SMT组件的返修技术-通信信号产品制造与工艺管理

2023-10-23 理论教育版权反馈

【摘要】：PCB组装中必须对废品率有一定的估计，且可以用返修来弥补产品组装过程中产生的一些问题。成功的返修首先应将故障位置上的元器件取走。与此同时，还要防止PCB加热过度而造成PCB扭曲。而底部加热则可以补偿这部分热量而减少元器件在上部所需的总热量，另外，使用大面积底部加热器可以消除因局部加热过度而引起的PCB扭曲。定位完成后，元器件自动放到PCB上，放置力反馈和可编程力量控制技术可以确保正确放置，不会对精密元器件造成损伤。

表面组装自动化和组装制造工艺一直在为满足高的一次组装通过率要求而努力，但是100%的成品率仍然是一个可望而不可即的目标。不管工艺有多完美，总是存在着一些组装制造中无法控制的因素而产生出不良品。PCB组装中必须对废品率有一定的估计，且可以用返修来弥补产品组装过程中产生的一些问题。

（一）返修的基本知识

1．返修的基本概念

SMT的返修通常是为了去除失去功能、损坏引线或排列错误的元器件，重新更换新的元器件，或者说就是使不合格的电路组件恢复成与特定要求相一致的合格的电路组件。返修和修理是两个不同的概念，修理是使损坏的电路组件在一定程度上恢复它的电气机械性能，而不一定与特定要求相一致。

2．返修应用场合

再流焊、波峰焊、清洗后元件补焊；样机焊接；检验；开路、桥接、虚焊等焊点缺陷修复；需要更换元器件时。

3．返修的基本过程

（1）取下元器件。成功的返修首先应将故障位置上的元器件取走。将焊点加热至熔点，然后小心地将元器件从板上拿下。加热控制是返修的一个关键因素，焊料必须完全熔化，以免在取走元器件时损伤焊盘。与此同时，还要防止PCB加热过度而造成PCB扭曲。

（2）线路板和元器件加热。先进的返修系统采用计算机控制加热过程，使之与焊膏制造厂商给出的规格参数尽量接近，并且应采用顶部和底部组合加热的方式。底部加热用以升高PCB的温度，而顶部加热则用来加热元器件，元器件加热时有部分热量会从返修位置传导流走。而底部加热则可以补偿这部分热量而减少元器件在上部所需的总热量，另外，使用大面积底部加热器可以消除因局部加热过度而引起的PCB扭曲。

（3）加热曲线。加热曲线应精心设置，先预热，然后使焊点回焊。好的加热曲线能提供足够但不过量的预热时间，以激活助焊剂，时间太短或温度太低则不能做到这一点。正确的再流焊温度和高于此温度的停留时间非常重要，温度太低或时间太短，会造成润湿不良或焊点开路；温度太高或时间太长，会产生短路或形成金属互化物。

（4）取元器件。一旦加热曲线设定好，就可准备取走元器件，返修系统应保证这部分工艺尽可能简单并具有重复性。加热喷嘴对准好元器件以后即可进行加热，一般先从底部开始，然后将喷嘴和元器件吸管分别降到PCB和元器件上方，开始顶部加热。加热结束时许多返修工具的元器件吸管中会产生真空，吸管升起将元器件从板上提起。在焊料完全熔化以前吸起元器件会损伤板上的焊盘，“零作用力吸起”技术能保证在焊料液化前不会取走元器件。

（5）预处理。在将新元器件换到返修位置前，该位置需要先做预处理。预处理包括两个步骤：除去残留的焊料和添加助焊剂或焊膏。

（6）元器件更换。取走元器件并对PCB进行预处理后，就可以将新的元器件装到PCB上去了。制定的加热曲线应仔细考虑以避免PCB扭曲并获得理想再流焊效果，利用自动温度曲线制定软件进行温度设置可作为一种首选技术。

（7）元器件对位。新元器件和PCB必须正确对准，对于小尺寸焊盘和细间距CSP及倒装芯片器件而言，返修系统的放置能力必须要能满足很高的要求。

（8）元器件放置。返修工艺选定后，PCB放在工作台上，元器件放在容器中，然后用PCB定位以使焊盘对准元器件上的引脚或焊球。定位完成后，元器件自动放到PCB上，放置力反馈和可编程力量控制技术可以确保正确放置，不会对精密元器件造成损伤。

（二）常用返修工具的使用

1．热风枪的使用

热风枪又称贴片电子元器件拆焊台。它专门用于表面贴片安装电子元器件（特别是多引脚的SMD集成电路）的焊接和拆卸。它的内部似一个电热炉，用一把小风扇将电热丝产生的热量以风的形式送出。在风枪口有一个传感器，对吹出的热风的温度进行取样，再将热能转换成电信号来实现热风的恒温控制和温度显示。热风枪还有大小不等的风枪口的喷头，可以根据使用的具体情况来选择喷头的大小。

热风枪面板功能和热风枪的握法如图3-25所示。

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图3-25　热风枪面板结构和热风枪的握法

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微课：热风枪使用拆焊贴片元器件

面板左下侧有一个风量调节钮，顺时针旋转可以使风枪口输出的风量变大，逆时针则减小。风量的调节范围共有1～8挡，在同一温度（指显示温度）下，风量越小，风枪口送出的实际温度就越高，反之越低。

面板右侧下方是设定温度调节钮，可调范围为100～480℃，顺时针旋动温度调节钮，可以提高热风枪输出的温度。右侧上方有一个显示屏，显示的是当前风枪口送出的实际温度，按下显示屏右侧的按钮后显示设定的温度。

