PCBA返修工藝研究與實(shí)踐

嚴(yán)小芳

[摘? ? 要]隨科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電子產(chǎn)品的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，PCBA元器件作為電子元件的支撐體，在電子行業(yè)中占據(jù)了絕對(duì)的統(tǒng)治地位，但在組裝焊接的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)因某種原因出現(xiàn)電子缺陷或器件接觸不良等現(xiàn)象，因此返修工作在售后的過(guò)程中就顯得彌足重要，對(duì)PCBA返修工藝進(jìn)行研究并制定合理的返修實(shí)踐方案，才能提高電子器件的合格率和管理質(zhì)量，增加客戶(hù)的信任度，促進(jìn)電子產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]PCBA返修;工藝研究;返修實(shí)踐

[中圖分類(lèi)號(hào)]TN41 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）11–0–03

Research and Practice of PCBA Rework Process

Yan Xiao-fang

[Abstract]With the continuous development of science and technology， the application of electronic products has become more and more extensive. PCBA components， as the support of electronic components， occupy an absolute dominant position in the electronic industry. However， in the process of assembly and welding， there are often There are electronic defects or poor device contact for some reason， so the repair work is very important in the after-sales process. Research on the PCBA repair process and formulate a reasonable repair practice plan can improve the qualification rate and management of electronic devices Quality， increase customer trust， and promote the rapid development of the electronics industry.

[Keywords]PCBA rework; process research; rework practice

信息化社會(huì)的發(fā)展使電子產(chǎn)品面向數(shù)字化、信息化、微型化、高密度化方向發(fā)展，受集成電路產(chǎn)業(yè)的影響，PCBA行業(yè)保持著良好的發(fā)展趨勢(shì)，但電子行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，這就要求生產(chǎn)供應(yīng)商在生產(chǎn)的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)電氣元件的生產(chǎn)規(guī)?；⒑侠淼姆敌蘖鞒蹋岣呱a(chǎn)工藝和返修工的維修技能與責(zé)任心來(lái)實(shí)現(xiàn)返修工藝的標(biāo)準(zhǔn)化管理，接受電子器件競(jìng)爭(zhēng)帶來(lái)的巨大挑戰(zhàn)，從而提高PCBA的性能和使用價(jià)值，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效益。

1 PCBA的生產(chǎn)工藝及應(yīng)用

1.1 PCBA含義

PCBA是指印刷電路空板經(jīng)過(guò)SMT上件或者經(jīng)過(guò)DIP整個(gè)制程。PCBA的加工是機(jī)械設(shè)備集成化程度比較高的電子加工行業(yè)。越來(lái)越成熟的加工機(jī)械設(shè)備，使用和制造工藝的改良使PCBA成品的合格率和效率不斷提高。

1.2 PCBA加工設(shè)備常見(jiàn)的類(lèi)型

（1）印刷機(jī)位于PCBA加工生產(chǎn)線的前端，主要是PCBA電路板印刷焊膏或貼片膠。以PCBA加工后續(xù)流程中的元件貼裝做準(zhǔn)備。

（2）點(diǎn)膠機(jī)主要在PCBA器件所需位置涂覆焊膏或貼片膠，可以縮短生產(chǎn)周期，適用于小批量的產(chǎn)品生產(chǎn)。

（3）貼片機(jī)是PCBA工藝中技術(shù)含量最高、最復(fù)雜、最精密的設(shè)備。PCBA加工貼裝能力和生產(chǎn)能力，主要取決于貼片機(jī)的速度和精密度等參數(shù)。

（4）回流焊機(jī)是通過(guò)提供穩(wěn)定可控的加熱環(huán)境，然后通過(guò)PCB電路板上的焊料使貼裝元件與焊盤(pán)可靠的結(jié)合。

（5）檢測(cè)設(shè)備主要是對(duì)貼裝好的PCBA元器件進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)的裝備。配置的設(shè)備有放大鏡、顯微鏡、自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)儀、在線檢測(cè)儀等。

（6）返修設(shè)備主要是指對(duì)檢測(cè)出現(xiàn)故障或缺陷的不良PCBA成品進(jìn)行加工返修處理。常用的返修工具為烙鐵、BGA返修臺(tái)等。

