Proces opravy PCBA

Proces opravy desek plošných spojů (PCBA) je postup pro lokalizaci chyb v sestavách se špatným pájením nebo funkčními selháními, odstranění vadných součástek a opětovné pájení kvalifikovaných součástek. Statistiky ukazují, že přibližně 5–15 % desek plošných spojů vyžaduje opravu během výroby elektronických výrobků.

Opravy řeší problémy, jako jsou vady pájení a selhání součástek během výroby, přičemž opravený výrobek musí splňovat původní výrobní standardy; opravy se zabývají vadami způsobenými stárnutím, nesprávným používáním atd. u již použitých výrobků. Vynikajícím průmyslovým standardem je kontrola míry vadnosti při opravách do 3 %.

Typický proces je: detekce chyb → lokalizace defektu → demontáž součástky → čištění kontaktních plošek → pájení nové součástky → kontrola a ověření. Z toho demontáž a pájení součástky tvoří 60–70 % celkové doby procesu.

I u pokročilých SMT výrobních linek je stále míra vad pájení 0,1 %–1 % (například pájení za studena a přemostění). Opracování může zlepšit míru kvalifikace výrobků, snížit výrobní náklady a zabránit zmetání celé desky.

Může zlepšit výtěžnost prvního průchodu, snížit výrobní náklady, zajistit kvalitu a spolehlivost produktů a snížit náklady na poprodejní údržbu. Studie ukazují, že dobré procesy oprav mohou zvýšit spolehlivost produktů o 20–30 %.

Zahrnuje především horkovzdušné přepracovací stanice, infračervené přepracovací stanice, přepracovací stanice BGA, odpájecí čerpadla, mikroskopy atd. Mezi nimi mají přepracovací stanice BGA přesnost regulace teploty ±1 ℃, což je vhodné pro vysoce přesné přepracování součástek BGA.

Generuje horký vzduch přes topnou trubici a fouká ho tryskou na součásti, které mají být opraveny, čímž se pájka roztaví a dosáhne se odstranění nebo pájení. Teplota horkého vzduchu je obvykle nastavitelná v rozmezí 200–450 °C s rychlostí proudění 5–50 l/min.

Opravovací stanice BGA mají nezávislé funkce regulace teploty pro více teplotních zón, což umožňuje komplexní řízení teplotní křivky, vhodné pro pouzdra jako BGA a CSP; běžné horkovzdušné opravovací stanice se většinou používají pro konvenční pouzdra jako QFP a SOP. Cena opravovací stanice BGA je přibližně 3–5krát vyšší než cena běžné horkovzdušné opravovací stanice.

Dělí se na ruční odpájecí čerpadla, elektrická odpájecí čerpadla a vakuové odpájecí pistole. Ruční odpájecí čerpadla jsou vhodná pro odstraňování malého počtu pájených spojů, elektrická odpájecí čerpadla jsou účinnější a vakuové odpájecí pistole jsou vhodné pro vícepinové součástky. Elektrická odpájecí čerpadla odstraňují pájku 3–5krát rychleji než ruční.

Pro drobná zařízení v pouzdře, jako jsou 0201 a 01005, je potřeba mikroskop s 50–100násobným zvětšením; pro konvenční zařízení v pouzdře postačuje 10–30násobné zvětšení. Mikroskopy s vysokým zvětšením jsou asi 2–3krát dražší než mikroskopy s nízkým zvětšením.

Nastavte podle balení součástek a typu pájky. U pájky Sn63Pb37 je teplota odstraňování obvykle 350–380 °C a teplota pájení 320–350 °C; u bezolovnaté pájky (jako je SAC305) je teplota odstraňování 380–420 °C a teplota pájení 350–380 °C. Příliš vysoká teplota snadno poškozuje součástky, zatímco příliš nízká teplota zabraňuje tavení pájky.

Obvykle zahrnuje předehřívací zónu (rychlost ohřevu 1–3 °C/s, teplota 120–150 °C), prohřívací zónu (150–180 °C, 60–120 s), přetavovací zónu (špičková teplota 217–235 °C, udržovaná po dobu 30–60 s) a chladicí zónu (rychlost ochlazování 2–4 °C/s). Nesprávné nastavení teplotní křivky může způsobit problémy, jako je studené pájení BGA a praskání pájecích kuliček.

