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多年來(lái)，電路和元件不但越來(lái)越小、越來(lái)越精密，而且結(jié)構(gòu)越發(fā)復(fù)雜，功能更強(qiáng)大。與此同時(shí)，巨大的競(jìng)爭(zhēng)壓力遍及生產(chǎn)制造的各個(gè)環(huán)節(jié)；產(chǎn)量和獲利能力是關(guān)鍵。正是在這種背景下，返工再也不是一種可有可無(wú)或者臨時(shí)性的工作，它已經(jīng)成為必不可少的工藝之一。它也是電子制造過(guò)程中最容易出問(wèn)題但又不容忽視的一個(gè)環(huán)節(jié)，特別是在有陣列封裝的地方。高效率、高質(zhì)量返工是影響B(tài)GA成敗和利潤(rùn)的最重要的因素。隨著SMT貼片加工無(wú)鉛工藝的引進(jìn)，因?yàn)闊o(wú)鉛材料需要更高的溫度，而這可能會(huì)對(duì)對(duì)溫度敏感的電路板材料和元件造成無(wú)法彌補(bǔ)的損害，所以返工質(zhì)量變得越來(lái)越重要。

      不管是SMT貼片加工含鉛工藝還是無(wú)鉛工藝，也不管返工的是常規(guī)元件還是陣列封裝元件，返工的主要步驟（解焊、移去、場(chǎng)地清潔和重新貼裝）是一樣的。關(guān)于這些,有很多文獻(xiàn)作了介紹，從事返工的專(zhuān)業(yè)人員也都非常清楚，所以這篇文章的重點(diǎn)是加熱技術(shù)，這是在無(wú)鉛返工中令人最頭痛的問(wèn)題，以及怎樣才能更好地在大型雙面PCB上通過(guò)再流焊焊接陣列封裝元件。

      SMT貼片加工含鉛焊料的熔點(diǎn)是183℃，再流焊的溫度是210-220℃；錫銀銅（SAC）無(wú)鉛焊料合金的熔點(diǎn)是217℃，再流焊溫度在235℃和250℃之間。這個(gè)溫度與元件的溫度上限非常接近，很容易損壞元件。例如，IPC規(guī)定的元件最高溫度是260℃，對(duì)一些元件制造商來(lái)說(shuō)，這個(gè)溫度已經(jīng)太高了。無(wú)鉛工藝的處理窗口比以前更窄，這一點(diǎn)無(wú)庸置疑。顯然，如果要想避免問(wèn)題，就必需準(zhǔn)確設(shè)定和控制各項(xiàng)溫度參數(shù)，例如，目標(biāo)溫度、升溫速度、保溫時(shí)間、溫差和加熱器的尺寸及放置位置。無(wú)鉛工藝需要使用更高的溫度，要形成可靠的焊點(diǎn)，就必需把無(wú)鉛焊料加熱到至少230℃。根據(jù)iNEMI標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)楣に囎兓s在±5℃之間，所以，要想得到可靠的無(wú)鉛焊點(diǎn)，再流焊的最低溫度要在235o-245℃這個(gè)范圍。

      在這個(gè)溫度范圍下工作，最大的一個(gè)挑戰(zhàn)是在如何保證進(jìn)行返工的SMT貼片加工BGA外殼始終保持在較低的溫度，BGA外殼一般是用對(duì)溫度敏感的塑料制成。對(duì)大型BGA來(lái)說(shuō)，高溫會(huì)使外殼的四角向下彎曲，這很可能會(huì)造成短路，特別是對(duì)很難正確焊接的元件來(lái)說(shuō)，更是如此。這可能是因?yàn)槭褂昧说腂GA基片材料很差。一些元件制造商沒(méi)有對(duì)他們?cè)械暮U封裝針對(duì)無(wú)鉛溫度重新進(jìn)行開(kāi)發(fā)，而只是簡(jiǎn)單地把含鉛焊料更換成無(wú)鉛焊料，或者，在轉(zhuǎn)向無(wú)鉛時(shí)，他們可能打算提供一種比較便宜的過(guò)渡性封裝。

      在返工時(shí)還要考慮的另一個(gè)因素是SMT貼片加工溫度的變化（ΔT），或在一個(gè)組裝內(nèi)不同元件之間的溫差。一個(gè)良好的返修工藝，在對(duì)工藝進(jìn)行嚴(yán)密控制的情況下，可以保證需要返工的焊球的溫差低于10oC、接近5oC。與此相似的是，為了避免電路板出現(xiàn)扭曲變形以及以后出現(xiàn)可靠性方面的問(wèn)題，一些制造商規(guī)定在返工位置沿著PCB縱向的ΔT為7oC。

      時(shí)間就是金錢(qián)。生產(chǎn)效率量越高，收益就越高。和電子制造其他各個(gè)環(huán)節(jié)一樣，SMT貼片加工返工也是這樣。也就是說(shuō)，再流焊的速度越快越好。因此，對(duì)于無(wú)鉛銲料，返工專(zhuān)業(yè)人員必需保證溫度迅速上升，這其中部分原因是因?yàn)闊o(wú)鉛焊接需要更高的溫度。下降速度也要更快，確保從熔化到最高溫度的時(shí)間應(yīng)盡可能短。在這里，工藝控制是關(guān)鍵。

