淺析機(jī)載電路板維修中多引腳通孔器件的可靠返修技術(shù)

胡猛，謝凱培

（國營蕪湖機(jī)械廠，安徽 蕪湖 241007）

1 前言

通孔器件在組裝時(shí)其引線穿過電路板，與貼裝類器件相比，它們的機(jī)械強(qiáng)度更大，因此能夠承受更大的環(huán)境壓力，通孔元器件非常適合可能遇到極端加速度、高溫或是碰撞的產(chǎn)品，這也是他們常用于汽車、航空航天和軍事工業(yè)的原因。在機(jī)載電子產(chǎn)品領(lǐng)域，使用較多的多引腳通孔類封為DIP、PGA 2 種，在故障電路板返工維修方面，該2 類器件的拆除屬于電裝難點(diǎn)，對(duì)于多批量小品種的實(shí)際生產(chǎn)情況，在綜合考慮生產(chǎn)進(jìn)度及制造成本等方面，一般采用手工返修方法，基于產(chǎn)品的特殊屬性，其對(duì)返修技術(shù)的可靠性要求較高。本文以DIP、PGA 2 類（圖1）多引腳封裝器件為例簡述手工高可靠的返修技術(shù)。

圖1 DIP、PGA 封裝

2 DIP 及PGA 封裝簡介

2.1 封裝介紹

DIP（Dual In-line Package）為雙列直插式封裝，采用雙列直插形式封裝的集成電路芯片其引腳數(shù)一般不超過100。DIP 封裝結(jié)構(gòu)形式有：多層陶瓷雙列直插式DIP，單層陶瓷雙列直插式DIP，引線框架式DIP（含玻璃陶瓷封接式，塑料包封結(jié)構(gòu)式，陶瓷低熔玻璃封裝式）等。PGA（Pin-Grid Array）為引腳網(wǎng)格陣列封裝，插裝型封裝之一，其底面的垂直引腳呈陳列狀排列。封裝基材基本上都采用多層陶瓷基板，引腳中心距有1.27mm、2.54mm 等，引腳數(shù)在64 ～256。在機(jī)載電路板使用的器件中，DIP 與PGA 主要以陶瓷封裝為主，DIP 器件的引腳在兩側(cè)，比較容易觀察到焊點(diǎn)質(zhì)量，PGA焊點(diǎn)為面陣列結(jié)構(gòu)，管腳在器件下方，不能直接觀察到通孔的潤濕效果，需要借助X-ray 透視檢查，該類封裝器件對(duì)焊接人員的技能要求較高。

2.2 接收標(biāo)準(zhǔn)

按照IPC-A-610F《電子組件可接受標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)通孔類器件焊接質(zhì)量應(yīng)滿足的要求如下：（1）焊點(diǎn)不應(yīng)有拉尖、針孔、不潤濕、焊錫不足及過量等缺陷；（2）焊點(diǎn)應(yīng)潤濕良好，焊接起始面焊盤應(yīng)100%焊料潤濕；（3）通孔內(nèi)焊料填充100%，見圖2；（4）焊接終止面的器件管腳與孔壁應(yīng)呈現(xiàn)360°的潤濕；（5）焊接終止面的焊錫不應(yīng)延伸到器件本體，不同引腳之間不應(yīng)因焊錫過量導(dǎo)致短路。

圖2 通孔焊料填充示意圖

3 DIP 及PGA 器件拆焊技術(shù)

3.1 三防涂層去除

據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，在我國南海海域環(huán)境條件下，軍用電子設(shè)備的故障中80%與海洋環(huán)境因素有關(guān)，可見，航空產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性極大地影響著我國的經(jīng)濟(jì)效益和軍事效益。為提升產(chǎn)品在較惡劣環(huán)境下工作的穩(wěn)定性，機(jī)載電路板都會(huì)進(jìn)行三防處理，以降低潮濕、霉菌、鹽霧等惡劣環(huán)境對(duì)電子產(chǎn)品帶來的環(huán)境損傷。在器件拆除過程時(shí)，三防會(huì)影響烙鐵熱量的傳遞，因此，在維修前需去除電路板上待拆除器件引腳表面的三防涂覆層。目前，電子產(chǎn)品常用的三防材料有聚氨酯、丙烯酸、硅樹脂等3 種，工作中可根據(jù)三防材料類型選擇不同的去除方法，行業(yè)常用的方法有吹砂法、溶劑法和加熱法，其中吹砂法可以去除除厚層硅樹脂以外的所有三防層，溶劑法對(duì)丙烯酸效果較佳，加熱法對(duì)環(huán)氧樹脂去除明顯，其中在用吹砂法去除三防涂覆層時(shí)應(yīng)對(duì)板件做好靜電釋放，避免在作業(yè)時(shí)砂礫摩擦對(duì)板件引起的靜電損傷。待拆除元器件引腳表面的三防涂層去除應(yīng)徹底，作業(yè)中也不能損傷PCB 基板及元器件本體。