（7）清洗設(shè)備是指將加工好的PCBA成品中對(duì)人體有害的殘?jiān)コ?，以提高產(chǎn)品的使用安全性。

1.3 PCBA的作用

PCBA是所有電子產(chǎn)品組件中最為重要的組成成分，相當(dāng)于人體的神經(jīng)系統(tǒng)。一般消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品的使用壽命、運(yùn)行速度、可靠性和穩(wěn)定性，都與PCBA有著最直接的關(guān)系，所以PCBA的質(zhì)量決定了電子產(chǎn)品的整體質(zhì)量。

1.4 PCBA的測(cè)試手段

PCBA的測(cè)試是根據(jù)不同的產(chǎn)品，不同客戶(hù)的要求所采用測(cè)試手段，主要測(cè)試手段可分為ICT測(cè)試，是對(duì)元器件焊接情況，線路的通斷情況進(jìn)行檢測(cè)的。FCT測(cè)試是對(duì)PCBA板的輸入、輸出參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，看是否符合要求;同時(shí)PCBA的測(cè)試還包括老化測(cè)試和振動(dòng)測(cè)試。它的生產(chǎn)是一環(huán)緊扣一環(huán)，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)對(duì)整個(gè)電子產(chǎn)品的質(zhì)量造成很大的影響，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，就要進(jìn)行產(chǎn)品返修。

1.5 PCBA的加工模式及風(fēng)險(xiǎn)

目前隨著電子加工行業(yè)的夸大，PCBA代工代料模式越來(lái)越得到電子產(chǎn)品研發(fā)公司的重視，它是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中比較流行的電子加工模式，符合電子加工的發(fā)展趨勢(shì)，但同時(shí)存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，其具體內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面。

（1）難以確認(rèn)物料的真實(shí)性。一些代加工廠可能會(huì)為了降低生產(chǎn)成本而采用劣質(zhì)物料，產(chǎn)品需求商可通過(guò)讓廠家提供原廠原產(chǎn)證明來(lái)確認(rèn)物料的質(zhì)量。

（2）采購(gòu)周期不穩(wěn)定。時(shí)有客戶(hù)所需器件比較稀缺或者元件需求量大，代加工廠家無(wú)庫(kù)存，影響正常的生產(chǎn)周期。

（3）維修困難。在PCBA代料加工過(guò)程中，會(huì)因某種因素導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)生問(wèn)題，需要進(jìn)行批量返修，這就對(duì)代加工廠的維修技術(shù)提出來(lái)了更高的要求。這種生產(chǎn)方式適合現(xiàn)如今的電子發(fā)展趨勢(shì)。

2 PCBA的返修工藝研究

2.1 PCBA的返修工藝目的

返修出現(xiàn)問(wèn)題的成品進(jìn)行，在產(chǎn)品生產(chǎn)制造的過(guò)程中由于某種原因，如技術(shù)操作不當(dāng)、材料使用有誤、焊接缺陷或者元器件損壞等造成的產(chǎn)品缺陷，再交由顧客后被返廠要求整改提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量的工藝。PCBA的返修點(diǎn)主要是：

①對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的漏貼的元器件進(jìn)行補(bǔ)焊。②在流焊等生產(chǎn)工藝中所產(chǎn)生的開(kāi)路、橋接、虛焊和不良觸點(diǎn)焊接缺陷等，借助必要的返修工具，如返修臺(tái)、高倍顯微鏡等對(duì)缺陷部位進(jìn)行補(bǔ)焊修理或者去除焊點(diǎn)缺陷，以獲得合格的元器件。③對(duì)于位置貼偏差或者損壞的器件進(jìn)行更貼或更換。④對(duì)單板或者整機(jī)進(jìn)行檢測(cè)有問(wèn)題則需要整機(jī)進(jìn)行返廠修理。

2.2 返修的流程

PCBA的返修過(guò)程包含3個(gè)主要方面：元器件的拆除、焊盤(pán)的整理及元器件的安裝。

（1）對(duì)PCBA板和元器件進(jìn)行預(yù)熱。以快速、可控的方式均勻的加熱焊點(diǎn)，使焊點(diǎn)同時(shí)融化，在焊點(diǎn)重新凝固之前，迅速拆除元器件。

（2）對(duì)檢查好的元器件進(jìn)行焊接安裝，在焊接的過(guò)程中不可大面積直接焊接，以免發(fā)生失誤導(dǎo)致整個(gè)元件拆卸影響使用。在焊接時(shí)，可先固定好一個(gè)點(diǎn)，再去焊接另一個(gè)點(diǎn)，固定好后再進(jìn)行大幅度的補(bǔ)焊，最后進(jìn)行檢查并清理，以保證外觀的美觀性。

