PCBA onarım süreci

Baskılı devre kartı (PCBA) onarım süreci, kötü lehimleme veya işlevsel arızalar içeren montajlardaki hataları tespit etme, arızalı bileşenleri çıkarma ve nitelikli bileşenleri yeniden lehimleme işlemidir. İstatistikler, elektronik ürün üretiminde PCBA'ların yaklaşık %5-15'inin onarım gerektirdiğini göstermektedir.

Yeniden işleme, üretim sırasında lehimleme hataları ve bileşen arızaları gibi sorunları ele alır ve onarılan ürünün orijinal üretim standartlarını karşılaması gerekir; onarım ise, halihazırda kullanılmış ürünlerde eskime, yanlış kullanım vb. nedenlerden kaynaklanan arızaları giderir. Mükemmel bir endüstri standardı, yeniden işleme hata oranını %3 içinde tutmaktır.

Tipik süreç şu şekildedir: arıza tespiti → kusur yeri tespiti → bileşen sökümü → ped temizliği → yeni bileşen lehimleme → inceleme ve doğrulama. Bunların arasında, bileşen sökümü ve lehimleme toplam işlem süresinin %60-70'ini oluşturmaktadır.

Gelişmiş SMT üretim hatlarında bile %0,1-%1 oranında lehimleme hatası (soğuk lehimleme ve köprüleme gibi) hala mevcuttur. Yeniden işleme, ürün yeterlilik oranlarını iyileştirebilir, üretim maliyetlerini düşürebilir ve tüm kartın hurdaya çıkarılmasını önleyebilir.

Ürün ilk geçiş verimliliğini artırabilir, üretim maliyetlerini düşürebilir, ürün kalitesini ve güvenilirliğini sağlayabilir ve satış sonrası bakım maliyetlerini azaltabilir. Çalışmalar, iyi yeniden işleme süreçlerinin ürün güvenilirliğini %20-30 oranında artırabileceğini göstermektedir.

Başlıca sıcak hava lehimleme istasyonları, kızılötesi lehimleme istasyonları, BGA lehimleme istasyonları, lehim sökme pompaları, mikroskoplar vb. içerir. Bunlar arasında, BGA lehimleme istasyonları ±1℃ sıcaklık kontrol doğruluğuna sahip olup, yüksek hassasiyetli BGA bileşen lehimlemesi için uygundur.

Isıtma borusu aracılığıyla sıcak hava üretir ve bu sıcak havayı bir nozul vasıtasıyla yeniden işlenecek bileşenlerin üzerine üfleyerek lehimin eritilmesini ve böylece lehimin çıkarılmasını veya yeniden lehimlenmesini sağlar. Sıcak hava sıcaklığı genellikle 200-450℃ arasında ayarlanabilir ve hava hızı 5-50 L/dak'dır.

BGA yeniden işleme istasyonları, birden fazla sıcaklık bölgesi için bağımsız sıcaklık kontrol fonksiyonlarına sahiptir ve BGA ve CSP gibi paketlenmiş cihazlar için uygun olan karmaşık sıcaklık eğrisi kontrolüne olanak tanır; yaygın sıcak hava yeniden işleme istasyonları ise çoğunlukla QFP ve SOP gibi geleneksel paketler için kullanılır. Bir BGA yeniden işleme istasyonunun fiyatı, yaygın bir sıcak hava yeniden işleme istasyonunun fiyatının yaklaşık 3-5 katıdır.

Bunlar manuel lehim sökme pompaları, elektrikli lehim sökme pompaları ve vakumlu lehim sökme tabancaları olarak ayrılır. Manuel lehim sökme pompaları az sayıda lehim bağlantısını çıkarmak için uygundur, elektrikli lehim sökme pompaları daha verimlidir ve vakumlu lehim sökme tabancaları çok pinli bileşenler için uygundur. Elektrikli lehim sökme pompaları, manuel olanlara göre lehimleri 3-5 kat daha hızlı çıkarır.

