Postopek popravila PCBA

Postopek predelave PCBA (Printed Circuit Board Assembly) je postopek za odkrivanje napak v sklopih s slabim spajkanjem ali funkcionalnimi napakami, odstranjevanje okvarjenih komponent in ponovno spajkanje ustreznih komponent. Statistika kaže, da približno 5–15 % PCBA zahteva predelavo med proizvodnjo elektronskih izdelkov.

Popravilo obravnava težave, kot so napake pri spajkanju in okvare komponent med proizvodnjo, pri čemer mora popravljeni izdelek izpolnjevati originalne proizvodne standarde; popravilo pa se ukvarja z napakami, ki jih povzroči staranje, nepravilna uporaba itd. v že rabljenih izdelkih. Odličen industrijski standard je nadzor stopnje napak pri popravilu znotraj 3 %.

Tipičen postopek je: odkrivanje napak → lociranje napake → odstranitev komponente → čiščenje blazinic → spajkanje nove komponente → pregled in preverjanje. Med njimi odstranjevanje in spajkanje komponent predstavljata 60–70 % celotnega časa postopka.

Tudi pri naprednih proizvodnih linijah SMT je stopnja napak pri spajkanju še vedno 0,1–1 % (na primer hladno spajkanje in premostitev). Ponovna obdelava lahko izboljša stopnjo kvalifikacije izdelkov, zmanjša proizvodne stroške in prepreči zavrženje celotne plošče.

Lahko izboljša izkoristek prvega prehoda izdelka, zmanjša proizvodne stroške, zagotovi kakovost in zanesljivost izdelka ter zniža stroške poprodajnega vzdrževanja. Študije kažejo, da lahko dobri postopki predelave povečajo zanesljivost izdelka za 20–30 %.

Vključuje predvsem postaje za predelavo z vročim zrakom, infrardeče postaje za predelavo, postaje za predelavo BGA, črpalke za odspajkanje, mikroskope itd. Med njimi imajo postaje za predelavo BGA natančnost nadzora temperature ±1 ℃, kar je primerno za visoko natančno predelavo komponent BGA.

Skozi grelno cev ustvarja vroč zrak, ki ga skozi šobo piha na komponente, ki jih je treba predelati, pri čemer se spajka stopi za odstranitev ali spajkanje. Temperatura vročega zraka je običajno nastavljiva od 200 do 450 ℃, hitrost zraka pa je 5–50 l/min.

Postaje za predelavo BGA imajo neodvisne funkcije nadzora temperature za več temperaturnih con, kar omogoča kompleksen nadzor temperaturne krivulje, primeren za pakirane naprave, kot sta BGA in CSP; običajne postaje za predelavo z vročim zrakom se večinoma uporabljajo za konvencionalna ohišja, kot sta QFP in SOP. Cena postaje za predelavo BGA je približno 3-5-krat višja od cene običajne postaje za predelavo z vročim zrakom.

Delimo jih na ročne črpalke za odspajkanje, električne črpalke za odspajkanje in vakuumske pištole za odspajkanje. Ročne črpalke za odspajkanje so primerne za odstranjevanje manjšega števila spajkanih spojev, električne črpalke za odspajkanje so učinkovitejše, vakuumske pištole za odspajkanje pa so primerne za večpinske komponente. Električne črpalke za odspajkanje odstranijo spajko 3–5-krat hitreje kot ročne.

Za drobne naprave v ohišju, kot sta 0201 in 01005, je potreben mikroskop s 50- do 100-kratno povečavo; za običajne naprave v ohišju zadostuje 10- do 30-kratna povečava. Mikroskopi z veliko povečavo so približno 2- do 3-krat dražji od tistih z majhno povečavo.

Nastavite glede na embalažo komponent in vrsto spajke. Za spajko Sn63Pb37 je temperatura odstranjevanja običajno 350–380 ℃, temperatura spajkanja pa 320–350 ℃; za spajko brez svinca (kot je SAC305) je temperatura odstranjevanja 380–420 ℃, temperatura spajkanja pa 350–380 ℃. Previsoka temperatura zlahka poškoduje komponente, prenizka temperatura pa preprečuje taljenje spajke.