（3）元器件拆除后使用錫編帶，將焊盤(pán)上的殘留物質(zhì)清理干凈，并檢查孔壁和焊盤(pán)是否損傷，根據(jù)需要插入新的元器件或清理焊盤(pán)，不同的元器件焊盤(pán)間距不一樣，根據(jù)各型號(hào)的元器件進(jìn)行焊盤(pán)間距的規(guī)整，以保證產(chǎn)品的焊接性、穩(wěn)定性和熱能傳遞。不同類(lèi)型器件的封裝尺寸與距離關(guān)系見(jiàn)表1。

2.3 返修的方式

在返修焊接的過(guò)程中要求5s的時(shí)間內(nèi)完成良好的焊接點(diǎn)，因此焊接的方式很重要，返修過(guò)程SMT的返修PCBA有如下方式。

①恒溫烙鐵，即手工烙鐵進(jìn)行返修。手工烙鐵的焊接需要在使用前鍍上一層焊錫后方可正常使用，烙鐵使用一段時(shí)間后，刃面及周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生氧化層，這樣就會(huì)產(chǎn)生“吃錫”困難的現(xiàn)象，此時(shí)可以搓去氧化層，重新鍍上焊錫。這種方式對(duì)施工條件有一定的限制，需要恒溫進(jìn)行。

②通過(guò)返修工作臺(tái)進(jìn)行熱風(fēng)焊接。它是一種局部回流焊接設(shè)備，指通過(guò)合適的焊接頭僅對(duì)PCBA元器件上的某個(gè)元器件進(jìn)行加熱拆除，在進(jìn)行熱風(fēng)焊接時(shí)，盡量讓周?chē)脑骷p少受熱，可以用罩子或高溫膠紙把周?chē)钠渌骷Ｗo(hù)起來(lái)。在元器件拆除后，如要繼續(xù)使用或進(jìn)行失效分析時(shí)，要先進(jìn)行烘烤。

2.4 PCBA返修的重點(diǎn)工藝探究

PCBA返修工藝主要用真空法或預(yù)熱法來(lái)清除元器件的焊點(diǎn)，PBCA的成功返修取決于兩個(gè)關(guān)鍵的工藝：再流前適當(dāng)預(yù)熱PCB板;再流之后迅速冷卻焊點(diǎn)。

（1）適當(dāng)?shù)念A(yù)熱。PCB不能長(zhǎng)時(shí)間在高溫狀態(tài)下，容易造成焊盤(pán)和引線翹曲、基板脫層、變色等。這些潛在的問(wèn)題會(huì)加速器PBC的衰減速度。因此，在返修工藝中無(wú)論是對(duì)流再流焊或是波峰焊，都要進(jìn)行預(yù)熱或保溫處理，預(yù)設(shè)溫度一般為140～160 ℃。操作之前進(jìn)行預(yù)熱可以有助于活化焊劑，去除帶焊金屬表面的氧化物和表面膜，降低了基板及其元器件熱沖擊的危險(xiǎn)性。預(yù)熱PCB期間的方法有烘箱、熱板和熱風(fēng)槽。其中最有效地方法是采用熱風(fēng)槽預(yù)熱，可以不用考慮PCB組件的底部結(jié)構(gòu)，能在短時(shí)間內(nèi)使整個(gè)組件加熱均勻。

（2）PCB組件中焊點(diǎn)的冷卻。PCB組件在流之后會(huì)使液體含量中的富余的鉛液降低焊點(diǎn)的強(qiáng)度。快速的冷卻能阻止鉛的析出，使晶體的結(jié)構(gòu)更緊焊點(diǎn)也更牢固?？焖俚睦鋮s焊點(diǎn)還會(huì)減少PCB組件再流時(shí)由于意外移動(dòng)或振動(dòng)而產(chǎn)生的一系列質(zhì)量問(wèn)題。

3 PCBA的返修實(shí)踐

以PCBA通孔器件返修工藝為例，整個(gè)返修流程無(wú)非是采用小錫爐或其他加熱工具將待修器件移除，再安裝新器件并焊接好。從返修的可控性、高效性來(lái)分析我們要根據(jù)客戶(hù)的要求和實(shí)際返修過(guò)程中遇到的問(wèn)題來(lái)做好返修的設(shè)備、方案管理。

（1）預(yù)熱處理。為防止直接加熱對(duì)PCBA基板造成的熱沖擊力，減少PCBA的變形以便在最短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)器件的返修，綜合考慮要對(duì)PCBA元件提前進(jìn)行預(yù)熱處理。

