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PCB板返修过程中的关键技术分析

  对于成功返修SMT起帮助作用的两个最关键工艺,也是两个最容易引起忽视的问题:

  再流之前适当预热PCB板;再流之后迅速冷却焊点。

  由于这两个根本工艺经常为返修技术人员所忽视,事实上,有时返修后比返修之前的状况更糟糕。尽管有些“返修”缺陷有时能被后道工序检验员所发现,但多数情况下总是看不出来,但在以后电路试验中马上会暴露出来。

  预热——成功返修的前提

  诚然,PCB长时间地在高温(315-426℃)下加工会带来很多潜在的问题。热损坏,如焊盘和引线翘曲,基板脱层,生白斑或起泡,变色。板翘和被烧通常都会引起检验员注意。但是,正是因为不会“烧坏板”并不等于说“板未受损坏”。高温对PCB的“无形”损害甚至比上述所列问题更加严重。几十年来,无数次试验反复证明PCB及其元件能“通过”返工后的检验和试验,其衰减速度比正常PCB板高。这种基板内部翘曲和其电路元件衰减等“隐形”问题来自于不同材料不同的膨胀系数。显然,这些问题不会自我暴露,甚至在开始电路试验时也未被发现,但仍潜伏在PCB组件中。

  尽管“返修”后看上去很好,但就象人们常说的一句话:“手术成功了,可病人不幸死去”。 巨大热应力的产生原因,常温下(21℃)的PCB组件突然接触热源为约370℃的烙铁、去焊工具或热风头进行局部加热时,对电路板及其元器件有约349℃的温差变化, 产生”爆米花”现象。

  “ 爆米花”现象是指存在于一块集成电路或SMD在器件内部的湿气在返修过程中迅速受热, 使湿气膨胀, 出现微型爆裂或破裂的现象。因此,半导体工业和电路板制造业要求生产人员在再流之前, 尽量缩短预热时间, 迅速升到再流温度。事实上PCB组件再流工艺中已经包括再流前的预热阶段。无论PCB装配厂是采用波峰焊,红外汽相或对流再流焊,每种方法一般均要进行预热或保温处理,温度一般在140-160℃。在实施再流焊之前,利用简单的短期预热PCB就能解决返修时的许多问题。这在再流焊工艺中已有数年成功的历史了。因此, PCB组件在再流前进行预热的好处是多方面的。

  由于板的预热会降低再流温度, 所以波峰焊、IR/汽相焊和对流再流焊均可以在大约260℃左右下进行焊接的。

  预热的好处是多方面的和综合的

  首先,在开始再流之前预热或“保温处理”组件有助于活化焊剂,去除待焊接金属表面的氧化物和表面膜,以及焊剂本身的挥发物。相应地,就在再流之前活化焊剂的这种清洗会增强润湿效果。预热是将整个组件加热到低于焊料的熔点和再流焊的温度。这样可大大地降低对基板及其元器件的热冲击的危险性。否则快速加热将增加组件内温度梯度而产生热冲击。组件内部所产生的大的温度梯度将形成热机械应力,引起这些低热膨胀率的材料脆化,产生破裂和损坏。SMT片式电阻器和电容器特别容易受到热冲击的伤害。

  此外,如果整个组件进行预热,可降低再流温度和缩短再流时间。如果没有预热,唯一办法只能进一步升高再流温度,或延长再流时间,无论哪一个办法都不太合适,应该避免。

  减少返修使电路板更可靠

  作为焊接温度的一个基准,采用的焊接方式不同, 焊接温度也不一样, 譬如: 多数波峰焊温度约在240-260℃,汽相焊温度约在215℃,再流焊温度约为230℃。正确地讲,返工温度不高于再流焊温度。尽管温度接近,但决不可能达到一样的温度。这是因为:即所有返修过程只需要对一个局部元器件采取加温,而再流需要对整个PCB组件进行加温,无论是波峰焊IR和汽相再流焊均如此。

  同样限制返工中降低再流温度的另一个因素是工业标准的要求,即要返修点周围的元器件所处温度决不能超过170℃。所以,返修中再流温度应与PCB组件本身和要再流的元器件尺寸的大小相适应,由于本质上是PCB板的局部返修,所以返修工艺限制了PCB板的维修温度。局部化返修的加热范围比生产工艺中的温度更高一些,以抵消整个电路板组件的吸热。

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