1）温度、风量调节

（1）拆装贴片元件时风量调到1～2挡，温度调到350～380℃。

（2）拆装两面引脚贴片芯片时风量调到4～5挡，温度调到350～380℃。

（3）拆装四面引脚贴片芯片时风量调到3～4挡，温度调到350～380℃。

2）焊接距离

（1）热风枪垂直元件。

（2）风嘴距元件2～3 cm。

（3）四面引脚贴片芯片热风枪应逆时针或顺时针均匀加热元件。

（4）两面引脚贴片芯片热风枪应按Z形均匀加热元件。

3）拆焊时间

（1）电阻、电容等贴片元件的拆焊时间为5s左右。

（2）一般的IC拆焊时间为15s左右。

（3）小BGA拆焊时间为30s左右。

（4）大BGA拆焊时间为50s左右。

4）安全注意事项

（1）热风枪属于热源设备，注意以防烫伤。

（2）注意用电安全。

（3）热风枪手柄内的发热丝和高温玻璃易损坏。

（4）不要在易燃气体、易燃物体附近使用热风枪，并注意人身安全。

（5）工作完成，关掉电源开关，这时开始自动冷却时段，在冷却时段不可拔出电源插头；长期不用时应该拔出电源插头。

此外，在拆卸贴片元件和贴片集成电路、BGA芯片前要准备好以下辅助工具，如图3-26所示。热风枪：用于拆卸和焊接贴片元件、贴片集成电路。电烙铁：用以焊接或补焊贴片元件、贴片集成电路。手指钳：拆卸时将贴片元件、贴片集成电路夹住；焊锡熔化后将元件取下；焊接时用于固定元件。带灯放大镜：便于观察元件的位置。工作台：用以放置设备和电路板，工作台应可靠接地。防静电手腕：戴在手上，用以防止人身上的静电损坏元器件。吹耳球：用以将元件周围的杂质吹跑。助焊剂：可选用品牌助焊剂或松香水（酒精和松香的混合液），将助焊剂加入元件周围便于拆卸和焊接。无水酒精或三氯甲烷：用以清洁线路板。焊锡丝：焊接时使用。抽风机：用于吸走焊接时助焊剂所挥发出的烟尘等。植锡板：用于BGA芯片植锡，尽量选择优质植锡板。锡浆：用于植锡，建议使用瓶装的进口锡浆，多为0.5～1 kg一瓶。刮锡工具：用于刮除锡浆，可选用六件一套的助焊工具中的扁口刀，一般的植锡套装工具都配有钢片刮刀或胶条。

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图3-26　常用辅助工具

2．恒温电烙铁

恒温式电烙铁如图3-27所示。其特点是恒温装置在烙铁本体内，核心是装在烙铁头上的强磁体传感器。强磁体传感器的特性是能够在温度达到某一点时磁性消失。这一特征正好作为磁控开关来控制加热元件的通断，从而控制烙铁头的温度。装有不同强磁传感器的烙铁头，具有不同的恒温特性。使用者只需更换烙铁头，便可在260～450℃任意选定温度，适合维修人员使用。

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图3-27　防静电恒温烙铁

1）焊接时烙铁头温度设置

（1）焊接时烙铁头温度：（320±10）℃。

焊接时间：每个焊点1～3s。

（2）拆除元件时烙铁头温度：310～350℃。

注：根据CHIP件尺寸不同而使用不同的烙铁嘴。(www.chuimin.cn)

（3）集成器件焊接时烙铁头温度：（330±5）℃。

焊接时间：2～3s。

注：当焊接大功率（TO-220、TO-247、TO-264等封装）或焊点与大铜箔相连，上述温度无法焊接时，烙铁温度可升高至360℃，当焊接敏感怕热零件（LED、CCD、传感器等）时，温度控制在260～300℃。

2）焊接贴片元器件

（1）管脚少的元件点焊：需要用比较尖的烙铁头对着每个引脚焊接，先焊一个脚。

（2）管脚多的元件（如芯片）拖焊。焊接之前要确认IC的方向及1脚的位置，把IC摆正在PCB板上，定位好。用烙铁先加少量的锡，把芯片对好位的一角加点锡固定，再把另一个对角加锡固定。然后在IC四周加满焊锡，用烙铁从头至尾拖焊下来，确保IC的每个引脚都焊上焊锡。拖焊时烙铁的温度在230～260℃最为合适。

3）拆焊要点

（1）严格控制加热的温度和时间。

（2）拆焊时不要用力过猛。

（3）吸去拆焊点上的焊。

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微课：贴片元器件（电阻电容）的手工焊接

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微课：SMT集成电路手工焊接原理

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微课：贴片元器件（集成电路）手工焊接实操

3．固定组件式热空气返修系统

固定组件热空气返修系统有通用性和专用型（见图3-28），通用型用于常规元器件的返修，专业型用于BGA类焊点不可见元器件的返修。通用型工作原理与手持式热空气返修工具相同，对应于不同的SMD有不同的特殊的热空气喷嘴。但是，它能半自动地用热空气喷嘴加热器件引脚，焊料熔化后能用安装在喷嘴中央并与喷嘴同轴的真空吸嘴拾取拆下的器件。这种固定式返修工具有不同的结构形式，一种结构形式是在PCB下面设置一个用于预热SMA的热空气喷嘴，以减少SMA所受的热冲击，避免返修引起的SMA故障。这种结构使要返修的组件放在两个固定的热空气喷嘴之间。还有一种结构形式是通过喷嘴固定组件式热空气返修工具。它的喷嘴可根据拆焊的元器件类型进行调整。另外，这种喷嘴设置了两种空气通孔，内侧是热空气通孔，外侧是冷空气通孔（小孔），这种喷嘴结构可有效地防止邻近器件引脚焊接部位受热。

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