Proces opravy PCBA

Proces opravy dosiek plošných spojov (PCBA) je postup na lokalizáciu chýb v zostavách so zlým spájkovaním alebo funkčnými poruchami, odstránenie chybných komponentov a opätovné spájkovanie kvalifikovaných komponentov. Štatistiky ukazujú, že približne 5 % – 15 % dosiek plošných spojov vyžaduje opravu počas výroby elektronických výrobkov.

Opravy riešia problémy, ako sú chyby spájkovania a poruchy komponentov počas výroby, pričom opravený výrobok musí spĺňať pôvodné výrobné normy; opravy sa zaoberajú chybami spôsobenými starnutím, nesprávnym používaním atď. v už použitých výrobkoch. Vynikajúcim priemyselným štandardom je kontrolovať mieru chybovosti pri opravách do 3 %.

Typický proces je: detekcia chýb → lokalizácia defektu → odstránenie súčiastky → čistenie kontaktných plôch → spájkovanie novej súčiastky → kontrola a overenie. Odstránenie a spájkovanie súčiastky predstavuje 60 % – 70 % celkového času procesu.

Aj v pokročilých SMT výrobných linkách je miera chybovosti spájkovania stále 0,1 % – 1 % (napríklad za studena a premostením). Opätovné spracovanie môže zlepšiť mieru kvalifikácie výrobkov, znížiť výrobné náklady a zabrániť zošrotovaniu celej dosky.

Môže zlepšiť výťažnosť prvého prechodu produktu, znížiť výrobné náklady, zabezpečiť kvalitu a spoľahlivosť produktu a znížiť náklady na popredajnú údržbu. Štúdie ukazujú, že dobré procesy prepracovania môžu zvýšiť spoľahlivosť produktu o 20 % – 30 %.

Zahŕňa to hlavne teplovzdušné opravárenské stanice, infračervené opravárenské stanice, opravárenské stanice BGA, odspájkovacie čerpadlá, mikroskopy atď. Medzi nimi majú opravárenské stanice BGA presnosť regulácie teploty ±1 ℃, čo je vhodné na vysoko presnú opravu súčiastok BGA.

Generuje horúci vzduch cez vykurovaciu trubicu a fúka horúci vzduch cez trysku na komponenty, ktoré sa majú opracovať, čím sa roztaví spájka na odstránenie alebo spájkovanie. Teplota horúceho vzduchu je zvyčajne nastaviteľná od 200 do 450 ℃ s rýchlosťou prúdenia vzduchu 5 – 50 l/min.

Opravovacie stanice BGA majú nezávislé funkcie regulácie teploty pre viacero teplotných zón, čo umožňuje komplexné riadenie teplotnej krivky, vhodné pre balené zariadenia ako BGA a CSP; bežné teplovzdušné opravovacie stanice sa väčšinou používajú pre konvenčné puzdrá ako QFP a SOP. Cena opravovacej stanice BGA je približne 3 až 5-krát vyššia ako cena bežnej teplovzdušnej opravovacej stanice.

Delia sa na manuálne odspájkovacie čerpadlá, elektrické odspájkovacie čerpadlá a vákuové odspájkovacie pištole. Manuálne odspájkovacie čerpadlá sú vhodné na odstraňovanie malého počtu spájkovaných spojov, elektrické odspájkovacie čerpadlá sú účinnejšie a vákuové odspájkovacie pištole sú vhodné pre viacpinové súčiastky. Elektrické odspájkovacie čerpadlá odstraňujú spájku 3 až 5-krát rýchlejšie ako manuálne.

Pre malé balené zariadenia, ako sú 0201 a 01005, je potrebný mikroskop s 50- až 100-násobným zväčšením; pre bežné balené zariadenia postačuje 10- až 30-násobné zväčšenie. Mikroskopy s vysokým zväčšením sú približne 2- až 3-násobne drahšie ako tie s nízkym zväčšením.

Nastavte podľa balenia súčiastok a typu spájky. Pre spájku Sn63Pb37 je teplota odstraňovania zvyčajne 350 – 380 ℃ a teplota spájkovania je 320 – 350 ℃; pre bezolovnatú spájku (ako napríklad SAC305) je teplota odstraňovania 380 – 420 ℃ a teplota spájkovania je 350 – 380 ℃. Príliš vysoká teplota ľahko poškodzuje súčiastky, zatiaľ čo príliš nízka teplota zabraňuje roztaveniu spájky.