Običajno vključuje območje predgrevanja (hitrost segrevanja 1–3 ℃/s, temperatura 120–150 ℃), območje namakanja (150–180 ℃, 60–120 s), območje reflow (najvišja temperatura 217–235 ℃, vzdrževana 30–60 s) in območje hlajenja (hitrost hlajenja 2–4 ​​℃/s). Nepravilna nastavitev temperaturne krivulje lahko povzroči težave, kot sta hladno spajkanje BGA in razpoke spajkalne kroglice.

Previsoka hitrost zraka lahko odpihne majhne komponente ali povzroči brizganje spajke; prenizka hitrost zraka povzroči nezadosten prenos toplote. Na splošno je hitrost zraka za ohišja razreda 0402 in višje nastavljena na 10–20 l/min, za ohišja razreda 0201 in nižje pa na 5–10 l/min.

Priporočljivo je, da čas spajkanja za posamezen spajkalni spoj ne presega 3 sekund, neprekinjeno spajkanje pa 10 sekund. Predolg čas spajkanja poveča tveganje za luščenje bakrene folije tiskanega vezja za 30 % in verjetnost poškodbe komponente za 25 %.

Prilagodite glede na velikost tiskanega vezja in gostoto komponent, običajno z gostoto moči 1–3 W/cm². Prevelika moč lahko povzroči lokalno pregrevanje in deformacijo tiskanega vezja, prenizka moč pa nizko učinkovitost ogrevanja.

Uporabite postajo za predelavo z vročim zrakom, usmerite šobo na nožice, segrejte pri 350–380 ℃ s hitrostjo zraka 15–20 l/min in komponento odstranite s pinceto, ko se spajka stopi. Po odstranitvi očistite blazinice z odspajkalnim stenjem.

Najprej nastavite ustrezno temperaturno krivuljo. Ko se spajkalne kroglice popolnoma stopijo, previdno odstranite BGA z vakuumskim sesalnikom; očistite preostalo spajko na blazinicah in jih ponovno namestite s spajkalno pasto. Stopnja uspešnosti odstranitve BGA je 85 % zaradi ujemanja temperaturne krivulje.

Zapišite si smer polarnosti komponente, da se izognete obrnjeni namestitvi; med odstranjevanjem bodite pozorni na enakomerno segrevanje, da preprečite eksplozijo komponente zaradi lokalnega pregrevanja. Napačna polarnost namestitve poveča stopnjo okvar izdelka za 40 %.

V takih primerih je za določitev položaja spajkanih spojev potreben rentgenski pregled, za odstranitev pa se uporabljajo lokalne metode segrevanja (kot je lasersko segrevanje). To je precej težko, saj je stopnja uspešnosti le 60–70 %.

Nadzorujte temperaturo in čas segrevanja ter se izogibajte ponavljajočemu segrevanju istega mesta; pri odstranjevanju velikih komponent uporabite ustrezna orodja, na primer vzvod, da zmanjšate vlečenje tiskanega vezja. Pravilno delovanje lahko zmanjša stopnjo poškodb tiskanega vezja za 50 %.

Ostanke spajke na blazinicah očistite z odspajkalnim stenjem in spajkalnikom: stenj namočite v talilo, ga položite na blazinico in segrejte z likalnikom, da vpije spajko. Širino stenja prilagodite širini blazinice, da preprečite prekomerno ali nezadostno čiščenje.

Oksidirano plast nežno zbrusite z drobnim brusnim papirjem, nanesite talilo in segrejte, da obnovite spajkalnost. Neobdelane oksidirane blazinice lahko povzročijo 80-odstotno stopnjo napak pri spajkanju.

Za delno odstranitev uporabite mostičke; za popolno odstranitev ponovno izdelajte blazinico (pobakrenje, premaz s spajkalno masko) in po popravilu preizkusite električno delovanje.

Za izravnavo odvečnega spajka uporabite konico spajkalnika v obliki dleta in po potrebi zbrusite. Napaka ravnosti mora biti znotraj ±0,05 mm, da se izognete težavam pri spajkanju.

Da. Za odstranitev ostankov talila in nečistoč uporabite brezvodni etanol ali specializirana čistila, s čimer se izognete 20-odstotnemu povečanju napak pri spajkanju in koroziji tiskanih vezij.