0201 ve 01005 gibi küçük paketlenmiş cihazlar için 50-100 kat büyütmeli bir mikroskop gereklidir; geleneksel paketlenmiş cihazlar için ise 10-30 kat büyütme yeterlidir. Yüksek büyütmeli mikroskoplar, düşük büyütmeli mikroskoplara göre yaklaşık 2-3 kat daha pahalıdır.

Bileşen ambalajına ve lehim tipine göre ayarlayın. Sn63Pb37 lehim için sökme sıcaklığı genellikle 350-380℃, lehimleme sıcaklığı ise 320-350℃'dir; kurşunsuz lehim (örneğin SAC305) için sökme sıcaklığı 380-420℃, lehimleme sıcaklığı ise 350-380℃'dir. Aşırı yüksek sıcaklık bileşenlere kolayca zarar verirken, çok düşük sıcaklık lehimin erimesini önler.

Genellikle bir ön ısıtma bölgesi (ısıtma hızı 1-3℃/s, sıcaklık 120-150℃), bir bekletme bölgesi (150-180℃, 60-120 s), bir yeniden akış bölgesi (pik sıcaklık 217-235℃, 30-60 s süreyle korunur) ve bir soğutma bölgesi (soğutma hızı 2-4℃/s) içerir. Sıcaklık eğrisinin yanlış ayarlanması, BGA soğuk lehimleme ve lehim topu çatlaması gibi sorunlara neden olabilir.

Aşırı yüksek hava hızı, küçük boyutlu bileşenleri savurabilir veya lehim sıçramasına neden olabilir; çok düşük hava hızı ise yetersiz ısı transferine yol açar. Genellikle, 0402 ve üzeri paketler için hava hızı 10-20 L/dak, 0201 ve altı paketler için ise 5-10 L/dak olarak ayarlanır.

Tek bir lehim bağlantısı için lehimleme süresinin 3 saniyeyi, sürekli lehimlemenin ise 10 saniyeyi geçmemesi önerilir. Aşırı uzun lehimleme süresi, PCB bakır folyosunun soyulma riskini %30, bileşen hasarı olasılığını ise %25 artırır.

PCBA boyutuna ve bileşen yoğunluğuna göre ayarlama yapılır, genellikle 1-3 W/cm² güç yoğunluğu kullanılır. Aşırı yüksek güç, PCB'nin yerel olarak aşırı ısınmasına ve deformasyonuna neden olabilirken, çok düşük güç düşük ısıtma verimliliğine yol açar.

Sıcak hava lehimleme istasyonu kullanın, nozulu pinlere doğrultun, 15-20 L/dak hava hızıyla 350-380℃'de ısıtın ve lehim eridikten sonra bileşeni cımbızla çıkarın. Çıkarma işleminden sonra, pedleri lehim sökme fitiliyle temizleyin.

Öncelikle uygun bir sıcaklık eğrisi ayarlayın. Lehim topları tamamen eridikten sonra, BGA'yı vakumlu emme kalemiyle dikkatlice çıkarın; pedlerdeki artık lehimleri temizleyin ve lehim macunu kullanarak yeniden lehimleme yapın. Sıcaklık eğrisinin doğru ayarlanması sayesinde BGA çıkarma işleminin başarı oranı %85'tir.

Yanlış montajı önlemek için parçanın kutup yönünü kaydedin; yerel aşırı ısınma nedeniyle parçanın patlamasını önlemek için sökme sırasında eşit ısıtmaya dikkat edin. Yanlış kutup montajı, ürün arıza oranını %40 artırır.

Bu gibi durumlarda, lehim bağlantılarının konumlarını belirlemek için röntgen muayenesi gereklidir ve sökme işlemi için lokal ısıtma yöntemleri (lazerle ısıtma gibi) kullanılır. Bu işlem oldukça zordur ve başarı oranı yalnızca %60-70 civarındadır.

Isıtma sıcaklığını ve süresini kontrol edin ve aynı bölgenin tekrar tekrar ısıtılmasından kaçının; büyük boyutlu bileşenleri çıkarırken PCB üzerindeki çekmeyi azaltmak için levye gibi uygun aletler kullanın. Doğru işlem, PCB hasar oranını %50 azaltabilir.

