返工与修理

返工与修理

By Patrick McCall

由于追求电子设备尺寸的小型化，尺寸更小的元器件的应用越来越广泛。随着每一代更小型化、更大功率的电子产品的出现，返工与修理电子组件都会面临新的挑战。面阵列封装对返工和修理提出了特殊的工艺要求。其中包括更高等级的工艺控制，对加热的更精密控制和应用，无铅焊料的考量，以及元器件结构的改进。

面阵列组件的返工程序/工艺常常不同于标准表面组装组件的返工。其工艺流程更长，出现错误的机率更大。其典型工艺流程包括： ·拆除旧封装器件； ·返工区作业准备； ·器件贴装； ·施放焊剂／焊膏； ·焊接加热； ·检测。 拆除旧封装器件

在拆除已损坏的封装器件时，要采用升温速率快、加热时间短的拆除温度曲线。但是，如果器件需要重复使用，如果器件需重复使用，拆除温度曲线就要类似于组装温度曲线，而组装温度曲线本身应该是用于再流焊的。在所处理的PCB和封装器件是由必须严格遵守升温速率指导原则的材料制成的条件下，情形也完全一样。

适当预热以及对PCB全面加温，对于成功拆除至关重要。仅从顶部加热拆除封装器件会导致焊盘损坏或隆起。局部加热使得焊料球达到熔化温度所要求的热量，常常使返工区过热，且超出升温速率指导原则推荐的速率。

在把封装器件从PCB上拆除提起之前，必须先熔化封装器件下面的所有焊点。采用返工设备通常能够自动地提起要拆除的封装器件，只要其拆除温度曲线完全达到设计要求，且运作正常。必须用热电耦监测温度以确保遵循拆除温度曲线。如果某些焊点未达到焊料熔化温度，而自动头提起的话，焊盘就会从PCB上扯脱下来。

同时把热电耦放在焊盘阵列的外边缘和中间，以便正确检验适宜的、均衡的温度，这一点很重要。 返工区作业准备

一旦封装器件拆除下来，在焊盘图形上的多余焊料通常要用传导去焊工具去除。还可应用其他技术，如采用吸焊料芯和热气加热。但温度超过200℃且有一定压力时，会损坏焊盘或焊接掩膜。

就去焊操作而言，一般不愿意选择焊盘图形区有通孔的PCB。当去焊吸嘴通过焊盘图形移动时，通孔会被焊料充满。而试图将焊料吸出通孔，又可能导致通孔、焊接掩膜或PCB的损坏。采用吸焊料芯时，重要的是要把吸焊料芯放在PCB上，并将热的烙铁头通过吸焊料芯擦抹。当焊料熔化时，就会“吸入”

铜编织带中。

在进行封装器件重贴之前，焊盘必须清洁，没有旧的焊料和焊剂残余。在重新组装微型封装器件时，适当的清洗工艺与组装温度曲线工艺同等重要。 贴装

选择手工贴装，对于有1mm以上焊料球的封装器件来说是可行的，贴装时可在焊盘图形周围采用一个模板或丝网作导向。可采用视觉重叠系统(VOS)以确保对准正确，一般来说，要求最小放大倍数为35X。 为了成功贴装CSP、倒装芯片和其它微型封装，必须采用VOS，要求最小放大倍数为70X。Z向的贴装精度应该为50μm甚至更小。贴装倒装片时，精度需25μm。当采用VOS进行对准时，器件拾取有个固定的位置是再理想不过了(图1)。

焊料球至少必须覆盖PCB上焊盘的50％——在PCB上贴装器件时，精确度必须至少为50％，以便利用阵列封装器件的自对准特性(图2)。封装器件对准小于50％，就可能导致一整行阵列移动。

焊剂／焊膏的应用

将适量焊剂施加到返工区是非常重要的工艺。焊剂太少，焊料就不能正确地流动；焊剂太多，焊料就会溢出，或者会使多余焊剂留在返工区。

施加焊剂的方法有：采用刷子或笔式涂料器、滴涂胶质或粘性焊剂的活塞驱动机器，以及采用焊剂“浸渍”的施加工具。

在以下情况下需采用焊膏：当封装器件底面的焊料球是由90／10焊料组成时；PCB上有裸铜或金焊盘；

PCB可能翘曲；封装器件包含有CTE不同的弹性层；严格规定生产组件时要与开始生产时所用的焊膏有相同的焊缝几何形状；以及为确保功能发挥和便于清洗，形成焊缝高度的技术规范。可以采用部位模板把焊膏施加到PCB上，或采用器件模板把焊膏施加到器件上，也可以采用滴涂设备把焊膏滴涂到各个焊盘上。最方便的是直接印焊膏到器件上，并采用返工部件的拾取机器使器件脱离模板。 加热应用

在热渗透和再流阶段，采用底面加热对成功的组装非常重要，这种加热方式可使PCB和封装器件暴露在最小的热应力环境中。

在预热阶段，底面加热确保PCB的均匀加热。该工艺可防止PCB翘曲、扭曲和软化。在预热阶段从PCB底部加热，还可用于均匀地加热整个PCB。

在热渗透阶段，底部加热器继续工作，与此同时增加了顶部加热器从顶部加热。顶部和底部加热相结合，就使组装区和封装器件达到140℃-170℃之间的温度，且相当稳定。这种稳定的加热温度应保持30-60秒，就可使焊剂完全激活和挥发。

在再流期间，采用较高温度，同时通过顶面和底面加热器加热。空气或氮气通过加热器进入喷嘴。热空气再从喷嘴排出，流向PCB和附近的元器件，然后离开它们(见图3)。这一加热过程应该足缓慢而均匀的。

组装微型封装器件时，应该采用较低的温度。因为微型封装器件实际上与硅芯片尺寸相同，没有有效的封装进行保护。由于微型封装器件上的焊料球质量较小，加上封装体较薄，热量传送通过器件速度很快。在组装标准BGA时，热量通过封装器件及其周围传送。因此，如果在微型封装上采用标准封装的温度曲线，微型封装器件将过热。

通常，PCB上不同的部位都分布有热电耦。在开发加热曲线时，要把热电耦放在器件顶部，并且至少一个焊料球上，以及PCB的底面，要直接在返工区底下，以及在偏离返工区的部位。

在这些部位放置热电耦，就可以监控封装器件各部位的温度变化，并监控焊料球所处的热环境。 PCB承受太多的热量，会损坏电路和微孔，并导致PCB剥层。在PCB底部远离返工区的热电耦，可确保整个印板的加热温度适宜。

如果返工区附近已装有封装器件，就必须安装热电耦与其焊缝相接触。最好足通过印板底部钻孔到焊缝处，并用环氧粘接剂或其他方法固定，以确保该封装器件的安全。 当通过实际组装来开发加热曲线时，

整个工艺过程中焊料球都必须接触热电耦。一旦加热曲线已经确定，最为关键的是如何在不变的环境中采用已确定的参数来重新运行加热曲线。 检测

封装器件组装好后，应接受检测。对于面阵列封装，最普通的方法是采用X-射线系统，然后用视频显微镜以90°角观察器件下面。在视觉检测后，再进行电气测试检验组装是否符合标准要求。 一旦发现缺陷，就必须对检测工艺进行改进。

本文摘自《SMT China》

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/g6cg.html