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。將焊點加熱至熔點,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。先進的返修系統采用計算機控制加熱過程,使之與焊膏制造廠商給出的規格參數盡量接近,并且應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流走。而底部加熱則可以補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。加熱曲線應精心設置,先預熱,然后使焊點回焊。好的加熱曲線能提供足夠但不過量的預熱時間,以激活助焊劑,時間太短或溫度太低則不能做到這一點。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開路。溫度太高或時間太長會產生短路或形成金屬互化物。設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處,先推測設定一個最佳溫度值、溫升率和加熱時間,然后開始試驗,并把測得的數據記錄下來,將結果與所希望的曲線相比較,根據比較情況進行調整。這種試驗和調整過程可以重復多次,直至獲得理想的效果。
(4)取元器件。一旦加熱曲線設定好,就可準備取走元器件,返修系統應保證這部分工藝盡可能簡單并具有重復性。加熱噴嘴對準好元器件以后即可進行加熱,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。加熱結束時許多返修工具的元器件吸管中會產生真空,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"技術能保證在焊料液化前不會取走元器件。
(5)預處理。在將新元器件換到返修位置前,該位置需要先做預處理。預處理包括兩個步驟: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,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技術,包括元件對準光學系統。
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。設備制造商們建議多對焊盤進行檢查,并根據需要重復這一過程。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,在標準工序中自動拾取元器件。焊膏也可以直接點到每個焊盤上,方法是使用PCB高度自動檢測技術和一個旋轉焊膏擠壓泵,精確地提供完全一致的悍膏點。
(6)元器件更換。取走元器件并對PCB進行預處理后,就可以將新的元器件裝到PCB上去了。制定的加熱曲線應仔細考慮以避免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行溫度設置可作為一種首選的技術。
(7)元器件對位。新元器件和PCB必須正確對準,對于小尺寸焊盤和細間距CSP及倒裝芯片器件而言,返修系統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)和準確度(重復性)。一個系統可能重復性很好,但精度不夠,只有充分理解這兩個因素才能了解系統的工作原理。重復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性很好。返修系統必須同時具有很好的重復性和很高的精度,以將器件放置到正確的位置。對放置性能進行試驗時必須重視實際的返修過程,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。小質量元器件在對流加熱過程中可能會被吹動而不能對準,一些返修系統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,一些返修系統可以編程設置流量,按工藝流程要求降低氣流量。最后噴嘴自動降低開始進行加熱。自動加熱曲線保證了最佳加熱工藝,系統放置性能則確保元件對位準確。放置能力和自動化工藝結合在一起可以提供一個完整且一致性好的返修工藝。