Příliš vysoká rychlost proudění vzduchu může odfouknout malé součástky nebo způsobit rozstřikování pájky; příliš nízká rychlost proudění vzduchu má za následek nedostatečný přenos tepla. Obecně je rychlost proudění vzduchu pro pouzdra typu 0402 a vyšší nastavena na 10–20 l/min a pro pouzdra typu 0201 a nižší je to 5–10 l/min.

Doporučuje se, aby doba pájení jednoho pájeného spoje nepřesáhla 3 sekundy a nepřetržité pájení 10 sekund. Příliš dlouhá doba pájení zvyšuje riziko odlupování měděné fólie z desky plošných spojů o 30 % a pravděpodobnost poškození součástky o 25 %.

Upravte podle velikosti desky plošných spojů a hustoty součástek, obvykle s hustotou výkonu 1–3 W/cm². Příliš vysoký výkon může způsobit lokální přehřátí a deformaci desky plošných spojů, zatímco příliš nízký výkon má za následek nízkou účinnost ohřevu.

Použijte horkovzdušnou opravárenskou stanici, namiřte trysku na piny, zahřejte na 350–380 °C s rychlostí vzduchu 15–20 l/min a po roztavení pájky vyjměte součástku pinzetou. Po vyjmutí očistěte kontaktní plošky odpájecím knotem.

Nejprve nastavte vhodnou teplotní křivku. Po úplném roztavení pájecích kuliček opatrně vyjměte BGA pomocí vakuové sací pera; očistěte zbytky pájky na ploškách a znovu je nasaďte pomocí pájecí pasty. Míra úspěšnosti odstranění BGA je 85 % díky shodě teplotní křivky.

Zaznamenejte si polaritu součástky, abyste zabránili obrácené instalaci; během demontáže dbejte na rovnoměrné zahřívání, abyste zabránili explozi součástky v důsledku lokálního přehřátí. Nesprávná polarita při instalaci zvyšuje poruchovost výrobku o 40 %.

V takových případech je k určení polohy pájených spojů nutná rentgenová kontrola a k odstranění se používají metody lokálního ohřevu (například laserový ohřev). Je to poměrně obtížné, s úspěšností pouze 60–70 %.

Kontrolujte teplotu a dobu ohřevu a vyvarujte se opakovaného ohřevu stejného místa; používejte vhodné nástroje, například páčidlo, které vám pomůže vyjmout velké součástky a omezí tak tahání za desku plošných spojů. Správný postup může snížit míru poškození desky plošných spojů až o 50 %.

Zbytky pájky na kontaktních ploškách očistěte pomocí odpájecího knotu s páječkou: namočte knot do tavidla, umístěte ho na plošku a zahřejte páječkou, aby se pájka absorbovala. Přizpůsobte šířku knotu šířce plošky, abyste zabránili nadměrnému nebo nedostatečnému čištění.

Oxidovanou vrstvu jemně obruste jemným brusným papírem, naneste tavidlo a zahřejte pro obnovení pájitelnosti. Neošetřené oxidované kontaktní plošky mohou způsobit 80% míru vadnosti pájení.

Pro částečné oddělení použijte propojovací vodiče; pro úplné oddělení znovu vytvořte kontaktní plošku (pomědění, povlak pájecí masky) a po opravě otestujte elektrický výkon.

Pro vyrovnání přebytečné pájky použijte hrot páječky ve tvaru dláta a v případě potřeby obruste. Chyba rovinnosti musí být v rozmezí ±0,05 mm, aby se předešlo problémům s pájením.

Ano. K odstranění zbytkového tavidla a nečistot použijte bezvodý ethanol nebo specializované čisticí prostředky, abyste zabránili 20% nárůstu vad pájení a koroze desek plošných spojů.

Zkontrolujte specifikace součástek, pocínujte kontaktní plošky a připravte si vhodné nástroje a tavidlo. Nedostatečná příprava může vést k 30% míře přepracování.

