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PCB板返修過程中的關鍵技術分析

  對于成功返修SMT起幫助作用的兩個最關鍵工藝,也是兩個最容易引起忽視的問題:

  再流之前適當預熱PCB板;再流之后迅速冷卻焊點。

  由于這兩個根本工藝經常為返修技術人員所忽視,事實上,有時返修后比返修之前的狀況更糟糕。盡管有些“返修”缺陷有時能被后道工序檢驗員所發現,但多數情況下總是看不出來,但在以后電路試驗中馬上會暴露出來。

  預熱——成功返修的前提

  誠然,PCB長時間地在高溫(315-426℃)下加工會帶來很多潛在的問題。熱損壞,如焊盤和引線翹曲,基板脫層,生白斑或起泡,變色。板翹和被燒通常都會引起檢驗員注意。但是,正是因為不會“燒壞板”并不等于說“板未受損壞”。高溫對PCB的“無形”損害甚至比上述所列問題更加嚴重。幾十年來,無數次試驗反復證明PCB及其元件能“通過”返工后的檢驗和試驗,其衰減速度比正常PCB板高。這種基板內部翹曲和其電路元件衰減等“隱形”問題來自于不同材料不同的膨脹系數。顯然,這些問題不會自我暴露,甚至在開始電路試驗時也未被發現,但仍潛伏在PCB組件中。

  盡管“返修”后看上去很好,但就象人們常說的一句話:“手術成功了,可病人不幸死去”。 巨大熱應力的產生原因,常溫下(21℃)的PCB組件突然接觸熱源為約370℃的烙鐵、去焊工具或熱風頭進行局部加熱時,對電路板及其元器件有約349℃的溫差變化, 產生”爆米花”現象。

  “ 爆米花”現象是指存在于一塊集成電路或SMD在器件內部的濕氣在返修過程中迅速受熱, 使濕氣膨脹, 出現微型爆裂或破裂的現象。因此,半導體工業和電路板制造業要求生產人員在再流之前, 盡量縮短預熱時間, 迅速升到再流溫度。事實上PCB組件再流工藝中已經包括再流前的預熱階段。無論PCB裝配廠是采用波峰焊,紅外汽相或對流再流焊,每種方法一般均要進行預熱或保溫處理,溫度一般在140-160℃。在實施再流焊之前,利用簡單的短期預熱PCB就能解決返修時的許多問題。這在再流焊工藝中已有數年成功的歷史了。因此, PCB組件在再流前進行預熱的好處是多方面的。

  由于板的預熱會降低再流溫度, 所以波峰焊、IR/汽相焊和對流再流焊均可以在大約260℃左右下進行焊接的。

  預熱的好處是多方面的和綜合的

  首先,在開始再流之前預熱或“保溫處理”組件有助于活化焊劑,去除待焊接金屬表面的氧化物和表面膜,以及焊劑本身的揮發物。相應地,就在再流之前活化焊劑的這種清洗會增強潤濕效果。預熱是將整個組件加熱到低于焊料的熔點和再流焊的溫度。這樣可大大地降低對基板及其元器件的熱沖擊的危險性。否則快速加熱將增加組件內溫度梯度而產生熱沖擊。組件內部所產生的大的溫度梯度將形成熱機械應力,引起這些低熱膨脹率的材料脆化,產生破裂和損壞。SMT片式電阻器和電容器特別容易受到熱沖擊的傷害。

  此外,如果整個組件進行預熱,可降低再流溫度和縮短再流時間。如果沒有預熱,唯一辦法只能進一步升高再流溫度,或延長再流時間,無論哪一個辦法都不太合適,應該避免。

  減少返修使電路板更可靠

  作為焊接溫度的一個基準,采用的焊接方式不同, 焊接溫度也不一樣, 譬如: 多數波峰焊溫度約在240-260℃,汽相焊溫度約在215℃,再流焊溫度約為230℃。正確地講,返工溫度不高于再流焊溫度。盡管溫度接近,但決不可能達到一樣的溫度。這是因為:即所有返修過程只需要對一個局部元器件采取加溫,而再流需要對整個PCB組件進行加溫,無論是波峰焊IR和汽相再流焊均如此。

  同樣限制返工中降低再流溫度的另一個因素是工業標準的要求,即要返修點周圍的元器件所處溫度決不能超過170℃。所以,返修中再流溫度應與PCB組件本身和要再流的元器件尺寸的大小相適應,由于本質上是PCB板的局部返修,所以返修工藝限制了PCB板的維修溫度。局部化返修的加熱范圍比生產工藝中的溫度更高一些,以抵消整個電路板組件的吸熱。

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