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1、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己损坏的封装器件时，要采用升温速率快、加热时间短的拆除
2、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， 旦运作正常。
3、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200C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，乂可能导致通孔、焊接掩膜或 PCB的损坏。采用吸焊料芯时，重要的是要把吸
4、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50 Um甚至更小。贴装倒装片时， 精度需25 Mm.当采用V0S进行对
5、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% 一一在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
6、；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音施加到器件 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P
7、CBo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，旦相当稳定。 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
8、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)感谢您的阅读，祝您生活愉快。