Použijte mikroskop a horkovzdušnou opravárenskou stanici nebo špičatou páječku. Nejprve upevněte jeden pin a poté připájejte zbytek, abyste zajistili přesné umístění.

Pro kontrolu pájených kuliček (míra pórovitosti ≤ 5 %) použijte rentgen a pro kontrolu elektrické kontinuity multimetr. Rentgen detekuje více než 90 % vad.

Před pájením upevněte součástky lepidlem nebo tavidlem a rovnoměrně je zahřejte, abyste zabránili tepelnému namáhání. Posuny představují 15–20 % vad pájení.

Měděné vodiče jsou snadno pájitelné; železné vodiče vyžadují předběžné cínování; slitinové vodiče potřebují odpovídající tavidlo. Neošetřené železné vodiče mají 70% míru vadnosti pájení.

Zahrnuje vizuální kontrolu, testy elektrických vlastností (spojitost, izolační odpor) a funkční testy. Vizuální kontrola odhalí 70–80 % zjevných vad.

Zkontrolujte úplné a hladké pájené spoje bez studeného pájení, přemostění nebo rampouchů; ujistěte se, že jsou vývody zcela připájeny a nepoškozené. Je vyžadován soulad s normami IPC-A-610.

Detekuje kvalitu vnitřních pájených spojů součástek BGA/CSP, identifikuje studené pájení, prasklé pájecí kuličky a dutiny s mírou detekce vad vnitřních problémů přes 95 %.

Testuje elektrický výkon pomocí upínacích přípravků s hřebíky, detekuje zkraty, přerušení a problémy s parametry součástek a pokrývá 80–90 % elektrických spojení.

Integrujte desku plošných spojů (PCBA) do systému pro simulaci reálných pracovních podmínek a testování funkčnosti, identifikujte 90 % funkčních poruch způsobených svařováním.

Příčiny: znečištěné elektrody, nedostatečná teplota, neúčinné tavidlo. Řešení: znovu vyčistěte elektrody, upravte teplotu/čas a vyměňte tavidlo za vysoce kvalitní alternativy.

Odstraňte přebytečnou pájku odpájecím knotem/žehličkou, upravte teplotu pájení a rychlost proudění vzduchu, abyste zabránili rozstřikování. Správnou manipulací dosáhnete 95% míry opravy.

Možné příčiny: poškození součástek, přehřátí během pájení, obrácená polarita. Statistiky ukazují, že poškození součástek představuje 40 %, přehřátí 30 %.

Drobné deformace opravte zahřátím; v případě silných deformací vyměňte desky plošných spojů. Řízení teploty/času snižuje rychlost deformace o 60 %.

Používejte pracovní stoly, náramky a pinzety odolné proti elektrostatickému výboji (ESD); udržujte relativní vlhkost 40–60 %, abyste snížili poškození ESD o 90 %.

Obsluha musí nosit ochranné brýle/rukavice, aby se zabránilo popáleninám; uzemnit zařízení, aby se zabránilo úrazu elektrickým proudem; označit zařízení s vysokou teplotou výstražnými značkami.

Odpadní složky, pájka a tavidlo jsou nebezpečný odpad, který musí být likvidován kvalifikovanými zařízeními; čistící odpadní voda musí splňovat normy GB 8978 pro vypouštění odpadních vod.

Většina tavidlů je hořlavá a měla by být skladována na chladném a větraném místě mimo dosah zdrojů ohně; vyhněte se kontaktu s kůží/očími a v případě zasažení očí je okamžitě vypláchněte vodou.

Pravidelně odstraňujte zbytky pájky a tavidla ze zařízení; nainstalujte ochranu proti přehřátí, která se automaticky vypne při překročení teplotních limitů.

Musí splňovat směrnice RoHS, omezovat nebezpečné látky jako olovo/rtuť/kadmium, minimalizovat těkavost tavidla a používat ekologické čisticí prostředky.

Optimalizujte procesy, zavádějte automatizovaná zařízení a školte operátory. Automatizovaná zařízení mohou zvýšit efektivitu o 30–50 %.