Preverite specifikacije komponent, pokositirajte blazinice in pripravite ustrezno orodje ter talilo. Neustrezna priprava lahko povzroči 30-odstotno stopnjo ponovne obdelave.

Uporabite mikroskop in postajo za predelavo z vročim zrakom ali koničast spajkalnik. Najprej pritrdite en pin, nato pa spajkajte ostale, da zagotovite natančno pozicioniranje.

Za pregled spajkanih krogličnih spojev (stopnja praznin ≤ 5 %) uporabite rentgensko preiskavo, za preverjanje električne prevodnosti pa multimeter. Rentgenska preiskava zazna več kot 90 % napak.

Pred spajkanjem pritrdite komponente z lepilom ali talilom in jih enakomerno segrejte, da se izognete toplotnim obremenitvam. Premiki predstavljajo 15–20 % napak pri spajkanju.

Bakreni vodniki so zelo spajkalni; železni vodniki zahtevajo predhodno kositrjenje; legirani vodniki pa potrebujejo ustrezen talilnik. Neobdelani železni vodniki imajo 70-odstotno stopnjo napak pri spajkanju.

Vključuje vizualni pregled, preizkuse električnih lastnosti (preverjanje prevodnosti, izolacijska upornost) in funkcionalne preizkuse. Vizualni pregled odkrije 70–80 % očitnih napak.

Preverite, ali so spajkani spoji popolnoma gladki in brez hladnega spajkanja, premostitev ali ledenih svečk; zagotovite, da so priključki popolnoma spajkani in nepoškodovani. Zahtevana je skladnost s standardi IPC-A-610.

Zazna kakovost notranjih spajkanih spojev komponent BGA/CSP, identificira hladno spajkanje, razpokane spajkalne kroglice in praznine, z več kot 95-odstotno stopnjo odkrivanja napak pri notranjih težavah.

Preizkusi električno delovanje s pomočjo pritrdilnih elementov iz žebljev, zazna kratke stike, odprtine in težave s parametri komponent, pri čemer pokriva 80 %–90 % električnih povezav.

Integrirajte tiskano vezje (PCBA) v sistem za simulacijo dejanskih delovnih pogojev in preizkus funkcionalnosti, pri čemer prepoznajte 90 % funkcionalnih napak, ki jih povzroči varjenje.

Vzroki: nečiste blazinice, nezadostna temperatura, neučinkovit talilo. Rešitve: ponovno očistite blazinice, prilagodite temperaturo/čas in zamenjajte talilo z visokokakovostnimi alternativami.

Odvečno spajko odstranite z odspajkalnikom/likalnikom, prilagodite temperaturo spajkanja in hitrost zraka, da preprečite brizganje. S pravilnim ravnanjem dosežete 95-odstotno stopnjo popravila.

Možni vzroki: poškodba komponent, pregrevanje med spajkanjem, obratna polarnost. Statistika kaže, da poškodbe komponent predstavljajo 40 %, pregrevanje pa 30 %.

Manjše deformacije popravite s segrevanjem; pri hujših deformacijah zamenjajte tiskana vezja. Nadzor temperature/časa zmanjša stopnjo deformacije za 60 %.

Uporabljajte delovne mize, zapestne trakove in pincete, varne pred elektrostatično razelektritvijo; vzdržujte relativno vlažnost od 40 % do 60 %, da zmanjšate poškodbe zaradi elektrostatične razelektritve za 90 %.

Upravljavci morajo nositi zaščitna očala/rokavice, da preprečijo opekline; opremo ozemljiti, da se izognejo električnemu udaru; opremo, ki se segreva, označiti z opozorilnimi znaki.

Odpadni sestavni deli, spajka in talilo so nevarni odpadki, ki jih je treba odstraniti s strani usposobljenih enot; čiščenje odpadne vode mora izpolnjevati standarde izpustov GB 8978.

Večina talilov je vnetljivih in jih je treba shranjevati na hladnem in prezračevanem mestu, stran od virov ognja; izogibajte se stiku s kožo/očmi in jih v primeru izpostavljenosti takoj sperite z vodo.

Redno čistite ostanke spajke in talila z opreme; namestite zaščito pred pregrevanjem, ki se samodejno izklopi, ko so presežene temperaturne omejitve.