3.2 多引腳通孔器件的拆除

當(dāng)DIP、PGA 封裝器件出現(xiàn)故障或是其焊接有缺陷時(shí)，需要將其從電路板拆除，這也是整個(gè)返修流程的關(guān)鍵工序，對(duì)于經(jīng)驗(yàn)不豐富的電裝人員，極易出現(xiàn)焊盤損傷、通孔金屬層撕裂或脫落等缺陷。通孔器件的常用拆除方法有兩種，一種是手工拆卸，另一種是使用噴流拆焊臺(tái)拆除，當(dāng)待拆除器件周圍有其他器件干擾或是板件無法脫離產(chǎn)品時(shí)使用手工拆卸作業(yè)法，對(duì)于可分離板件上的器件拆除可使用噴流拆焊臺(tái)進(jìn)行作業(yè)，下面具體介紹。

3.2.1 手工拆卸方法

拆除使用的工具為帶加熱功能吸錫器，如德國愛莎、西班牙JBC 及國產(chǎn)快克品牌均有開發(fā)該類設(shè)備，選擇的吸錫嘴直徑略大于器件引線直徑，以使焊錫可有效進(jìn)入吸錫槍內(nèi)部，盡量清除通孔內(nèi)的焊錫，在作業(yè)過程中使用的方法為連續(xù)抽真空法。為確保通孔內(nèi)的焊錫充分融化，對(duì)于有鉛工藝，可設(shè)置加熱溫度為315℃左右、無鉛工藝可設(shè)置為350℃左右。拆除時(shí)，吸錫器頭與器件焊點(diǎn)充分接觸，但不能用力壓焊盤，過大的壓力會(huì)使焊盤在高溫下變的容易脫落或是受損，每個(gè)焊點(diǎn)的加熱時(shí)間約3s，待焊料充分融化后，對(duì)于扁平引線，前后晃動(dòng)烙鐵頭，對(duì)于圓形引線，繞圈晃動(dòng)烙鐵頭，同時(shí)施加真空，見圖3。從引線上提起烙鐵頭，繼續(xù)保持真空足夠的時(shí)間以清除加熱腔內(nèi)的熔融焊料，然后依次完成所有引腳的焊錫清理工作，確認(rèn)所有通孔內(nèi)焊料清除干凈后，即可取下器件。作業(yè)中也經(jīng)常會(huì)有部分器件引腳與通孔孔壁之間有少量殘留焊錫，此時(shí)器件仍無法取下，不可用鑷子或是其他工具暴力拆除，可用熱風(fēng)槍進(jìn)行輔助加熱，溫度280℃，對(duì)器件焊接起始面均勻加熱10～30s，待黏連引腳的焊錫軟化后即可無損取下器件，該方法基本不會(huì)對(duì)通孔器件造成損傷。若板件的厚度超過2mm，或是有大面積散熱情況，可使用預(yù)熱平臺(tái)對(duì)電路板進(jìn)行預(yù)熱到100℃，然后再按照上述方法進(jìn)行拆卸即可。