Snižte počet sekundárních oprav v důsledku nesprávného provozu, racionálně vybírejte nástroje/materiály a optimalizujte procesy pro snížení počáteční míry vad. Sekundární opravy tvoří 25–35 % celkových nákladů.

Optimalizujte procesní parametry, vyberte vhodné tavidlo/pájku a posílte kontrolu prvního výrobku a odběr vzorků během procesu. Vylepšení procesu mohou snížit míru vad o 40–60 %.

Zlepšuje stabilitu kvality, snižuje lidské chyby, usnadňuje školení nových zaměstnanců a zvyšuje efektivitu. Standardizace může snížit kolísání míry vad o 50 %.

Provádějte testy stárnutí (24–100 hodin) a testy vlivu prostředí (vysoká teplota/vlhkost/vibrace) na přepracovaných výrobcích za účelem vyhodnocení jejich dlouhodobé spolehlivosti.

Je nutné zvážit požadavky na přepracování jak SMT, tak THT součástek. Při demontáži THT součástek je třeba věnovat pozornost dopadu na SMT součástky. Obtížnost přepracování je o 30–50 % vyšší než u čistě SMT desek.

Materiál je měkký a snadno se deformuje, proto jsou k upevnění zapotřebí speciální přípravky; teplota ohřevu by měla být o 10-20 °C nižší než u pevné desky plošných spojů, aby se zabránilo poškození podkladu.

Vnitřní obvod je složitý a přenos tepla je během ohřevu nerovnoměrný, což může vést ke zkratu nebo přerušení vnitřní vrstvy; oprava podložky je obtížná a úspěšnost opravy je pouze 50–60 %.

Nejprve odstraňte stínící kryt a chraňte vnitřní součásti. Po opravě jej znovu nainstalujte, aby byl zajištěn stínící účinek. Nesprávná obsluha ovlivní elektromagnetickou kompatibilitu.

Má dobrou tepelnou vodivost a vysokou křehkost. Vyžaduje rychlé zahřívání, aby se zabránilo praskání způsobenému lokální koncentrací napětí, a rychlost zahřívání je s výhodou řízena na 5-10 °C/s.

Musí ovládat dovednosti, jako je identifikace součástí, technologie svařování, obsluha zařízení a analýza poruch, a být obeznámeni s normami, jako je IPC-A-61. Míra závad profesionálně vyškoleného personálu je o 40 % nižší než u začátečníků.

Zahrnuje teoretickou přípravu (znalost procesů, standardní specifikace) a praktickou přípravu (obsluha zařízení, svářečská praxe) s hodnocením po zaškolení a cyklus obvykle trvá 1–2 týdny.

Zahrnuje pokyny k procesu přepracování, návody k obsluze zařízení, normy kontroly kvality, záznamy o přepracování atd., které mohou zlepšit sledovatelnost a efektivitu analýzy problémů.

Stanovte klíčové kontrolní body (jako je demontáž součástí, čištění podložek, svařování atd.) a proveďte kontrolu prvního kusu, kontrolu průběžně a kontrolu hotového výrobku, což může snížit míru vad o 30–40 %.

Shromažďujte data o přepracování pro analýzu problémů, provádějte procesní testy pro optimalizaci parametrů a zavádějte nové technologie a zařízení, což může zvýšit efektivitu o 10–15 % ročně.

Vyberte podle původního typu pájky pro desky plošných spojů, upřednostněte produkty s podobným složením a zvažte vlastnosti, jako je bod tání, smáčivost a spolehlivost.

Dělí se na tavidla bez nutnosti čištění, tavidla rozpustná ve vodě a tavidla na bázi kalafuny. Tavidla bez nutnosti čištění jsou vhodná pro případy s nízkými požadavky na čistotu a tavidla rozpustná ve vodě se snadno čistí, ale je třeba dbát na zbytky.

Používá se k upevnění drobných součástí nebo k zabránění posunutí během svařování a musí mít dobrou pevnost spoje (≥5 N/mm²) a teplotní odolnost.