Mora biti skladen z direktivami RoHS, omejevati nevarne snovi, kot so svinec/živo srebro/kadmij, zmanjšati izhlapevanje talila in uporabljati okolju prijazna čistila.

Optimizirajte procese, uvedite avtomatizirano opremo in usposobite operaterje. Avtomatizirana oprema lahko poveča učinkovitost za 30–50 %.

Zmanjšajte sekundarno predelavo zaradi nepravilnega delovanja, racionalno izberite orodja/materiale in optimizirajte procese za znižanje začetnih stopenj napak. Sekundarna predelava predstavlja 25–35 % celotnih stroškov.

Optimizirajte procesne parametre, izberite ustrezen fluks/spajko ter izboljšajte pregled prvega izdelka in vzorčenje med procesom. Izboljšave procesa lahko zmanjšajo stopnjo napak za 40–60 %.

Izboljša stabilnost kakovosti, zmanjša človeške napake, olajša usposabljanje novih zaposlenih in poveča učinkovitost. Standardizacija lahko zmanjša nihanja stopnje napak za 50 %.

Izvedite teste staranja (24–100 ur) in okoljske teste (visoka temperatura/vlažnost/vibracije) na predelanih izdelkih, da ocenite dolgoročno zanesljivost.

Upoštevati je treba zahteve glede predelave tako SMT kot THT komponent. Pri odstranjevanju THT komponent je treba biti pozoren na vpliv na SMT komponente. Težavnost predelave je za 30–50 % večja kot pri čistih SMT ploščah.

Material je mehak in se zlahka deformira, zato so za pritrditev potrebni posebni pritrdilni elementi; temperatura ogrevanja mora biti 10-20 ℃ nižja od temperature togega tiskanega vezja, da se prepreči poškodba podlage.

Notranje vezje je zapleteno, prenos toplote med segrevanjem pa je neenakomeren, kar lahko povzroči kratek stik ali odprt tokokrog notranje plasti; popravilo blazinice je težavno, stopnja uspešnosti ponovne obdelave pa je le 50–60 %.

Najprej odstranite zaščitni pokrov in zaščitite notranje komponente. Po popravilu ga ponovno namestite, da zagotovite učinek zaščite. Nepravilno delovanje bo vplivalo na elektromagnetno združljivost.

Ima dobro toplotno prevodnost in visoko krhkost. Potrebno ga je hitro segreti, da se prepreči razpoke zaradi lokalne koncentracije napetosti, hitrost segrevanja pa je po možnosti nadzorovana na 5–10 ℃/s.

Obvladati morajo veščine, kot so identifikacija komponent, tehnologija varjenja, upravljanje opreme in analiza napak, ter poznati standarde, kot je IPC-A-61. Stopnja napak strokovno usposobljenega osebja je 40 % nižja kot pri začetnikih.

Vključuje teoretično usposabljanje (poznavanje procesov, standardne specifikacije) in praktično usposabljanje (upravljanje opreme, varilne prakse) z ocenjevanjem po usposabljanju, cikel pa običajno traja 1-2 tedna.

Vključuje navodila za postopek predelave, priročnike za uporabo opreme, standarde pregleda kakovosti, zapise o predelavi itd., kar lahko izboljša sledljivost in učinkovitost analize težav.

Določite ključne kontrolne točke (kot so odstranjevanje komponent, čiščenje blazinic, varjenje itd.) in izvedite pregled prvih kosov, patruljni pregled in pregled končnih izdelkov, kar lahko zmanjša stopnjo napak za 30–40 %.

Zbirajte podatke o predelavi za analizo težav, izvajajte procesne teste za optimizacijo parametrov in uvajajte nove tehnologije in opremo, kar lahko poveča učinkovitost za 10–15 % letno.

Izberite glede na originalno vrsto spajke PCBA, dajte prednost izdelkom s podobno sestavo in upoštevajte zmogljivosti, kot so tališče, omočljivost in zanesljivost.

Delimo jih na talilo brez čiščenja, vodotopno talilo in talilo na osnovi kolofonije. Talilo brez čiščenja je primerno za primere z nizkimi zahtevami glede čistoče, vodotopno talilo pa je primerno za čiščenje, vendar je treba upoštevati ostanke.

Uporablja se za pritrjevanje drobnih komponent ali preprečevanje premika med varjenjem ter mora imeti dobro trdnost vezi (≥5 N/mm²) in temperaturno odpornost.

