四、QFN器件PCBA加工返工指南
QFN安裝到PCB上以后,只能通過(guò)
X-RAY進(jìn)行透視檢查其焊點(diǎn)是否有氣泡、錫球或其它不良缺陷,包括檢查焊點(diǎn)的形狀和尺寸。通過(guò)傳統(tǒng)的電烙鐵補(bǔ)焊返工,只能對(duì)外露部分焊點(diǎn)有效,如果QFN底部焊點(diǎn)存在缺陷,只能將元件拆除后返工。盡管QFN元件很小,但拆除和返工都是可以手工完成的,但這是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。因?yàn)镼FN元件本身體積很小,它們又通常被貼裝在又輕又薄元件密集度又高的PCB上。以下的返工指南可以幫助你輕松提高QFN元件返工的成功率。
1、烘烤
開始返工之前,需要將
PCBA在125℃的溫度下烘烤至少24小時(shí),以除去PCB和元件的潮氣。
2、拆除元件
拆除元件的溫度曲線最好與裝配元件時(shí)的回流焊溫度曲線一致,但是,焊錫液相線以上的時(shí)間可以適當(dāng)減少,只要能保證完成焊錫回流就可以了。推薦在PCBA底面用對(duì)流方式加熱,PCBA頂部用熱風(fēng)噴嘴對(duì)元件本體加熱。底部加熱盤的溫度設(shè)置為235-325℃,PCBA底部離加熱盤間隙為25mm,如圖5和圖6所示。
圖5 加熱盤式返工臺(tái) 圖6加熱盤式返工臺(tái)外觀
在開啟噴嘴的熱風(fēng)之前,PCBA須從1-3℃/min的速度被加熱到55±5℃,噴嘴吹出的熱風(fēng)溫度大約為425℃。為慎重起見,可以先用吸錫帶將元件周邊可見焊點(diǎn)的焊錫清除。熱風(fēng)開啟以后將噴嘴下降到離元件15-25mm的位置(如圖7)。當(dāng)回流溫度達(dá)到以后,可以應(yīng)用邊緣加熱系統(tǒng)向元件底部縫隙中吹熱氣,有利于面積較大的中央散熱焊點(diǎn)的熔化。加熱的同時(shí),可以在QFN元件的角上插入尖頭鑷子,輕輕用力往上挑元件,這樣一旦所有焊點(diǎn)的焊錫都熔化時(shí),元件就可以被挑起。(如圖8)
因?yàn)镼FN元件很小很輕,所以要嚴(yán)密注意控制加熱時(shí)間,避免QFN元件過(guò)度受熱損壞,同時(shí),應(yīng)注意避免對(duì)周邊元件的受熱影響。
圖7 熱氣噴嘴距離元件的尺寸要求 圖8 用鑷子尖輕挑元件
一旦元件全部回流完成,用真空吸嘴或鑷子將元件移除,真空壓力宜設(shè)為小于380mmHg,以防止在元件未充分回流而過(guò)早吸取元件時(shí),使PCB焊盤剝離損壞(如圖9、圖10)。
圖9 I/O焊盤剝離損壞 圖10 元件被移除
3、清理焊盤
使用刀形烙鐵頭或吸錫帶清理PCB焊盤上的殘錫和松香(如圖11),然后用溶劑清洗(如圖12)。
圖11用吸錫帶清理焊盤 圖12 清洗后的PCB焊盤
4、焊錫膏印刷
在大約50-100倍的顯微鏡下,將特制的小鋼網(wǎng)的漏孔與PCB上元件的焊盤對(duì)準(zhǔn),用特制的小刮刀印刷焊錫膏,小刮刀寬度應(yīng)與元件寬度一致,以保證一次印刷成功。
5、元件重新貼裝和回流焊接
由于QFN重量很輕,在回流焊過(guò)程中的自對(duì)中能力很強(qiáng),所以對(duì)貼裝精度要求不是很高。用于貼裝的返工臺(tái)的XY坐標(biāo)和旋轉(zhuǎn)角度應(yīng)該可以作精細(xì)調(diào)整,由于焊盤在元件底面,借助50-100倍的光學(xué)成像系統(tǒng),可以幫助進(jìn)行元件對(duì)準(zhǔn)。貼裝完成后,使用與初次生產(chǎn)時(shí)同樣的溫度曲線重新進(jìn)行回流焊接。