Lehim sökme fitili ve lehimleme demiri kullanarak pedlerdeki artık lehimleri temizleyin: fitili lehim macununa batırın, pedin üzerine yerleştirin ve lehimleri emmesi için havya ile ısıtın. Aşırı veya yetersiz temizliği önlemek için fitilin genişliğini pedin genişliğiyle eşleştirin.

Oksitlenmiş tabakayı ince zımpara kağıdıyla hafifçe zımparalayın, lehim pastası uygulayın ve lehimlenebilirliği geri kazandırmak için ısıtın. İşlem görmemiş oksitlenmiş pedler %80'e varan oranda lehim hatasına neden olabilir.

Kısmi bağlantı kesilmesi durumunda jumper kabloları kullanın; tam bağlantı kesilmesi durumunda ise pedi yeniden yapın (bakır kaplama, lehim maskesi kaplama) ve onarımdan sonra elektriksel performansı test edin.

Fazla lehimin düzeltilmesi için keski şeklinde bir lehimleme ucu kullanın ve gerekirse zımparalayın. Lehimleme sorunlarını önlemek için düzlük hatası ±0,05 mm içinde olmalıdır.

Evet. Lehimleme hatalarında ve PCB korozyonunda %20'lik bir artışı önlemek için artık lehim kalıntılarını ve safsızlıkları gidermek üzere susuz etanol veya özel temizlik maddeleri kullanın.

Parça özelliklerini kontrol edin, lehimleme pedlerini lehimleyin ve uygun aletleri ve lehim pastasını hazırlayın. Yetersiz hazırlık %30'a varan oranda yeniden işleme neden olabilir.

Mikroskop ve sıcak hava lehimleme istasyonu veya sivri uçlu lehimleme demiri kullanın. Doğru konumlandırmayı sağlamak için önce bir pimi sabitleyin, ardından geri kalanını lehimleyin.

Lehim topu bağlantılarını incelemek için röntgen (boşluk oranı ≤%5) ve elektriksel süreklilik için multimetre kullanın. Röntgen, kusurların %90'ından fazlasını tespit eder.

Lehimlemeden önce bileşenleri yapıştırıcı veya lehim macunu ile sabitleyin ve termal stresi önlemek için eşit şekilde ısıtın. Lehimleme hatalarının %15-20'si kaymadan kaynaklanır.

Bakır kablolar yüksek oranda lehimlenebilir; demir kablolar önceden kalaylama gerektirir; alaşım kablolar ise uygun lehim pastası gerektirir. İşlem görmemiş demir kablolarda %70 oranında lehim hatası görülür.

Görsel inceleme, elektriksel performans testleri (süreklilik, izolasyon direnci) ve fonksiyonel testleri içerir. Görsel inceleme, belirgin kusurların %70-80'ini tespit eder.

Lehim bağlantılarının soğuk lehimleme, köprüleme veya buz sarkıtı olmadan tam ve düzgün olduğundan emin olun; uçların tamamen lehimlendiğinden ve hasar görmediğinden emin olun. IPC-A-610 standartlarına uygunluk gereklidir.

BGA/CSP bileşenlerinin iç lehim bağlantı kalitesini tespit eder, soğuk lehimleme, çatlak lehim topları ve boşlukları belirler ve iç sorunlar için %95'in üzerinde hata tespit oranına sahiptir.

Elektriksel performansı, kısa devreleri, açık devreleri ve bileşen parametre sorunlarını tespit eden, çivili bağlantı test cihazları kullanarak test eder ve elektriksel bağlantıların %80-90'ını kapsar.

PCBA'yı gerçek çalışma koşullarını simüle eden ve işlevselliği test eden bir sisteme entegre edin; bu sayede kaynak kaynaklı işlevsel arızaların %90'ı tespit edilir.