（2）浸錫。無(wú)鉛焊盤(pán)在加熱到錫的熔點(diǎn)后，焊盤(pán)的溶解速度和溫度、時(shí)間成正比。因此，在使用PTH返修設(shè)備操作時(shí)為保證將焊盤(pán)溶解面積在小范圍內(nèi)，要求在溫度不變的情況下對(duì)無(wú)鉛焊盤(pán)的浸錫時(shí)間進(jìn)行合理的分析，盡量減與錫的接觸時(shí)間。

（3）溫度控制是返修臺(tái)在返修過(guò)程中非常重要的環(huán)節(jié)，根據(jù)PCBA的基本返修流程的溫度參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如無(wú)鉛焊錫返修時(shí)，錫溫應(yīng)該設(shè)定在265±10 ℃以?xún)?nèi)。

（4）PHT通孔返修工藝的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行管控，設(shè)置好相關(guān)返修參數(shù)并保存，根據(jù)客戶(hù)的要求，對(duì)大型服務(wù)器主板進(jìn)行返修前的調(diào)試，在返修的過(guò)程中還要注意溫度的變化，溫度變化分為預(yù)熱區(qū)、焊接區(qū)兩個(gè)部分，其中焊接區(qū)包括拆、裝、焊3個(gè)部分，總的浸錫時(shí)間控制在30 s以?xún)?nèi)。

最終結(jié)果證明采用數(shù)據(jù)庫(kù)的VT-128（見(jiàn)圖1）型PHT通孔器件返修設(shè)備工序簡(jiǎn)單，效率快，基板加熱次數(shù)少完全可滿(mǎn)足客戶(hù)的返修需要。

4 返修過(guò)程中應(yīng)注意的事項(xiàng)

返修過(guò)程中質(zhì)量是關(guān)鍵，PCBA的返修加工要對(duì)質(zhì)量有所保障才能生產(chǎn)出讓顧客滿(mǎn)意的產(chǎn)品，提升產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，在返修的過(guò)程中需要注意以下幾點(diǎn)。

（1）對(duì)有缺陷的焊點(diǎn)進(jìn)行返修時(shí)，次數(shù)是有限的，不超過(guò)三次。如果次數(shù)過(guò)多很可能會(huì)對(duì)焊接部位造成損傷，如銅片觸點(diǎn)脫落等。

（2）從材料上來(lái)說(shuō)，返修中拆卸下來(lái)的元器件是不能再次應(yīng)用在電路板上的。但在返修的過(guò)程中，如果因?yàn)閹Я喜蛔慊蚴瞧渌颍枰俅问褂眠@個(gè)元器件的時(shí)候，需要對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，保證其各方面符合要求方可使用。

（3）每個(gè)PCBA貼片焊盤(pán)只能進(jìn)行一次返修，操作過(guò)多的解焊、重熔會(huì)導(dǎo)致化金屬間化合物的生成，從而致使焊點(diǎn)變脆，焊接強(qiáng)度下降，甚至產(chǎn)生隱患。同時(shí)返修的過(guò)程中不要損害焊盤(pán)。

（4）在返修的過(guò)程中要保證電路板元件面要平，根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中的工藝參數(shù)按照正確的焊接曲線進(jìn)行操作。

（5）表面安裝及混合安裝電路板在組裝焊接后的工序和扭曲度要小于0.75 %。

5 結(jié)束語(yǔ)

PCBA的產(chǎn)品質(zhì)量是電子產(chǎn)品的性能和可靠性的基礎(chǔ)，雖然PCBA電子器件的返修工藝不可避免，但我們可以提升元器件的返修工藝，在生產(chǎn)或者返修的過(guò)程中我們嘗試研究匹配的新型技術(shù)在配合生產(chǎn)線來(lái)提升電子元件的性能和產(chǎn)品質(zhì)量，提高客戶(hù)的滿(mǎn)意度，同時(shí)在生產(chǎn)的過(guò)程中，做好檢查和準(zhǔn)備工作，提升生產(chǎn)技術(shù)，減少返修的次數(shù)，降低生產(chǎn)成本，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 魏富選.PCBA返修工藝管理與實(shí)施.[J]汽車(chē)/機(jī)械/制造，2013（2）：29.

[2] 虎瀟然.PCBA返修工藝研究與事施[J]電紫測(cè)量，2019（3）：23.

[3] 王劍.PCBA返修工藝的核心與常見(jiàn)問(wèn)題[J].子掌橋科研，2019（5）：93.