Zvyčajne zahŕňa predhrievaciu zónu (rýchlosť ohrevu 1 – 3 ℃/s, teplota 120 – 150 ℃), namáčaciu zónu (150 – 180 ℃, 60 – 120 s), pretavovaciu zónu (špičková teplota 217 – 235 ℃, udržiavaná 30 – 60 s) a chladiacu zónu (rýchlosť chladenia 2 – 4 ℃/s). Nesprávne nastavenie teplotnej krivky môže spôsobiť problémy, ako je studené spájkovanie BGA a praskanie spájkovacích guľôčok.

Príliš vysoká rýchlosť prúdenia vzduchu môže odfúknuť malé súčiastky alebo spôsobiť rozstrekovanie spájky; príliš nízka rýchlosť prúdenia vzduchu má za následok nedostatočný prenos tepla. Vo všeobecnosti je rýchlosť prúdenia vzduchu pre puzdrá typu 0402 a vyššie nastavená na 10 – 20 l/min a pre puzdrá typu 0201 a nižšie je to 5 – 10 l/min.

Odporúča sa, aby čas spájkovania jedného spájkovaného spoja nepresiahol 3 sekundy a nepretržité spájkovanie 10 sekúnd. Príliš dlhý čas spájkovania zvyšuje riziko odlupovania medenej fólie z dosky plošných spojov o 30 % a pravdepodobnosť poškodenia súčiastky o 25 %.

Upravte podľa veľkosti dosky plošných spojov a hustoty súčiastok, zvyčajne s hustotou výkonu 1 – 3 W/cm². Príliš vysoký výkon môže spôsobiť lokálne prehriatie a deformáciu dosky plošných spojov, zatiaľ čo príliš nízky výkon má za následok nízku účinnosť ohrevu.

Použite teplovzdušnú opravárenskú stanicu, namierte trysku na piny, zahrejte na 350 – 380 ℃ s rýchlosťou vzduchu 15 – 20 l/min a po roztavení spájky vyberte súčiastku pinzetou. Po vybratí očistite kontaktné plošky odspájkovacím knôtom.

Najprv nastavte vhodnú teplotnú krivku. Po úplnom roztavení spájkovacích guľôčok opatrne odstráňte BGA pomocou vákuovej sačky; očistite zvyškovú spájku na kontaktných ploškách a znovu ich nasaďte pomocou spájkovacej pasty. Úspešnosť odstránenia BGA je 85 % vďaka zhode teplotnej krivky.

Zaznamenajte si smer polarity súčiastky, aby ste predišli obrátenej inštalácii; počas demontáže dbajte na rovnomerné zahrievanie, aby ste predišli výbuchu súčiastky v dôsledku lokálneho prehriatia. Nesprávna polarita pri inštalácii zvyšuje mieru poruchovosti výrobku o 40 %.

V takýchto prípadoch je na určenie polohy spájkovaných spojov potrebná röntgenová kontrola a na odstránenie sa používajú lokálne metódy ohrevu (napríklad laserový ohrev). Je to dosť náročné, s úspešnosťou iba 60 % – 70 %.

Kontrolujte teplotu a čas ohrevu a vyhýbajte sa opakovanému ohrevu na rovnakom mieste; používajte vhodné nástroje, ako napríklad páčidlo, ktoré vám pomôže odstrániť veľké súčiastky a znížiť tak ťahanie dosky plošných spojov. Správna obsluha môže znížiť mieru poškodenia dosky plošných spojov o 50 %.

Zvyšnú spájku na kontaktných ploškách očistite pomocou odspájkovacieho knôtu spájkovačkou: knôt namočte do tavidla, položte ho na plošku a zohrievajte ho spájkovačkou, aby sa spájka absorbovala. Prispôsobte šírku knôtu ploške, aby ste predišli nadmernému alebo nedostatočnému čisteniu.

Oxidovanú vrstvu jemne prebrúste jemným brúsnym papierom, naneste tavidlo a zahrievajte, aby ste obnovili spájkovateľnosť. Neošetrené oxidované kontaktné plošky môžu spôsobiť 80 % chybovosť spájkovania.

Pre čiastočné oddelenie použite prepojovacie vodiče; pre úplné oddelenie prerobte kontaktnú plochu (medené pokovovanie, povlak spájkovacej masky) a po oprave otestujte elektrický výkon.

Na vyrovnanie prebytočnej spájky použite hrot spájkovačky v tvare dláta a v prípade potreby prebrúste. Chyba rovinnosti musí byť v rozmedzí ±0,05 mm, aby sa predišlo problémom s spájkovaním.

Áno. Na odstránenie zvyškového tavidla a nečistôt použite bezvodý etanol alebo špeciálne čistiace prostriedky, čím zabránite 20 % nárastu defektov spájkovania a korózie dosky plošných spojov.