Nedenler: Kirli pedler, yetersiz sıcaklık, etkisiz lehim macunu. Çözümler: Pedleri yeniden temizleyin, sıcaklık/süreyi ayarlayın ve lehim macununu yüksek kaliteli alternatiflerle değiştirin.

Fazla lehimleri lehim sökme fitili/havya ile temizleyin, sıçramayı önlemek için lehimleme sıcaklığını ve hava hızını ayarlayın. Doğru kullanım %95 onarım oranı sağlar.

Olası nedenler: bileşen hasarı, lehimleme sırasında aşırı ısınma, ters kutuplama. İstatistikler, bileşen hasarının %40, aşırı ısınmanın ise %30 oranında neden olduğunu göstermektedir.

Küçük deformasyonları ısıtarak düzeltin; ciddi deformasyonlar için PCB'leri değiştirin. Sıcaklık/süre kontrolü, deformasyon oranını %60 azaltır.

ESD güvenli çalışma tezgahları, bileklikler ve cımbızlar kullanın; ESD hasarını %90 azaltmak için %40-60 bağıl nem oranını koruyun.

Operatörler yanıkları önlemek için koruyucu gözlük/eldiven takmalı; elektrik çarpmasını önlemek için ekipmanı topraklamalı; yüksek sıcaklıktaki ekipmanları uyarı işaretleriyle işaretlemelidir.

Atık bileşenler, lehim ve lehim macunu, yetkili birimler tarafından bertaraf edilmesi gereken tehlikeli atıklardır; temizleme atık suyunun GB 8978 deşarj standartlarına uygun olması gerekir.

Lehimleme sıvılarının çoğu yanıcıdır ve serin, havalandırılmış alanlarda, ateş kaynaklarından uzakta saklanmalıdır; cilt/göz temasından kaçınılmalı ve temas halinde derhal su ile yıkanmalıdır.

Ekipmandan lehim artıklarını ve lehim macununu düzenli olarak temizleyin; sıcaklık sınırları aşıldığında otomatik olarak kapanması için aşırı ısınma koruma sistemi kurun.

RoHS direktiflerine uyulmalı, kurşun/cıva/kadmiyum gibi tehlikeli maddeler sınırlandırılmalı, lehim buharlaşması en aza indirilmeli ve çevre dostu temizlik maddeleri kullanılmalıdır.

Süreçleri optimize edin, otomatik ekipmanları benimseyin ve operatörleri eğitin. Otomatik ekipmanlar verimliliği %30-50 oranında artırabilir.

Yanlış kullanım nedeniyle oluşan ikincil yeniden işleme maliyetlerini azaltın, alet/malzemeleri rasyonel bir şekilde seçin ve ilk hata oranlarını düşürmek için süreçleri optimize edin. İkincil yeniden işleme maliyetleri toplam maliyetlerin %25-35'ini oluşturmaktadır.

Proses parametrelerini optimize edin, uygun lehim/lehim macunu seçin ve ilk numune denetimini ve proses içi örneklemeyi güçlendirin. Proses iyileştirmeleri, kusur oranlarını %40-60 oranında azaltabilir.

Kalite istikrarını artırır, insan hatalarını azaltır, yeni çalışanların eğitimini kolaylaştırır ve verimliliği artırır. Standardizasyon, kusur oranı dalgalanmalarını %50 oranında daraltabilir.

Yeniden işlenmiş ürünler üzerinde uzun vadeli güvenilirliği değerlendirmek için yaşlandırma testleri (24-100 saat) ve çevresel testler (yüksek sıcaklık/nem/titreşim) gerçekleştirin.

Hem SMT hem de THT bileşenlerinin yeniden işleme gereksinimlerini dikkate almak gerekir. THT bileşenleri çıkarılırken, SMT cihazlar üzerindeki etkiye dikkat edilmelidir. Yeniden işleme zorluğu, saf SMT kartlara göre %30-50 daha yüksektir.

Malzeme yumuşak ve kolay deforme olabilen bir yapıya sahip olduğundan, sabitleme için özel aparatlar gereklidir; alt tabakaya zarar vermemek için ısıtma sıcaklığı sert PCB'ye göre 10-20℃ daha düşük olmalıdır.