     在加熱陣列封裝元件時(shí)，在對(duì)流加熱中，熱空氣是從噴嘴流出，立即起加熱作用，但是可以使整個(gè)組裝和封裝的溫度緩緩上升，所以熱風(fēng)加熱比傳導(dǎo)加熱更加實(shí)用。

     最重要因素是加熱器相對(duì)于PCB的尺寸和位置。如果熱量只是集中在返修區(qū)域上，基板的實(shí)際溫度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出它所能承受的最高溫度，此時(shí)，PCB的其他部位仍保持低溫。這會(huì)造成PCB變形，對(duì)連接造成應(yīng)力；局部高溫可能會(huì)使阻焊劑起泡。

     為了避免這些SMT貼片加工問(wèn)題，加熱含鉛PCB的標(biāo)準(zhǔn)方法不只是對(duì)需要返修的BGA進(jìn)行加熱，而是對(duì)整塊電路板加熱，把熱風(fēng)溫度設(shè)到最高溫度——220℃，加熱，使它達(dá)到再流焊溫度。用這個(gè)辦法，元件的表面溫度會(huì)達(dá)到190℃-200℃，焊鍚溫度會(huì)達(dá)到220℃。

     可惜的是，出于某些原因，一些公司發(fā)現(xiàn)，更高的SMT貼片加工熱風(fēng)溫度會(huì)給無(wú)鉛PCB帶來(lái)災(zāi)難性的后果，所以，在無(wú)鉛PCB上不能使用同樣的方法，特別是電路板的反面。這是因?yàn)榕cPCB正面一樣，在反面也布滿(mǎn)了容易損壞的元件和連接器。這些元件和連接器的塑料部分可能會(huì)翹曲和變形，需要額外的返工處理，或者它們的引腳只能不完全再流焊。然而，元件和連接器可能會(huì)使焊點(diǎn)拉長(zhǎng)、塌陷和變寬，或者會(huì)電路板反面上脫落。正是因?yàn)榭赡艽嬖谶@些缺陷和損壞，所以這些元件，和電路板正面上的元件一樣，在返修后需要檢查，看毛是否有燒壞、掉色或扭曲。

    一些返工專(zhuān)業(yè)人士想在反面把無(wú)鉛電路板加熱到接近217℃的熔點(diǎn)溫度，然后再在正面直接把BGA加熱到再流焊溫度，來(lái)避免這些風(fēng)險(xiǎn)。雖然這比根本沒(méi)有預(yù)熱強(qiáng)很多，但是在再流焊接下面的焊球時(shí)，BGA的溫度會(huì)超出它的溫度上限──仍然有可能造成損壞。

      鑒于這些問(wèn)題，在大型雙面SMT貼片加工上返工陣列封裝元件時(shí)，溫度曲線(xiàn)需要編程并且連續(xù)地進(jìn)行控制。這就要求再流焊設(shè)備的體積很大，足以容納和支撐PCB，避免它出現(xiàn)扭曲；功率相當(dāng)大，能夠迅速預(yù)熱整個(gè)電路板；準(zhǔn)確度好，能夠在精確的時(shí)間與溫度范圍內(nèi)，只對(duì)需要返工的元件進(jìn)行再流焊。

      當(dāng)然，對(duì)所有電路板來(lái)說(shuō)，理想的溫度曲線(xiàn)還要由它的尺寸、質(zhì)量、元件類(lèi)型和元件密度來(lái)決定。舉個(gè)例子，對(duì)含有陣列封裝元件的大型雙面PCB來(lái)說(shuō)，這包括一個(gè)預(yù)熱階段，它通過(guò)放在電路板下面的大型陣列加熱器來(lái)加熱整個(gè)電路板，達(dá)到低于焊料的熔點(diǎn)溫度的某個(gè)溫度，理想的溫度是190℃。這時(shí)，把下面大的加熱器關(guān)掉，改用上面和下面的加熱噴嘴，它們對(duì)準(zhǔn)局部的BGA返工位置加熱，使它在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到再流焊溫度。因?yàn)轭A(yù)熱階段和局部加熱噴嘴是順序地進(jìn)行的，所以噴嘴能夠使用溫度更低的氣流達(dá)到目標(biāo)溫度。這降低了加熱造成BGA及其外殼損壞的風(fēng)險(xiǎn)，也不會(huì)危及周?chē)臉?biāo)記。

      SMT貼片加工其他位置的溫度保持在190-200℃之間，這意味著返工位置的溫度能夠迅速下降到安全水平，避免電路板出現(xiàn)局部扭曲。因?yàn)殡娐钒宓钠渌课皇冀K低于熔點(diǎn)溫度，所以電路板下面的元件損壞的風(fēng)險(xiǎn)較小，而且只在必需的位置進(jìn)行再流焊。整個(gè)電路板的溫差（ΔT）始終不超出允許范圍，這是能夠做到的。

     根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、耐心和反復(fù)實(shí)驗(yàn)研制出針對(duì)雙面電路板的返工加熱工藝，以此為基礎(chǔ)來(lái)開(kāi)發(fā)用于具體產(chǎn)品的溫度曲線(xiàn)。精度和速度是返工成功的關(guān)鍵，只是簡(jiǎn)單地提高現(xiàn)有的硬件的溫度是不夠的。重要的是，返工設(shè)備的功率要相當(dāng)大，能夠在無(wú)鉛工藝所需要的更高溫度下精確地工作，而閉路反饋和專(zhuān)門(mén)的控制軟件將是實(shí)現(xiàn)陣列封裝元件高質(zhì)量返工的關(guān)鍵