Vyberte podle typu tavidla (například isopropylalkohol pro tavidla na bázi kalafuny) a zvažte ochranu životního prostředí, korozi a těkavost.

Je nutné zkontrolovat model, specifikaci, vzhled, elektrické vlastnosti atd., aby se zajistila shoda s původními komponenty. Špatné vstupní materiály zvýší míru selhání při opravách o 20 %.

Čistěte nečistoty uvnitř vzduchové trysky, abyste zabránili ucpání, pravidelně kontrolujte stav topné trubice, kalibrujte teplotu a promažte mechanické součásti. Ucpání vzduchové trysky zvýší míru vad svařování přibližně o 15 %.

Teplota se kalibruje jednou měsíčně (chyba ≤±1 ℃) a výška osy Z se kalibruje jednou za čtvrtletí (přesnost ≤±0,05 mm). Nekalibrování může zvýšit míru prázdnoty svaru o 20 %.

Nedostatečné sání: vyměňte těsnicí kroužek u ručního odpájecího čerpadla, zkontrolujte vakuové čerpadlo nebo vyčistěte ucpání u elektrického odpájecího čerpadla; nelze odpájet: zkontrolujte, zda není tryska poškozená nebo ucpaná, vyměňte a vyčistěte zbytky pájky.

Obecně se vyměňuje každé 1–2 roky v závislosti na četnosti používání. Po stárnutí se snižuje rovnoměrnost teploty a míra vad svařování se zvyšuje přibližně o 12 %.

Pravidelně čistěte objektiv speciálním papírem na objektivy, vyhýbejte se nárazům, abyste zabránili posunutí optických součástí, a každý rok kalibrujte ohniskovou vzdálenost, abyste zajistili jasný obraz.

Nejprve rozpusťte zapouzdřovací materiál chemickými rozpouštědly (například acetonem), po odstranění jej znovu zpracujte běžným postupem a po dokončení znovu zapouzdřete, přičemž věnujte pozornost tekutosti a podmínkám vytvrzování materiálu.

Přednostně se odstraňují velké a vysoce zahřívající součásti, aby se zabránilo ovlivnění opravovaných dílů; dodržujte zásadu od snadných po obtížné, aby se minimalizovala rizika.

Je vyžadováno speciální vybavení (například stanice pro přepracování třísek) a používá se technologie laserového ohřevu nebo ultrazvukového svařování. Parametry se určují předběžným testováním a míra úspěšnosti je obvykle 60–70 %.

Pro testování kontinuity použijte multimetr k nalezení místa zkratu a zkontrolujte a vyřešte problémy, jako je přemostění zbytků pájky, špatné zarovnání pinů součástek a poškození obvodu desky plošných spojů.

Zkontrolujte, zda je uzemnění v pořádku a zda je stínící kryt nainstalován na místě, zkontrolujte, zda není signální vedení poškozeno během svařování, použijte spektrální analyzátor k detekci zdroje rušení a proveďte opatření, jako je stínění a filtrování.

Analyzujte data o přepracování pomocí strojového učení pro předpovídání vad, používejte vizuální rozpoznávání k automatické lokalizaci vadných součástí a inteligentně upravujte parametry zařízení pro zvýšení efektivity a kvality.

Bude se rozvíjet směrem k vysoce přesné a multifunkční integraci (jako je integrace rentgenové kontroly, automatické osazování kuliček, svařování atd.) a realizovat propojení se systémem MES pro zlepšení inteligentního řízení.

Propagovat ekologicky šetrná tavidla a čisticí prostředky, vyvíjet zařízení s nízkou spotřebou energie a zkoumat technologie nedestruktivního opravování s cílem snížit znečištění a plýtvání zdroji.

Dokáže rychle vyrobit přípravky pro přepracování, čímž se sníží náklady, a používá se k opravě lokálního poškození desek plošných spojů (například tisku vodivých vodičů) pro zjednodušení složitých procesů.

Realizujte digitální řízení a vzdálené monitorování zařízení pro přepracování, optimalizujte procesy pomocí analýzy velkých dat a zaveďte systémy sledovatelnosti přepracovaných produktů pro zlepšení kontroly kvality.