Izberite glede na vrsto talila (na primer izopropilni alkohol za talila na osnovi kolofonije) in upoštevajte varstvo okolja, korozijo in hlapnost.

Preveriti je treba model, specifikacije, videz, električne lastnosti itd., da se zagotovi skladnost z originalnimi komponentami. Slabi vhodni materiali bodo stopnjo napak pri predelavi povečali za 20 %.

Očistite nečistoče v notranjosti zračne šobe, da preprečite blokado, redno preverjajte stanje grelne cevi in ​​kalibrirajte temperaturo ter namažite mehanske komponente. Blokada zračne šobe bo povečala stopnjo varilnih napak za približno 15 %.

Temperatura se kalibrira enkrat mesečno (napaka ≤ ± 1 ℃), višina osi Z pa enkrat četrtletno (natančnost ≤ ± 0,05 mm). Če temperatura ni kalibrirana, se lahko stopnja varjenja poveča za 20 %.

Nezadostno sesanje: zamenjajte tesnilni obroč pri ročni črpalki za spajkanje, preverite vakuumsko črpalko ali očistite blokado pri električni črpalki za spajkanje; odspajkanje ni mogoče: preverite, ali je šoba poškodovana ali zamašena, zamenjajte in očistite preostalo spajko.

Običajno se zamenja vsakih 1-2 leti, odvisno od pogostosti uporabe. Po staranju se enakomernost temperature zmanjša, stopnja napak pri varjenju pa se poveča za približno 12 %.

Lečo redno čistite s posebnim papirjem za leče, izogibajte se trkom, da preprečite premik optičnih komponent, in vsako leto kalibrirajte goriščno razdaljo, da zagotovite jasno sliko.

Najprej uporabite kemična topila (kot je aceton), da raztopite material za enkapsulacijo, po odstranitvi ga ponovno obdelajte po običajnem postopku in po zaključku ponovno enkapsulirajte, pri čemer bodite pozorni na tekočnost in pogoje strjevanja materiala.

Prednost imajo odstranitve velikih in močno segrevajočih komponent, da se prepreči vpliv na popravljene dele; upoštevajte načelo od enostavnih do težje zmanjševanja tveganj.

Potrebna je posebna oprema (kot je postaja za predelavo odrezkov) in tehnologija laserskega segrevanja ali ultrazvočnega varjenja. Parametri se določijo s predhodnim testiranjem, stopnja uspešnosti pa je običajno 60–70 %.

Za preverjanje prevodnosti uporabite multimeter, da poiščete mesto kratkega stika ter preverite in odpravite težave, kot so premostitev ostankov spajke, napačna poravnava nožic komponent in poškodbe vezja tiskanega vezja.

Preverite, ali je ozemljitev dobra in ali je zaščitni pokrov nameščen, preverite, ali je signalna linija med varjenjem poškodovana, uporabite spektralni analizator za zaznavanje vira motenj in sprejmite ukrepe, kot sta zaščita in filtriranje.

Analizirajte podatke o predelavi s strojnim učenjem za napovedovanje napak, uporabite vizualno prepoznavanje za samodejno iskanje okvarjenih komponent in inteligentno prilagodite parametre opreme za izboljšanje učinkovitosti in kakovosti.

Razvijal se bo v smeri visoko natančne in večfunkcijske integracije (kot je integracija rentgenskega pregleda, avtomatsko vstavljanje kroglic, varjenje itd.) ter vzpostavil medsebojno povezavo s sistemom MES za izboljšanje inteligentnega upravljanja.

Spodbujati okolju prijazna talila in čistila, razvijati opremo z nizko porabo energije in raziskovati tehnologijo nedestruktivne predelave za zmanjšanje onesnaževanja in potrate virov.

Hitro lahko izdela vpenjala za predelavo, da se zmanjšajo stroški, in se uporablja za popravilo lokalnih poškodb tiskanih vezij (kot je tiskanje prevodnih vodov) za poenostavitev kompleksnih procesov.

Uresničite digitalni nadzor in daljinsko spremljanje opreme za predelavo, optimizirajte procese z analizo velikih količin podatkov in vzpostavite sisteme sledljivosti predelave izdelkov za izboljšanje nadzora kakovosti.