PCBA维修知识丨PCBA 维修工艺规范(参考标准:IPC-7711/21)

文摘   2024-10-14 17:42   广东  


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1.通用要求

本规范程序适用于无铅合金以及其它种类的焊料合金。

 

2.必要的设备

焊接系统

刀型烙铁头/小口热风枪

焊接手柄

                                                           

3.可选设备

镊子

可控预热器

 

4.材料

锡线  SAC305  1.2MM

助焊剂

清洗剂

                                                           

5.程序

 

注:推荐预热敏感元器件(如片式陶瓷电容)

1.去除敷形涂敷层(如果有),清洁作业区内任何污染物、

氧化物或残留物。

2.将烙铁头安装在手柄上。

3.将烙铁头的温度设定为约315℃,必要时调节。

4.给某个焊盘上(任选)涂敷助焊剂(见图1)。

5.清洁烙铁头,见程序XXX。                                      

6.对这个焊盘预施加焊料。

7.将元器件放置在焊盘上,并用小木棒或镊子固定(见图2)。

8.2个焊盘涂敷助焊剂(见图1)。

9.将烙铁头放在已预施加焊料的焊盘和元器件端子的接合处。

10.观察焊料完全熔融,元器件突然向下落到焊盘区域就是焊

料完全熔融的迹象(见图4)。

11.稍停片刻待焊料固化。

12.根据需要施加适量的焊料,焊接剩下的那个焊盘。

13.给烙铁头重新上锡,将烙铁手柄放回支架。                     

14.必要时进行清洁,并按照已建立的工艺要求进行检验。

参考标准文献:(IPC-7711/21中文版)文末附英文版



同一功能不良 3PCS 以上,且不能判定故障问题的必须通知生管、品质、工程;


手工焊作业要求

手工焊作业人员

资质要求

手工焊作业工位人员必须通过专门的上岗培训,获得岗位资质认证后方可从事手工焊作业。

手工焊温度管控

PCBA手工焊实际板面温度需≤260℃,板面温度以热电偶或专用测温仪器测试 数值为准。

要求产线定期进行点检,点检频率1/天。

手工焊工艺辅料使用要求
手工焊锡丝使用要求
多种焊锡丝使用

不同焊剂型号的焊锡丝不能混用,更换不同焊剂型号的焊锡丝时,应该用更换后的焊锡丝清洗烙铁头。即用焊锡丝涂布烙铁头,然后用湿润的海绵擦洗烙铁头,将原焊锡丝的焊剂彻底清除。

焊锡丝线径选择

根据大焊点选择粗焊锡丝,小焊点选择细焊锡丝的原则选择焊锡丝。

使用期限

遵循先入库、先使用原则

在焊锡丝保质期内使用,不允许使用超期焊锡丝。

焊接环境要求

焊接现场要通风良好。

废弃物处理

沾有焊料的手套、布、纸和锡膏空瓶要扔入专用的化学废品箱中,不可乱扔。

安全注意事项
1 )烙铁头到鼻子的距离应不小于20cm

2)工作场所必须有通风装置,以去除烟气;

3)工作场所不可吸烟、吃东西、喝水;操作中要戴手套,避免焊料与人体直接接触;

4)操作后尤其是饭前,必须用肥皂和温水洗手;

5)如果焊料接触到眼睛,必须立刻用温水冲洗20分钟,并给予适当的治疗;