Skontrolujte špecifikácie súčiastok, pocínujte podložky a pripravte si vhodné nástroje a tavidlo. Nedostatočná príprava môže spôsobiť 30 % mieru prepracovania.

Použite mikroskop a teplovzdušnú opravárenskú stanicu alebo špicatú spájkovačku. Najprv upevnite jeden kolík a potom prispájkujte zvyšok, aby ste zabezpečili presné umiestnenie.

Na kontrolu spájkovaných guľôčkových spojov (miera pórovitosti ≤ 5 %) použite röntgenové žiarenie a multimeter na kontrolu elektrickej kontinuity. Röntgenové žiarenie detekuje viac ako 90 % defektov.

Pred spájkovaním zafixujte súčiastky lepidlom alebo tavidlom a rovnomerne ich zohrejte, aby ste predišli tepelnému namáhaniu. Posun predstavuje 15 % – 20 % chýb spájkovania.

Medené vodiče sú dobre spájkovateľné; železné vodiče vyžadujú predbežné pocínovanie; zliatinové vodiče potrebujú zodpovedajúce tavidlo. Neupravené železné vodiče majú 70 % chybovosť spájkovania.

Zahŕňa vizuálnu kontrolu, testy elektrických vlastností (spojitosť, izolačný odpor) a funkčné testy. Vizuálna kontrola zistí 70 % – 80 % zjavných chýb.

Skontrolujte úplné a hladké spájkované spoje bez studeného spájkovania, premostenia alebo cencúľov; uistite sa, že vodiče sú úplne spájkované a nepoškodené. Vyžaduje sa súlad s normami IPC-A-610.

Detekuje kvalitu vnútorných spájkovaných spojov BGA/CSP súčiastok, identifikuje studené spájkovanie, prasknuté spájkovacie guľôčky a dutiny s mierou detekcie vnútorných chýb viac ako 95 %.

Testuje elektrický výkon pomocou upínacích prípravkov s klincami, detekuje skraty, prerušenia a problémy s parametrami súčiastok, pokrýva 80 % – 90 % elektrických pripojení.

Integrujte dosku plošných spojov (PCBA) do systému na simuláciu reálnych pracovných podmienok a testovanie funkčnosti, pričom identifikujete 90 % funkčných porúch spôsobených zváraním.

Príčiny: znečistené podložky, nedostatočná teplota, neúčinné tavidlo. Riešenia: opätovné vyčistenie podložiek, úprava teploty/času a výmena tavidla za kvalitnejšie alternatívy.

Prebytočnú spájku odstráňte odspájkovacím knôtom/žehličkou, upravte teplotu spájkovania a rýchlosť prúdenia vzduchu, aby ste predišli striekaniu. Správnou manipuláciou sa dosiahne 95 % miera opravy.

Možné príčiny: poškodenie súčiastok, prehriatie počas spájkovania, obrátená polarita. Štatistiky ukazujú, že poškodenie súčiastok predstavuje 40 %, prehriatie 30 %.

Menšiu deformáciu opravte zahriatím; pri silnej deformácii vymeňte dosky plošných spojov. Riadenie teploty/času znižuje mieru deformácie o 60 %.

Používajte pracovné stoly, náramky a pinzety odolné voči elektrostatickému výboju (ESD); udržiavajte relatívnu vlhkosť 40 % – 60 %, aby ste znížili poškodenie ESD o 90 %.

Obsluha musí nosiť ochranné okuliare/rukavice, aby sa predišlo popáleninám; uzemniť zariadenie, aby sa predišlo úrazu elektrickým prúdom; označiť zariadenia s vysokou teplotou výstražnými značkami.

Odpadové komponenty, spájka a tavidlo sú nebezpečný odpad, ktorý si vyžadujú likvidáciu kvalifikovanými zariadeniami; čistená odpadová voda musí spĺňať normy GB 8978.

Väčšina tavidl je horľavá a mala by sa skladovať na chladnom a vetranom mieste mimo dosahu zdrojov ohňa; zabráňte kontaktu s pokožkou/očami a v prípade kontaktu ich ihneď vypláchnite vodou.

Pravidelne čistite zvyšky spájky a tavidla zo zariadenia; nainštalujte ochranu proti prehriatiu, ktorá sa automaticky vypne pri prekročení teplotných limitov.

Musí spĺňať smernice RoHS, obmedzovať nebezpečné látky ako olovo/ortuť/kadmium, minimalizovať prchanie tavidla a používať ekologické čistiace prostriedky.

Optimalizujte procesy, zavádzajte automatizované zariadenia a zaškoľte operátorov. Automatizované zariadenia môžu zvýšiť efektivitu o 30 % – 50 %.

