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一个表面贴装组件从在生产线上开始敷涂焊膏起,其价值就在不断增长。在完成再流焊后,这个价值增长的过程便会结束。若再流焊后发现缺陷而将该产品废弃,对制造商来说损失较大。因此,为返修表面贴装组装件寻找有效的解决办法成为许多制造商的明智的商业投资,尤其是在生产具有很高价值的电路板情况下。这类装配厂家可能要装配大规模系统集成类产品;使用昂贵的多层板或特殊的基层材料;采用价值不菲的部件如特定应用器件、高集成度的系统级芯片(SoC),或先进封装技术器件(系统级封装件 ,即SiP)。
为了最大限度地减少浪费和提高成品率,装配厂商需要具有进行高质量手工返修能力的工具。当然,操作人员的高技能水平也是不可缺少的,特别是在采用精细间距的部件或IC且涉及分区阵列互连的情况下。然而,选择合适的工具和技术将部件从缺陷位置上拆下,为返修如何对电路板做相应的处理,以及如何更换或返修元件,往往是最终决定返修达到何种水准的关键因素。
图1通过热传导加热拆除部件。
装配的缺陷
装配缺陷可能是由于丝网印刷错误所致,如焊锡膏不足或过量,或者敷涂不准确。元件置放也可能出错,如元件位置不准、极性错误,以及置放元件时施力过度,造成元件引脚变形或部件本体损坏。有时,还会出现元件缺失,因而需要去掉缺失位置处的再流焊锡,并以手工补上元件。再流焊工艺引起的其他装配缺陷 (包括桥接、锡球或者元件一端立起) 也需要手工返修。
图2 OKI的 HCT-900对流加热系统。
元件的拆除
对于大多数表面装配缺陷,一般都得先将牵涉到的元件拆除。
可直接用烙铁或特殊的返修烙铁来焊下该元件。若采用烙铁直接焊下表面贴装元件,该元件就不能重新使用。用烙铁头接触元件可能会损坏具有超密间距的引脚互连,或某一芯片电阻或电容的部件本体损坏和变形。而且,用工作在最大温度下的烙铁接触部件,因为提供过度的热量而烧坏元件。这样会导致元件互连失效和损坏半导体器件,使元件无法使用。好在有些专为装配返修设计的烙铁可以改变功率,从而将焊接点的受热控制在理想的温度上,不会出现热过冲。OK公司的返修烙铁系列产品(图1)就属这类产品,具有直接控制功率特性,而且使用专门设计的返修烙铁,在热传导上具有多种优势。例如,可使受热区局限在很小的范围内,因此可防止周边区域的元件承受过高温度。这样,已经形成的焊接点就不会重新熔化,对温度敏感的元件也可避免高温度。
另一方面,热风加热型工具能更好地控制缺陷部位的受热量和强度。热能自然地分布在电路板上一个较大的区域。这对需要熔化大量焊接点才能拆下某一部件(如QFP ,甚至bga封装的IC)的场合可能有好处。通过控制热量,即控制焊接点达到熔化温度的速度,就可以避免热冲击。如OK公司的HCT-900(图2)手工再流焊工作台就提供多种可选择的喷嘴,以适应不同尺寸的封装件(图3)。采用这种设备,操作人员就能控制目标部件I/O端周围局部区域的受热量??裳∮玫呐缱彀ǎ赫攵訮LCC、QFP和BQFP封装的四方形喷嘴、与工业标准SOIC和TSOP外形匹配的双喷嘴,以及针对芯片和SOT型封装件的各种喷嘴。
焊盘的清理
元件拆除后,可能需要清除缺陷所在处的残留焊钎料。去除电路板焊盘的残留焊料的有效方法是采用返修烙铁熔焊并用吸锡编带配合使用(图4)。要检查缺陷部位焊料是否彻底清除,必要时应重新熔焊和擦拭。当原来的焊料清除后,便携式点胶机在焊膏敷涂时就可派上用??;用这种时间, 压力型点胶机将焊膏涂敷到所需的PCB焊盘上,且焊膏量可细调,涂敷位置精确 。
图3 针对工业标准部件外形的对流加热吸嘴。
另一方面,焊盘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台加热前在焊盘上涂敷助焊剂,使焊料熔化到能流动起来,为置放元件提供均匀平滑的表面张力面。无论是采用烙铁来直接加热,还是采用再流焊工作台以对流方式加热,冷却后和置放元件前都要用符合要求的溶剂清洗电路板上的焊盘部位。
局部再流焊
手工准确地将元件置放到位后(用小镊子或真空吸笔,也许还要用到放大镜,尤其是当器件很小或其引脚间距很密时),元件的引脚需要与PCB焊盘相形成新的焊点。对表面贴装部件,若需要获得高质量的返修效果,采用再流焊工作台以对流方式加热是唯一的选择。像OK公司的 HCT-900这样的设备,由于可选择不同的喷嘴,直接在标准封装件的I/O端上加热,因此允许操作人员单独对个别元件进行再流焊,且不影响电路板上其他元件。最新一代的返修专用再流焊工作台 (像OK公司QX-2)便能更好地控制回流温度曲线和回流时间。相关的参数可由生产管理人员或应用专家来预设,因此,可实现对个别元件再流焊的自动控制(图5),从而提高工艺一致性和减少人为错误。比如,采用HCT-900再流焊工作台,就可以选择各种喷嘴,包括与工业标准的IC封装和芯片型器件相匹配的双喷嘴和四方形喷嘴(图6)。用户定制的或异形部件,包括RF屏蔽件,也可用对流加热解决方案(如配有专用喷嘴的HCT-900或QX-2) 来完成返修工作。这些方案能很快实现,且成本不高,因为开发和生产少量定制喷嘴的市场机制已经很成熟。
结论
每年,全球都有成千上万的电路板因部件焊接缺陷、元件故障或置放错位而需要返修。返修可能在产品生产出来后立即进行,也可能是产品从使用现场返回后需要维修。选择拆除部件、清理焊盘表面以及置放元件所需的工具和技术,主要取决于需要采用什么样的方式来加热待修复区域焊接点。这将最终决定是采用热传导的方式,还是热对流方式,具体的选择取决于原来的元件和焊料是否要重新使用。
现在返修工具的适应范围和能力已经能够满足采用超密间距表面贴装IC、无源元件和连接器的高密度产品的要求。因此,制造厂商和返修专家可专注工具的选择,而不必苛求操作人员的技能及判断力。市场上现已有多种可选件,能满足电路板上各种专门部件的返修要求,其中包括返修只影响缺陷部位近邻的再流焊吸嘴。