6)焊锡丝的助焊剂可燃,不要将焊锡丝加入熔融的焊锡中以防失火;使用和存储时应避开火源。一旦着火,可使用二氧化碳和干粉灭火器灭火。

手工焊清洗剂存储及使用要求
手工焊清洗使用要求

清洗剂存储

清洗剂应当存放于一般库房阴凉处,存储温度535℃,避免阳光照射。

对于返修使用清洗剂,当原包装罐还剩有清洗剂时,应盖紧包装内盖和外盖,置于临时危险品库房存储,存储温度5-35℃,远离火源。

不同清洗剂使用

不同型号的清洗剂不可以混用,在更换其它清洗剂前应将清洗设备内清洗剂清理干净。

使用期限

遵循先入库、先使用原则。

在清洗剂使用有效期内使用,不允许使用过期清洗剂。

工具设备要求
手工焊工具设备要求

ESD静电防护

所有的手工焊工位、工具和设备要求满足ESD静电防护要求

工具选择

手工焊工具包括电烙铁、热风枪、焊接夹具、镊子等工具 手工焊工位需配置烟雾吸除器

不同类型的器件需对应不同的烙铁头,延长其使用寿命

电烙铁温度

测量要求

采用热电偶或专用测温仪器测量烙铁头的实际温度

工具校准

手工焊电烙铁、热风枪等加热工具需定期校准其设置温度与显示温度的对应关系

PCBA 维修工艺规范
PCBA 维修操作具体方法

烙铁维修作业

锡丝要求:

a. 合金:SAC305 或 SAC105

b. 助焊剂:ROL0 免清洗

烙铁使用要求:

1. 操持烙铁的作业人员必须取得相关培训认证资格后,方可操持烙铁作业。

2. 烙铁头设定温度不可高于 426°C(高频头烙铁为优选),烙铁与焊点熔锡接触的时间须小于 4 次。

3. 补焊/修复方法,请参考IPC-7711/7721 的规定。

4. 焊接完成后, 需进行必要的残留物清洁,并注意检查零件的外观。

5. 焊接前使用吸锡棉清洁烙铁头,焊接后上锡保护烙铁头;

6. 使用电烙铁焊接时,烙铁头和单板间适宜角度为 45°左右;

7. 由于焊接不良导致同一PCBA 手工焊接次数达到 3 次或以上,需冷却 5s 后再进行手工焊接;

8. 烙铁头距离操作员面部 20cm 以上,一般为 30±5cm

9. 电烙铁长时间不使用时,给烙铁头加锡保护并关闭电源;

10. 烙铁头氧化、变形、脏污、损坏或温度达不到要求时,需及时更换;

11. 每天使用校准期内的温度测量仪测量电烙铁温度(电烙铁须按照实际焊接操作需求来设置温度做记录;

12. 每季度对电烙铁的温度稳定性进行测量,要求精度±2@3σ内,样本量32组,不符合温度要求的设备应停止使用;

13. 每天测量电烙铁接地阻抗(建议测试项:手柄绝缘阻抗);

14. 维修过程不允许使用助焊膏;

热风枪维修作业

1. 操持热风枪的作业人员必须取得相关培训认证资格后,方可作业。

2. 因热风枪加热后反馈到零件上的温度不可控性,不建议使用热风枪进行零件的维修更换。必要情况下使用时需做好相关防护避免热风损伤,如屏蔽周围零件、PCB

3. 烙铁及热风枪维修作业中及维修后的清洁作业需符合离子污染度测试的要求

4. 维修过程不允许使用助焊膏;

小锡炉维修作业

耗材要求:
a.无铅焊锡合金:锡铜、低银(SAC105 或 SAC0307)及高银(如 SAC305)合金
b.助焊膏()ROL0 免清洗

c. 锡槽中的合金需定期(建议每周一次,至少每月一次)进行成分的化验并适当调整使得合金含量在主锡条厂商建议的范围内

d. 助焊膏()需通过相应的信赖性(铜板腐蚀,SIR/ECM )测试并获得客户承认后方可使用

小锡炉维修注意点:

a. 确定待修零件及镀通孔位置后,需先用高温胶带对待修焊接面外围一圈进行防护,避免污染。防护胶带离待修镀通孔外侧 3~5mm,防护宽度需超出小锡炉炉口接触区域至少 5mm

b. 为保证维修顺利进行,可在维修时预先在板卡待修焊接面及零件的引脚用毛刷均匀涂覆一层薄薄的助焊剂(优选助焊膏)来辅助上锡。

c. 为保证Rework 的顺利进行,接大面积铜箔之镀通孔或大热容零件维修更换时,可先对板卡进行适当的预热(预热板温建议取 90~105 度之间),以缩小预热和锡槽之间的温差。用来更换的新零件也可同步进行相应的预热,避免温度过低导致维修失败。

d. 基于维修焊接质量考量,拆除加更换新插件零件 需在一个涌锡周期内完成,新零件插入后至少 3s 可脱离小锡炉炉口,每个涌锡周期最长时间不超过 40s

e. 基于PCBA 的可靠性及铜腐蚀的考量,同一板卡同一镀通孔位置的最大涌锡周期数是 2 次;同一板卡小锡炉加 BGA 维修总次数不能超过 4 次,且每次间间隔至少半个小时。