Znížte sekundárne opravy spôsobené nesprávnou prevádzkou, racionálne vyberajte nástroje/materiály a optimalizujte procesy s cieľom znížiť počiatočnú mieru chybovosti. Sekundárne opravy predstavujú 25 % – 35 % celkových nákladov.

Optimalizujte procesné parametre, vyberte vhodné tavidlo/spájku a posilnite kontrolu prvého výrobku a odber vzoriek počas procesu. Zlepšenia procesu môžu znížiť mieru chybovosti o 40 % – 60 %.

Zlepšuje stabilitu kvality, znižuje ľudské chyby, uľahčuje školenie nových zamestnancov a zvyšuje efektivitu. Štandardizácia môže znížiť výkyvy miery chybovosti o 50 %.

Vykonajte testy starnutia (24 – 100 hodín) a testy vplyvu prostredia (vysoká teplota/vlhkosť/vibrácie) na prepracovaných výrobkoch s cieľom vyhodnotiť dlhodobú spoľahlivosť.

Je potrebné zvážiť požiadavky na prepracovanie SMT aj THT súčiastok. Pri demontáži THT súčiastok je potrebné venovať pozornosť ich vplyvu na SMT súčiastky. Náročnosť prepracovania je o 30 % – 50 % vyššia ako pri čistých SMT doskách.

Materiál je mäkký a ľahko sa deformuje, preto sú na upevnenie potrebné špeciálne upevňovacie prvky; teplota ohrevu by mala byť o 10-20 ℃ nižšia ako teplota pevnej dosky plošných spojov, aby sa predišlo poškodeniu podkladu.

Vnútorný obvod je zložitý a prenos tepla je počas ohrevu nerovnomerný, čo môže spôsobiť skrat alebo prerušenie obvodu vnútornej vrstvy; oprava doštičky je náročná a úspešnosť prepracovania je iba 50 % – 60 %.

Najprv odstráňte tieniaci kryt a ochráňte vnútorné komponenty. Po oprave ho znova nainštalujte, aby ste zabezpečili tieniaci účinok. Nesprávna prevádzka ovplyvní elektromagnetickú kompatibilitu.

Má dobrú tepelnú vodivosť a vysokú krehkosť. Vyžaduje si rýchle zahrievanie, aby sa zabránilo praskaniu spôsobenému lokálnou koncentráciou napätia, a rýchlosť zahrievania sa výhodne reguluje na 5 – 10 ℃/s.

Musia ovládať zručnosti ako identifikácia komponentov, technológia zvárania, obsluha zariadení a analýza porúch a byť oboznámení s normami ako IPC-A-61. Miera porúch odborne vyškoleného personálu je o 40 % nižšia ako u začiatočníkov.

Zahŕňa teoretické školenie (znalosť procesov, štandardné špecifikácie) a praktické školenie (obsluha zariadení, zváračská prax) s hodnotením po školení a cyklus trvá zvyčajne 1 – 2 týždne.

Zahŕňa pokyny k procesu prepracovania, návody na obsluhu zariadení, normy kontroly kvality, záznamy o prepracovaní atď., ktoré môžu zlepšiť sledovateľnosť a efektívnosť analýzy problémov.

Stanovte kľúčové kontrolné body (ako je demontáž komponentov, čistenie podložiek, zváranie atď.) a vykonajte kontrolu prvého kusu, kontrolu hliadkovaním a kontrolu hotového výrobku, čo môže znížiť mieru chybovosti o 30 % – 40 %.

Zbierajte údaje o prepracovaní na analýzu problémov, vykonávajte procesné testy na optimalizáciu parametrov a zavádzajte nové technológie a zariadenia, ktoré môžu zvýšiť efektivitu o 10 % – 15 % ročne.

Vyberte podľa pôvodného typu spájky PCBA, uprednostnite produkty s podobným zložením a zvážte výkon, ako je bod topenia, zmáčavosť a spoľahlivosť.

Delia sa na tavidlo bez nutnosti čistenia, tavidlo rozpustné vo vode a tavidlo na báze kolofónie. Tavidlo bez nutnosti čistenia je vhodné na miesta s nízkymi požiadavkami na čistotu a tavidlo rozpustné vo vode je vhodné na čistenie, ale je potrebné si všimnúť zvyšky.

Používa sa na upevnenie malých súčiastok alebo na zabránenie posunutiu počas zvárania a musí mať dobrú pevnosť spoja (≥5 N/mm²) a teplotnú odolnosť.