İç devre karmaşıktır ve ısıtma sırasında ısı transferi düzensizdir; bu durum iç katmanda kısa devre veya açık devreye neden olma olasılığını artırır; ped onarımı zordur ve yeniden işleme başarı oranı yalnızca %50-60 civarındadır.

Öncelikle koruyucu kapağı çıkarın ve iç bileşenleri koruyun. Koruma etkisinin sağlanması için onarımdan sonra tekrar takın. Yanlış işlem elektromanyetik uyumluluğu etkileyecektir.

İyi ısı iletkenliğine ve yüksek kırılganlığa sahiptir. Yerel gerilim yoğunlaşmasından kaynaklanan çatlamayı önlemek için hızlı ısıtma gerektirir ve ısıtma hızı tercihen 5-10℃/s arasında kontrol edilmelidir.

Profesyonel eğitim almış personelin, bileşen tanımlama, kaynak teknolojisi, ekipman kullanımı ve arıza analizi gibi becerilerde uzmanlaşması ve IPC-A-61 gibi standartlara aşina olması gerekir. Bu personelin hata oranı, acemilere göre %40 daha düşüktür.

Bu eğitim, teorik eğitim (süreç bilgisi, standart özellikler) ve pratik eğitim (ekipman kullanımı, kaynak uygulaması) olmak üzere iki bölümden oluşur, eğitim sonrasında değerlendirme yapılır ve döngü genellikle 1-2 hafta sürer.

Bu, yeniden işleme süreci talimatlarını, ekipman kullanım kılavuzlarını, kalite kontrol standartlarını, yeniden işleme kayıtlarını vb. içerir ve bu da izlenebilirliği ve sorun analizi verimliliğini artırabilir.

Önemli kontrol noktaları (örneğin, parça sökme, ped temizleme, kaynaklama vb.) belirleyin ve ilk parça denetimi, devriye denetimi ve nihai ürün denetimi gerçekleştirin; bu sayede kusur oranı %30-40 oranında azaltılabilir.

Sorunları analiz etmek için yeniden işleme verilerini toplayın, parametreleri optimize etmek için süreç testleri gerçekleştirin ve verimliliği yıllık %10-15 oranında artırabilecek yeni teknolojiler ve ekipmanlar kullanıma sunun.

Orijinal PCBA lehim tipine göre seçim yapın, benzer bileşime sahip ürünlere öncelik verin ve erime noktası, ıslatılabilirlik ve güvenilirlik gibi performans özelliklerini göz önünde bulundurun.

Bunlar temizleme gerektirmeyen lehim akısı, suda çözünen lehim akısı ve reçine bazlı lehim akısı olmak üzere üç kategoriye ayrılır. Temizleme gerektirmeyen lehim akısı, düşük temizlik gereksinimleri olan durumlar için uygundur; suda çözünen lehim akısı ise temizlik için pratiktir ancak kalıntı bırakabileceğine dikkat edilmelidir.

Kaynak işlemi sırasında küçük parçaları sabitlemek veya yer değiştirmeyi önlemek için kullanılır ve iyi bir yapışma mukavemetine (≥5N/mm²) ve sıcaklık direncine sahip olması gerekir.

Kaynak işleminde kullanılan akı türüne (örneğin reçine bazlı malzemeler için izopropil alkol) göre seçim yapın ve çevre koruma, korozyon ve uçuculuk özelliklerini göz önünde bulundurun.

Orijinal parçalarla tutarlılığı sağlamak için model, özellik, görünüm, elektriksel performans vb. kontrol edilmelidir. Kalitesiz gelen malzemeler, yeniden işleme başarısızlık oranını %20 artıracaktır.

Tıkanmayı önlemek için hava memesinin içindeki kirlilikleri temizleyin, ısıtma borusunun durumunu kontrol edin ve sıcaklığı düzenli olarak kalibre edin, ayrıca mekanik parçaları yağlayın. Hava memesinin tıkanması, kaynak hatası oranını yaklaşık %15 artıracaktır.

