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底部填充胶的返工与焊锡“喷出”
录入时间:2020/4/28 10:45:59

返工中最困难的任务是从PCB上移出并更换使用底部填充剂的元件。在很多情况下,手持电子产品使用底部填充胶为元件的焊点提供防冲撞保护,例如笔记本电脑、平板电脑和手机。在PCB的组装工艺中,是在完成测试后填充底部填充胶,把它们填充到BGA、QFN和LGA这类元件下面。

返工有底部填充胶元件的PCB需要考虑许多问题,返工这些元件将使PCB面临真正的挑战。底部填充胶的软化温度或液态温度低于PCB上的焊锡回流温度。这意味着在BGA下面,以及任何有底部填充胶的器件下面,底部填充胶会在焊锡达到液相状态之前软化并膨胀(图1)。底部填充胶软化膨胀产生的压力把相邻的焊点中的焊锡向外推,在焊锡达到回流温度时把焊锡推出(图2)。结果是在返工区域内和周边区域出现很多开路的焊点、焊锡球和过量的焊锡。


图1


图2

 

    返工有底部填充元件PCB面临的第二个大难题是怎样移除底部填充胶。鉴于机械力的作用,不管是用移除工具撬,还是通过专用的真空吸嘴移除底部填充胶,都可能损坏大量的焊盘、层压板,导致电路板报废。此外,在移除过程中,把元件从电路板上撬下来,可能会损坏底部填充元件下面的焊盘和层压板。最后一个难题是,底部填充胶的粘性强度,因为它的强度可能很高,会把焊盘从电路板上拉开。对于器件下面未连接的焊盘,这种现象最明显。

在BGA的返工工艺中,有两种办法可以防止焊锡“喷出”。一种办法是使用机械铣削让元件从PCB上完全脱落。这个办法不直接加热,但铣削产生的碎屑、焊点上的机械应力和精确度要求,使这种返工办法不是符合每一种返工情形的选项。另一种返工办法是使用高度聚焦的激光作为热源[1]。这种方法非常迅速地把焊点的温度提高到液相线温度以上,从而不给相邻器件有回流的机会,同时也不让底部填充胶喷出。

    这些返工底部填充胶的难题在很大程度上可以通过以下方法缓解:

1、对操作人员进行更多的培训;

2、用正确的工具做正确的事;

3、使用正确的工艺和现场准备流程;

4、控制附带的热破坏;

5、开发正确的回流温度曲线;

 

1、培训操作人员

    返工BGA的技术人员必须经过充分的培训,并且要通过实践来提高他们的技术技能。这些技术人员要善于选择用于返工的材料,包括底部填充胶的软化剂、助焊剂和焊锡。他们还必须了解底部填充胶的软化和焊锡回流温度之间的相互关系。此外,了解软化剂是否会与PCB上的材料相互作用的知识有助于返工BGA,这一点已经得到证明。由于X射线分析是多次工艺调试的工具,返工BGA的技术人员必须有解读X射线图像培训的经历。

2、用正确的工具做正确的事

    为了使BGA返工工艺能够成功,必须使用正确的工具,包括返工热源的类型、分析工具、形成温度曲线的工具、X射线设备和挖掘焊锡的工具。这些工具将帮助返工人员控制返工工艺,得到可重复且可预测的返工结果。

3、正确的返工位置与工艺准备

     一旦PCB上有底部填充胶的元件被取出,就要考虑几个返工工艺的步骤和准备返工位置的步骤。(按照IPC/JEDEC J-STD-033),适当的潮湿灵敏性控制方法将有助于避免电路板和元件在返工过程中因潮湿引起的损坏。正确的热烘烤循环把水分从元件和电路板中蒸发掉,防止元件出现“爆米花现象”和电路板分层。精确评估焊锡球的尺寸、阻焊膜的情况,检查是否遗漏或污染了焊盘,将有助于确定返工工艺的效果。

4、控制热损坏

    回流返工的BGA时,回流相邻的使用焊锡连接的填充底部填充元件会产生许多问题;如氧化、去湿、焊盘和引脚损坏、形成焊锡球、芯吸效应、焊锡不足的焊点和元件损坏是返工后的最常见的异常现象。根据返工使用的热源,可以采用多种热屏蔽方法[2]。

5、开发正确的温度曲线

    返工有底部填充胶的PCB的回流温度曲线与PCB原来的回流温度曲线基本相同。为了保护相邻的底部填充元件,由于底部填充胶的软化温度低于焊锡的液相线温度,这意味着BGA的返工温度曲线会稍微偏离PCB原来的回流温度曲线。

总结

    重点关注这五个因素,可以针对有底部填充的PCB开发可重复性更好的返工工艺。

 

References

参考文献

1. J. Burke andA.D. Chunsheng, “Laser Rework Process for BGA: A New Method for PCBA ReworkInstead of Hot Air/Infrared Heating,” October 2018, SMTAI.

2. A. Gaynor andB. Wettermann, “Shielding Effectiveness of Polyimide Tape During Rework,”October 2014, Circuits Assembly.

 

作者简介:Bob Wettermann是BEST公司的负责人,Best公司是一家设在美国芝加哥的合同返工和修理厂。


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