Vyberte podľa typu tavidla (napríklad izopropylalkohol pre tavidlo na báze kolofónie) a zohľadnite ochranu životného prostredia, koróziu a prchavosť.

Je potrebné skontrolovať model, špecifikáciu, vzhľad, elektrický výkon atď., aby sa zabezpečila konzistencia s pôvodnými komponentmi. Nekvalitné vstupné materiály zvýšia mieru zlyhania pri prepracovaní o 20 %.

Vyčistite nečistoty vo vnútri vzduchovej trysky, aby ste predišli upchatiu, pravidelne kontrolujte stav vykurovacej trubice a kalibrujte teplotu a namažte mechanické komponenty. Upchatie vzduchovej trysky zvýši mieru chybovosti zvarov približne o 15 %.

Teplota sa kalibruje raz mesačne (chyba ≤ ± 1 ℃) a výška osi Z sa kalibruje raz za štvrťrok (presnosť ≤ ± 0,05 mm). Nekalibrovaná hodnota môže zvýšiť mieru pórovitosti zvarov o 20 %.

Nedostatočné sanie: vymeňte tesniaci krúžok pri ručnom odspájkovacom čerpadle, skontrolujte vákuové čerpadlo alebo vyčistite upchatie pri elektrickom odspájkovacom čerpadle; odspájkovanie nie je možné: skontrolujte, či nie je tryska poškodená alebo upchatá, vymeňte a vyčistite zvyšnú spájku.

Vo všeobecnosti sa vymieňa každé 1-2 roky podľa frekvencie používania. Po starnutí sa rovnomernosť teploty znižuje a miera chybovosti zvarov sa zvyšuje približne o 12 %.

Pravidelne čistite objektív špeciálnym papierom na čistenie objektívov, vyhýbajte sa nárazom, aby ste predišli posunutiu optických komponentov, a každý rok kalibrujte ohniskovú vzdialenosť, aby ste zabezpečili jasný obraz.

Najprv použite chemické rozpúšťadlá (ako napríklad acetón) na rozpustenie zapuzdrovacieho materiálu, po odstránení ho prepracujte podľa konvenčného postupu a po dokončení znovu zapuzdrte, pričom venujte pozornosť tekutosti a podmienkam vytvrdzovania materiálu.

Prioritou je odstránenie veľkých komponentov a komponentov generujúcich veľa tepla, aby sa predišlo ovplyvneniu opravovaných dielov; dodržiavajte zásadu od jednoduchých po ťažké, aby sa riziká znížili.

Vyžaduje sa špeciálne vybavenie (napríklad stanica na prepracovanie flip chipov) a používa sa technológia laserového ohrevu alebo ultrazvukového zvárania. Parametre sa určujú predbežným testovaním a miera úspešnosti je zvyčajne 60 % – 70 %.

Na testovanie kontinuity použite multimeter na lokalizáciu miesta skratu a skontrolujte a vyriešte problémy, ako sú premostenie zvyškov spájky, nesprávne zarovnanie pinov súčiastok a poškodenie obvodu dosky plošných spojov.

Skontrolujte, či je uzemnenie v poriadku a či je nainštalovaný tieniaci kryt, skontrolujte, či nie je signálny kábel počas zvárania poškodený, použite spektrálny analyzátor na detekciu zdroja rušenia a vykonajte opatrenia, ako je tienenie a filtrovanie.

Analyzujte údaje o prepracovaní pomocou strojového učenia na predpovedanie chýb, použite vizuálne rozpoznávanie na automatickú lokalizáciu chybných komponentov a inteligentne upravujte parametre zariadení na zlepšenie efektivity a kvality.

Bude sa vyvíjať smerom k vysoko presnej a multifunkčnej integrácii (ako je integrácia röntgenovej kontroly, automatického osádzania guľôčok, zvárania atď.) a realizovať prepojenie so systémom MES s cieľom zlepšiť inteligentné riadenie.

Podporovať ekologické tavidlá a čistiace prostriedky, vyvíjať zariadenia s nízkou spotrebou energie a skúmať technológie nedeštruktívneho opracovania s cieľom znížiť znečistenie a plytvanie zdrojmi.

Dokáže rýchlo vyrobiť prípravky na prepracovanie, čím sa znížia náklady, a používa sa na opravu lokálneho poškodenia dosiek plošných spojov (ako je napríklad tlač vodivých vedení) na zjednodušenie zložitých procesov.

Realizovať digitálne riadenie a diaľkové monitorovanie zariadení na prepracovanie, optimalizovať procesy prostredníctvom analýzy veľkých dát a zaviesť systémy sledovateľnosti prepracovaných produktov s cieľom zlepšiť kontrolu kvality.