短或溫度太低則不能做到這一點(diǎn)。正確的再流焊溫度和高于此溫度的停留時間非常重要,溫度太低或時間太短會造成浸潤不夠或焊點(diǎn)開路。溫度太高或時間太長會產(chǎn)生短路或形成金屬互化物。設(shè)計最佳加熱曲線最常用的方法是將一根熱電偶放在返修位置焊點(diǎn)處,先推測設(shè)定一個最佳溫度值、溫升率和加熱時間,然后開始試驗(yàn),并把測得的數(shù)據(jù)記錄下來,將結(jié)果與所希望的曲線相比較,根據(jù)比較情況進(jìn)行調(diào)整。這種試驗(yàn)和調(diào)整過程可以重復(fù)多次,直至獲得理想的效果。
(4)取元器件。一旦加熱曲線設(shè)定好,就可準(zhǔn)備取走元器件,返修系統(tǒng)應(yīng)保證這部分工藝盡可能簡單并具有重復(fù)性。加熱噴嘴對準(zhǔn)好元器件以后即可進(jìn)行加熱,一般先從底部開始,然后將噴嘴和元器件吸管分別降到PCB和元器件上方,開始頂部加熱。加熱結(jié)束時許多返修工具的元器件吸管中會產(chǎn)生真空,吸管升起將元器件從板上提起。在焊料完全熔化以前吸起元器件會損傷板上的焊盤,"零作用力吸起"技術(shù)能保證在焊料液化前不會取走元器件。
(5)預(yù)處理。在將新元器件換到返修位置前,該位置需要先做預(yù)處理。預(yù)處理包括兩個步驟:除去殘留的焊料和添加助焊劑或焊膏。
①除去焊料。除去殘留焊料可用手工或自動方法,手工方式的工具包括烙鐵和銅吸錫線,不過手工工具用起來很困難,對于小尺寸CSP和倒裝芯片焊盤還很容易受到損傷。
自動化焊料去除工具可以非常安全地用于高精度板的處理(圖8-43),有些清除器是自動化非接觸系統(tǒng),使用熱氣使殘留焊料液化,再用真空將熔化的焊料吸入一個可更換過濾器中。清除系統(tǒng)的自動工作臺一排一排依次掃過線路板,將所有焊盤陣列中的殘留焊料除掉。對PCB和清除器加熱要進(jìn)行控制,提供均勻的處理過程以避免PCB過熱。
②助焊劑、焊膏。在大批量生產(chǎn)中,一般用元器件浸一下助焊劑,而在返修工藝中則是用刷子將助焊劑直接刷在PCB上。 CSP和倒裝芯片的返修很少使用焊膏,只要稍稍使用一些助焊劑就足夠了。BGA返修場合,焊膏涂敷的方法可采用模板或可編程分配器。許多BGA返修系統(tǒng)都提供一個小型模板裝置來涂敷焊膏,該方法可用多種對準(zhǔn)技術(shù),包括元件對準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)。
在PCB上使用模板是非常困難的,并且不太可靠。為了在相鄰的元器件中間放人模板,模板盡寸必須很小,除了用于涂敷焊膏的小孔就幾乎沒有空間了,由于空間小,因此很難涂敷焊膏并取得均勻的效果。設(shè)備制造商們建議多對焊盤進(jìn)行檢查,并根據(jù)需要重復(fù)這一過程。有一種工藝可以替代模板涂敷焊膏,即用元器件印刷臺直接將焊膏涂在元器件上,這樣不會受到旁邊相鄰元器件的影響,該裝置還可在涂敷焊膏后用作元器件容器,在標(biāo)準(zhǔn)工序中自動拾取元器件。焊膏也可以直接點(diǎn)到每個焊盤上,方法是使用PCB高度自動檢測技術(shù)和一個旋轉(zhuǎn)焊膏擠壓泵,精確地提供完全一致的悍膏點(diǎn)。
(6)元器件更換。取走元器件并對PCB進(jìn)行預(yù)處理后,就可以將新的元器件裝到PCB上去了。制定的加熱曲線應(yīng)仔細(xì)考慮以避免PCB扭曲并獲得理想再流焊效果,利用自動溫度曲線制定軟件進(jìn)行溫度設(shè)置可作為一種首選的技術(shù)。
(7)元器件對位。新元器件和PCB必須正確對準(zhǔn),對于小尺寸焊盤和細(xì)間距CSP及倒裝芯片器件而言,返修系統(tǒng)的放置能力必須要能滿足很高的要求。放置能力由兩個因素決定:精度(偏差)和準(zhǔn)確度(重復(fù)性)。一個系統(tǒng)可能重復(fù)性很好,但精度不夠,只有充分理解這兩個因素才能了解系統(tǒng)的工作原理。重復(fù)性是指在同一位置放置元件的一致性,然而一致性很好不一定表示放在所需的位置上;偏差是放置位置測得的平均偏移值,一個高精度的系統(tǒng)只有很小或者根本沒有放置偏差,但這并不意味放置的重復(fù)性很好。返修系統(tǒng)必須同時具有很好的重復(fù)性和很高的精度,以將器件放置到正確的位置。對放置性能進(jìn)行試驗(yàn)時必須重視實(shí)際的返修過程,包括從元器件容器或托盤中拾取元器件、對準(zhǔn)以及放置元器件。
(8)元器件放置。返修工藝選定后,PCB放在工作臺上,元器件放在容器中,然后用PCB定位以使焊盤對準(zhǔn)元器件上的引腳或焊球。定位完成后元器件自動放到PCB上,放置力反饋和可編程力量控制技術(shù)可以確保正確放置,不會對精密元器件造成損傷。
(9)其它工藝注意事項(xiàng)。小質(zhì)量元器件在對流加熱過程中可能會被吹動而不能對準(zhǔn),一些返修系統(tǒng)用吸管將元器件按在位置上防止它移動,這種方法在定位元器件時需要有一定的熱膨脹余量。元器件對準(zhǔn)時不能存在表面張力,該方法很容易把BGA類元器件放得太靠近PCB(短路)或者太離開(開路)。防止元器件在再流焊時移動的一個好方法是減小對流加熱的氣流量,一些返修系統(tǒng)可以編程設(shè)置流量,按工藝流程要求降低氣流量。最后噴嘴自動降低開始進(jìn)行加熱。自動加熱曲線保證了最佳加熱工藝,系統(tǒng)放置性能則確保元件對位準(zhǔn)確。放置能力和自動化工藝結(jié)合在一起可以提供一個完整且一致性好的返修工藝。