f. 小锡炉锡槽温度参考本规范第 5.6.10 章之波峰焊锡槽对应合金温度要求。

g. 维修后,PTH 孔最小残铜厚度须>=0.0127mm

h. 维修后,需对助焊剂涂覆及周围区域进行严格的清洁检查,包括对应区域的PCBA 的焊接面与非焊接面;清洁时,避免使用过多的清洁溶剂,以防扩散性污染;清洁的工具要进行合理的更换,避免交叉污染,清洁度需符合离子污染度测试的要求。

i.维修后,其他外观检查要求及PTH 孔上锡填充量等同正常 SMT/波峰焊制程后板卡要求。



BGA返修

通用要求

适用于 BGA/CSP 等球栅阵列零件、QFP/QFN 等本体底下大焊盘无法用烙铁维修的零部件。设备建议可对零件进行自动吸取拆除、光学放大对位辅助及(半)自动置放等功能。

基于PCBA 的可靠性考量,同一板卡同一BGA 位置的最大维修次数是2 次;同一板卡小锡炉加BGA 维修 总次数不能超过 4 次,且每次间间隔至少半个小时。

辅材要求

a.无铅锡膏:同 SMT 使用,可以采用不同包装方式

b.锡丝线:SAC305  SAC105 合金

c.助焊膏()ROL0 免清洗

锡膏、助焊膏()、含芯锡丝、清洁溶剂需通过相应的信赖性(铜板腐蚀,SIR/ECM )测试并获得视源承认后方可使用.

返修流程
1.基于湿度敏感零件及 PCB 板材可靠度考量,修复前需先对 PCBA 进行烘烤。烘烤温度及时间可参考 J-STD-033 最新版本之要求定义,同时请注意板卡上温度敏感零件的限制。若无相应限制条件,且拆下之 BGA 不会再植球利用,建议烘烤条件为 105C & 24H

2.BGA 维修温度曲线量测

a.零件的移除和焊接需要量测温度,至少须有类似板卡类似板卡定义:PCB 厚度一样、长宽尺寸各相差 10mm 以内,主要大热容器件如主芯片/接插件/变压器/大电感…等数量、大小、位置分布类似)相同尺寸类型零件 3 个月内之有效的温度曲线量测。

b.建议的测温点选择如下:

TC#1 温度的触发点 (建议有,若设备无此功能时可不用,但需注意环境对温度稳定性影响
TC#2 BGA 的中心锡球

TC#3&TC#4 BGA 对角线角落锡球(尺寸小于 15*15mm 时可只选一个角落点)

TC#5 BGA 的本体温度(测温头建议深入本体内 0.5~1mm

TC#6&TC#7 Rework 区域 PCB /下表面的温度 (放置于 PCBA 中间空旷处) TC#8 附近的温度敏感零件本体(定义)

TC#9 最近的 BGA 的锡球(板卡上有多个 BGA 时需要)

无铅 BGA 返修温度曲线参数要求如下表:
注:邻近 BGA 的锡球尽量控制不要重熔,若无法避免,在加热/冷却过程中请注意触碰机台及板卡以免机械震动导致焊点不良

3.零件的拆除:需依据温度曲线量测结果,待拆零件所有焊点都大于 230 度后最高温度到达前开始,热风嘴上升高度小于 30mm 以内且抬升动作触发最长 5s 内完成拆除动作。

4.维修区域表面修整:零件移除后,PAD 表面残锡不平整,会影响接下来的锡膏印刷及零件置放, 因此需提前进行整平/修饰,建议方法如下:

a.零件移除后,趁热在 PAD 上涂覆适量的助焊膏

b.用合适的烙铁普通烙铁最高温度为 435°C)在其上方进行焊锡的整平,每次烙铁头作用在焊盘上的时间需控制在 5S 内,可进行 2~3 次的重复操作

5.表面修整后检查:在至少 10X 放大辅助装置下,进行维修区表面检查:

a.残留的助焊膏需用合适的溶剂/无尘布(棒)等工具进行清洁
b.没有短路,焊盘均有锡润湿痕迹

c.没有焊盘翘起或脱落

d.焊盘间阻焊涂层脱落不应减少焊盘间间隙的 25%,否则需参考 PCB 厂商建议补上阻焊涂层。

6.锡膏的印刷与检查:PAD 检查完毕后,可用迷你小钢网等进行锡膏的印刷: 
a.小钢片的开孔尺寸可参考 SMT 钢板的开孔尺寸,亦可参考零件供应商的建议
b.做好周围零件的防护,避免锡膏污染

c.锡膏印刷前,注意钢片与 PAD 的对位,避免印刷偏移, 最大允许焊盘宽度的 15%。

d.锡膏印刷完毕后,至少用 10X 放大镜检查锡膏的印刷状况, 不能有短路,少锡等现象
7.新零件的置放:锡膏印刷完毕后,需进行新零件的置放:

a.不允许手动置放

b.置放后的最大允许偏移为 PAD 宽度的 25%。

8.新零件的回流焊接 & 检查确认。

a.新零件置放后,需对零件进行回流焊接

b.焊接完成后,至少用 10X 放大镜检查板卡外观(含维修区及周边)及相关的清洁动作
c.外观清洁完成后,需进行 X-ray 的检查,确认焊接OK后,方可流入下一站

9.BGA 维修过程中及维修后的所有清洁作业需符合离子污染度测试的要求。







芯片封装与焊接技术

不同封装对应的焊接方法如下表

焊接方法DIPSOP, TSOP, QFPSOJBGA
部分加热方法
焊烙铁
可用
可用
不可用
不可用
热风枪
可用
可用
可用
可用
全部加热方法
红外回流
不可用
可用
可用
可用
对流
不可用
可用
可用
可用
对流+红外
不可用
可用
可用
可用
VPS
不可用
可用
可用
可用

流(波)焊

可用

可用于引脚中心间距为0.65毫米或更大

不可用
不可用


  • 烙铁手工焊接步骤 (见视频介绍)

  • 焊接基本原则

  1. 握笔法

  2. 温度:有铅Pb(350+/-20度),无铅SAC(370+/-20度)

  3. 焊接时间:不超过3秒

  4. 焊接方法:焊接五步法 

    预热--加锡--焊接--移锡线--移烙铁

不同设备焊接技术性能比较
类型
焊接方法
比较类型
热应力
温度变化
运行成本
局部焊接
电烙铁
热风枪
全部焊接
红外回流
对流回流
红外对流相结合
VPS(蒸汽钎焊)
流(波)焊
THD(穿孔元器件)
SMD(表面贴装元器件)


GeneralRequirments

Thisprocedure is for lead-free alloy and other types of solder alloy.

Necessary Equipment

Soldering System

Knife-shape Soldering Iron Heads/Small-mouth Hot AirGun

Soldering Hand Sank

                                                            

 

Optional Equipment

 Tweezers

Controlled Pre-heater

Materials:

TYQ1505-N0311100012 Tin wire SAC305  1.2MM

Flux

Washing agent

                                                      

 

Procedures                                            

Cautions: Preheat sensitive components such as MICCsare

recommended

1. Removing conformal coating (if any), pollutants , oxides andremains.

2. Inserting soldering iron heads on thehand shank.

3.Setting the temperature of solder ironingheads to 315 and

debugging it when necessary. 

4.Adding flux to the bonding padoptionalas shown in thefigure1.

5. Cleaning soldering iron heads as shownin the procedure.            

6. Adding solder paste to the bonding pad.

7. Placing components on the bonding padand fixing them with a small

wooden stick or a tweezer as shown in thefigure2.

8. Adding flux to 2 bonding pads as shownin the figure1.

9. Pointing soldering iron heads to thejoint parts between bonding pad

 andcomponent terminal.

10.Watching if components suddenly falldown the bonding pad

as in figure4.

11.Waiting for solidification of solderpaste.                           

12.Refueling proper amount of solder pastefor the left bonding pad as shown in the figure.

13.Re-adding solder paste to the solderingiron head and then put soldering iron head back to it’s holder.                    

14.Do cleaning job when it is necessary and check themfollowing built procedures.         


参考标准文献:(IPC-7711/21英文版)

完结——以下无正文

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