圖3 吸錫器運(yùn)動(dòng)方式

3.2.2 噴流拆焊臺(tái)方法

噴流拆焊臺(tái)在多引腳通孔類器件拆除方面效率較高，其工作原理為設(shè)備內(nèi)部電機(jī)控制熔融狀態(tài)下的焊錫從定制噴嘴流出，在噴嘴表面會(huì)形成一層略高于器件噴嘴的熔融焊錫層，利用其即可融化通孔內(nèi)焊錫并完成器件拆除（圖4）。在拆除作業(yè)前，應(yīng)該把器件周圍用高溫膠帶防護(hù)，避免焊錫影響PCB 板及引起器件引腳短路，把待拆除DIP 或是PGA 器件的引腳面放置于對(duì)應(yīng)噴嘴位置，確認(rèn)所有焊點(diǎn)均已融化，用鑷子直接可取下器件。該種方法需要根據(jù)器件的封裝尺寸完成對(duì)應(yīng)噴流嘴的定制，對(duì)器件及通孔的損傷較小，拆除效率高，適用于可獨(dú)立分解的電路板。考慮到焊錫在流到噴流嘴處會(huì)有熱量損耗，有鉛工藝溫度設(shè)置為280℃左右，無鉛工藝溫度設(shè)置為330℃，器件引腳的加熱時(shí)間在10 ～30s 不等，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行判斷，加熱時(shí)間過長會(huì)導(dǎo)致PCB 板高溫變色。

圖4 噴流拆焊臺(tái)示意圖

器件拆除后焊錫仍會(huì)殘留在通孔內(nèi)，可以參照3.2.1 手工拆除方法完成通孔內(nèi)殘留焊錫的清理，此種方法對(duì)于引腳數(shù)在40 以上的器件效率較高，也不會(huì)損傷電路板基板、焊盤及通孔內(nèi)金屬層，該種方法對(duì)作業(yè)技能要求屬于中等，比較適合初始從業(yè)者。

3.3 焊盤的清理及檢查

對(duì)于使用噴流拆焊臺(tái)拆除后的PCB 板需要進(jìn)行通孔內(nèi)殘留焊錫的清理，相比吸錫帶，使用帶加熱功能的吸錫器清理效果更佳，作業(yè)過程不可按壓焊盤，以避免其在高溫下脫落。焊錫清理完成，應(yīng)使用無紡布蘸取無水乙醇溶劑擦去焊盤及PCB 表面的松香殘留物，一遍后進(jìn)行質(zhì)量檢查。對(duì)于清理完成的通孔，應(yīng)使用不小于10倍的放大鏡，完成焊盤表面、通孔內(nèi)部金屬層的檢查，不應(yīng)有缺失、裂紋等。對(duì)于孔徑較小安裝孔，可借助X-ray 進(jìn)行透視檢查，能夠直觀檢查到金屬孔壁微裂紋、局部金屬脫落等隱藏式故障缺陷。

3.4 DIP 及PGA 封裝器件的焊接

焊接前，使用無水乙醇對(duì)焊盤進(jìn)行清理，去除焊盤表面的汗?jié)n、粉塵等污染物，以提升焊錫的潤濕效果，確保焊錫潤濕整個(gè)PCB 通孔。在確定器件可焊性滿足要求的情況下，把元器件按要求安裝到對(duì)應(yīng)位置，用小毛刷蘸取助焊劑均勻涂覆在器件引腳及焊盤表面，使用烙鐵固定好器件對(duì)角引腳，采用跳焊方法逐個(gè)完成器件所有引腳的焊接，跳焊可以降低熱量對(duì)器件的影響，有鉛焊接溫度設(shè)置為280℃，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行微調(diào)，每個(gè)通孔引腳焊接時(shí)間在3s 以內(nèi)。焊錫應(yīng)100%潤濕整個(gè)通孔，若是器件有多引腳接地或是電路板較厚，可使用預(yù)熱平臺(tái)對(duì)板件進(jìn)行加熱到整體100℃左右，再使用烙鐵進(jìn)行逐個(gè)焊點(diǎn)焊接，焊點(diǎn)最終符合2.2 節(jié)要求，可用10倍放大鏡對(duì)焊點(diǎn)外觀進(jìn)行檢查，使用X-ray 對(duì)通孔內(nèi)焊錫的氣泡率進(jìn)行檢查，對(duì)于不符合要求的焊點(diǎn)進(jìn)行維修，最多返工3 次。

4 結(jié)語

機(jī)載電子產(chǎn)品價(jià)值較高，出現(xiàn)故障維修是必然的，對(duì)故障元器件的更換，尤其是多引腳通孔類器件的可靠拆除更是電裝中難點(diǎn)，對(duì)電裝從業(yè)人員的技能要求也是最高的。本文基于實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)對(duì)該類器件的返修過程提供了解決方法，從業(yè)人員在日常作業(yè)中應(yīng)加強(qiáng)訓(xùn)練，優(yōu)化方法，提升技能，以滿足小批量多品種機(jī)載等電子產(chǎn)品的維修質(zhì)量，提升產(chǎn)品工作的可靠性。