Sıcaklık ayda bir kez (hata ≤±1℃) ve Z ekseni yüksekliği üç ayda bir (doğruluk ≤±0,05 mm) kalibre edilir. Kalibrasyon yapılmaması kaynak boşluğu oranını %20 artırabilir.

Yetersiz emiş: Manuel lehim sökme pompası için sızdırmazlık halkasını değiştirin, elektrikli lehim sökme pompası için vakum pompasını kontrol edin veya tıkanıklığı temizleyin; lehim sökme işlemi yapılamıyor: Meme ucunun hasarlı veya tıkalı olup olmadığını kontrol edin, değiştirin ve kalan lehimleri temizleyin.

Genellikle kullanım sıklığına bağlı olarak 1-2 yılda bir değiştirilir. Zamanla eskime sonucu sıcaklık homojenliği azalır ve kaynak hatası oranı yaklaşık %12 artar.

Lensi düzenli olarak özel lens temizleme kağıdıyla temizleyin, optik bileşenlerin yerinden oynamasını önlemek için çarpışmalardan kaçının ve net görüntü sağlamak için odak uzaklığını her yıl kalibre edin.

Öncelikle kimyasal çözücüler (aseton gibi) kullanarak kapsülleme malzemesini çözün, çıkarıldıktan sonra geleneksel işleme göre yeniden işleyin ve tamamlandıktan sonra malzemenin akışkanlığına ve kürlenme koşullarına dikkat ederek yeniden kapsülleyin.

Onarılan parçaları etkilememek için büyük boyutlu ve yüksek ısı üreten bileşenlerin çıkarılmasına öncelik verilir; riskleri azaltmak için kolaydan zora doğru prensip izlenir.

Özel ekipman (örneğin flip chip yeniden işleme istasyonu) gereklidir ve lazer ısıtma veya ultrasonik kaynak teknolojisi kullanılır. Parametreler ön testlerle belirlenir ve başarı oranı genellikle %60-70 arasındadır.

Kısa devre noktasını bulmak için süreklilik testi yapmak üzere bir multimetre kullanın ve lehim kalıntısı köprülenmesi, bileşen pimlerinin yanlış hizalanması ve PCB devre hasarı gibi sorunları kontrol edin ve çözün.

Topraklamanın sağlam olup olmadığını ve koruyucu kapağın yerinde takılı olup olmadığını kontrol edin, kaynak sırasında sinyal hattının hasar görüp görmediğini kontrol edin, girişim kaynağını tespit etmek için spektrum analizörü kullanın ve koruma ve filtreleme gibi önlemler alın.

Makine öğrenimi yoluyla yeniden işleme verilerini analiz ederek kusurları tahmin edin, görsel tanıma kullanarak kusurlu parçaları otomatik olarak bulun ve verimliliği ve kaliteyi artırmak için ekipman parametrelerini akıllıca ayarlayın.

Yüksek hassasiyetli ve çok fonksiyonlu entegrasyona (örneğin X-ışını muayenesi, otomatik bilye yerleştirme, kaynak vb. entegrasyonu) doğru gelişecek ve akıllı yönetimi iyileştirmek için MES sistemiyle bağlantı kurmayı sağlayacaktır.

Çevre dostu lehimleme akışkanları ve temizlik maddelerini teşvik edin, düşük enerji tüketimli ekipmanlar geliştirin ve kirliliği ve kaynak israfını azaltmak için tahribatsız yeniden işleme teknolojilerini araştırın.

Yeniden işleme için gerekli parçaları hızla üreterek maliyetleri düşürebilir ve karmaşık süreçleri basitleştirmek için PCB'lerin (örneğin iletken hatların basılması gibi) yerel hasarlarını onarmak için kullanılır.

Yeniden işleme ekipmanlarının dijital kontrolünü ve uzaktan izlenmesini gerçekleştirin, büyük veri analizi yoluyla süreçleri optimize edin ve kalite kontrolünü iyileştirmek için ürün yeniden işleme izlenebilirlik sistemleri kurun.