五、無(wú)奈的選擇:手工返工指南
如果由于PCBA元件密集度太高而無(wú)法使用特別小鋼網(wǎng)印刷焊錫膏,就只能無(wú)奈地選擇手工焊接進(jìn)行返工,依據(jù)以下步驟同樣可以獲得很高的成功率。
第1步 先測(cè)量和記錄需更換的QFN元件的厚度,這個(gè)厚度指元件本體頂面至底面(包括中央裸焊端)的尺寸。(如圖13)
圖13 用卡尺測(cè)量元件厚度
QFN中央裸焊端上錫:烙鐵頭溫度設(shè)置為370℃,涂布適量液體助焊劑,將事先已貯滿焊錫的烙鐵頭輕輕地接觸中央裸焊端,并保持?jǐn)?shù)秒鐘,當(dāng)焊錫開始潤(rùn)濕焊端時(shí),可以觀察到助焊劑氣化成煙霧狀,烙鐵頭上的焊錫轉(zhuǎn)移到了元件中央裸焊端上,形成一個(gè)漂亮的中間最高四邊略低的“枕形”焊點(diǎn),(如圖14、圖15和圖16所示)。
清洗助焊劑殘?jiān)?,測(cè)量元件本體頂面至枕形焊點(diǎn)的最高點(diǎn)的尺寸,減去先前所測(cè)的元件的厚度,要求元件中央裸焊端上的枕形焊點(diǎn)高度達(dá)到0.1mm-0.35mm。(如圖17所示)。
圖14 給QFN中央裸焊端上錫(已完成25%) 圖15 給QFN中央裸焊端上錫(已完成90%)
圖16 給QFN中央裸焊端上錫(已完成) 圖17 測(cè)量“枕形”焊點(diǎn)的高度
如果枕形焊點(diǎn)高度不合適,可以重新涂布助焊劑,將枕形焊點(diǎn)熔化后,用吸錫帶吸走部分焊錫,以降低枕形焊點(diǎn)的高度。因?yàn)檫^(guò)高的焊點(diǎn),更容易引起周邊I/O焊點(diǎn)的橋連,所以,枕形焊點(diǎn)的高度還是低一點(diǎn)比較好。枕形焊點(diǎn)制作完成后,需清理元件周邊I/O焊端上的焊錫殘?jiān)椭竸堅(jiān)?nbsp;
第2步 重新在元件的枕形焊點(diǎn)上涂布適量新鮮助焊劑,并借助顯微鏡盡可能精確地手工貼裝到PCB上,注意根據(jù)第1腳的位置確定元件方向。由于枕形焊點(diǎn)的存在,元件貼在PCB上后會(huì)搖搖晃晃,不太穩(wěn)定,所以手上動(dòng)作要特別小心。用鑷子輕輕壓住元件,通過(guò)噴嘴吹出熱風(fēng)加熱元件頂部,直到枕形焊點(diǎn)熔化(如圖18)。當(dāng)枕形焊點(diǎn)熔化時(shí),你會(huì)感覺(jué)到元件有輕微的下沉。移走噴嘴,待冷卻后,元件已被固定在PCB上。清理助焊劑殘?jiān)z查元件頂面是否水平,元件I/O焊端與PCB上的I/O焊盤是否對(duì)準(zhǔn)。如不準(zhǔn),可以重新涂布助焊劑,將枕形焊點(diǎn)重新加熱熔化后,用鑷子輕輕撥動(dòng)調(diào)整。
圖18 加熱使“枕形”焊點(diǎn)熔化 圖19 逐個(gè)手工焊接
第3步 涂布新鮮助焊劑到元件周邊I/O焊端和PCB上的I/O焊盤,用尖頭烙鐵逐個(gè)點(diǎn)焊,注意避免引起橋連(如圖19)。完成焊接后,用溶劑清洗除去元件和PCB上的助焊劑殘?jiān)?,終于獲得完美的返工效果(如圖20)。
圖20 完成返工后的元件外觀
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