集成電路典型返修工藝方法

吳義勇

【摘 要】電路板在裝配調(diào)試過(guò)程中，時(shí)常發(fā)生元器件損壞或失效的現(xiàn)象，這時(shí)就必須將該元器件解焊下來(lái)。為確保各類元器件從電路板上順利解焊下來(lái)，且不損傷印制電路板，返修前應(yīng)對(duì)印制電路板的特點(diǎn)、元器件特點(diǎn)進(jìn)行透徹了解，再制定合適的返修方法。論文針對(duì)典型封裝元器件特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，深入分析了集成電路典型返修工藝方法。

【Abstract】In the process of assembling and debugging the circuit board， the damage or invalidation of the component often occurs，and at this time， the component must be unwelded. In order to ensure that all kinds of components can be successfully unwelded from the circuit board and do not damage the printed circuit board，the characteristics of PCB and components should be thoroughly understood before reworking， and then appropriate rework methods should be worked out.In this paper， the characteristics of typical marked components are introduced in detail， and the typical rework process of integrated circuits is deeply analyzed.

【關(guān)鍵詞】封裝元器件；返修；拆卸

【Keywords】marked component； rework； unweld

【中圖分類號(hào)】TN406 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）05-0133-02

1 引言

伴隨封裝技術(shù)的發(fā)展，尤其是個(gè)型號(hào)IC電路的發(fā)展，印制電路板上電子元器件向高集成度方向發(fā)展。元器件的封裝也出現(xiàn)翻天覆地的變化，由THT技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在的SMT技術(shù)甚至芯片級(jí)的組裝技術(shù)。但即使焊接技能或工藝方法達(dá)到很高的水平，依然不可避免會(huì)存在一些返修現(xiàn)象。為提高返修的可靠性，滿足電路板高可靠性要求，有必要深入研究元器件返修工藝技術(shù)。

2 幾種主要封裝IC電路的工藝特點(diǎn)

2.1 雙列直插封裝

DIP封裝的元器件，引腳從器件本體的兩側(cè)伸出，封裝的材料有塑料和陶瓷兩種。一般來(lái)說(shuō)民用產(chǎn)品多采用塑料封裝，軍用產(chǎn)品多采用陶瓷封裝。DIP是最普及的插裝型封裝，引腳中心距一般為2.54mm，引腳數(shù)主要分布在6個(gè)到64個(gè)之間，封裝寬度通常為15.2mm[1]。

2.2 QFP封裝

這是一種四個(gè)側(cè)面引出翼型管腳的扁平封裝。封裝材料根據(jù)使用條件不同或元器件等級(jí)不同而采用不同的封裝，主要有陶瓷、金屬、塑料三種。塑料和陶瓷封裝使用較多，但陶瓷封裝的成本高于塑料封裝。工業(yè)上多采用塑料封裝，這種封裝的優(yōu)點(diǎn)是成本低，易生產(chǎn)，缺點(diǎn)是容易受潮，影響器件的性能，而且能耐受極限溫度較低一般為250℃。QFP封裝的總體缺點(diǎn)是引腳容易變形，需放在專用的容器中。

2.3 PLCC（Plastic leaded chip carrier）封裝

這是一種塑料封裝的元器件，其管腳從器件本體的四個(gè)側(cè)面伸出，呈“丁”字形。引腳中心距一般為1.27，引腳數(shù)一般在16到84個(gè)之間。

2.4 SOP（Small Out-Line Package小外形）封裝

這是一種管腳從元器件本體兩側(cè)引出翼形，有塑料封裝和陶瓷封裝兩種。SOP是選用最多的一種元器件封裝形式，引腳間距一般為在0.65～1.27之間。

2.5 BGA（Ball Grid Array球形陣列）封裝

隨著產(chǎn)品小型化的要求，這種封裝的元器件使用越來(lái)越多。這種器件最大的優(yōu)點(diǎn)是占用空間小，易于集成化設(shè)計(jì)，缺點(diǎn)是焊點(diǎn)質(zhì)量不易進(jìn)行檢查，且返修情況不好，且對(duì)返修的裝備要求高。

3 主要返修方法的分析

上述幾種集成電路中無(wú)論是哪種封裝形式的元器件，在返修時(shí)都需要將元器件的焊點(diǎn)完全熔化后才可以取下，而不可以強(qiáng)行用力取下，否則容易使焊盤或元器件引腳受力過(guò)大，而使焊盤脫落或松動(dòng)，或損傷被返修元器件的引腳，從而導(dǎo)致印制板或被返修元器件的報(bào)廢。

返修時(shí)需合理控制升溫速率，以及返修溫度和時(shí)間，升溫速度不可過(guò)快，也不可盲目地將溫度設(shè)置得較高，也不可隨意加長(zhǎng)的時(shí)間，否則容易引起印制電路板分層或者元器件發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象。

3.1 雙列直插集成電路返修方法

雙列直插集成電路返修較為理想的方法是使用通孔返修工作臺(tái)進(jìn)行。通孔返修工作臺(tái)一般都可根據(jù)需要選配一些不同規(guī)格的噴嘴，返修時(shí)可根據(jù)器件具體的尺寸來(lái)選用合適的噴嘴，選用不同規(guī)格的焊錫噴嘴。

①返修之前需將電路板返修處清洗干凈，有三防漆時(shí)要先清理三防漆，如果有硅橡膠等灌封材料的也需要清理干凈，然后將焊點(diǎn)用無(wú)水乙醇棉球擦洗干凈，以免阻礙焊點(diǎn)處順利加熱，以及元器件取出。②為避免電路板返修時(shí)曲翹變形，在返修前應(yīng)對(duì)整個(gè)電路板進(jìn)行充分預(yù)熱，預(yù)熱參考溫度為150℃，時(shí)間5min。③返修溫度主要取決于焊料是有鉛還是無(wú)鉛，以及被返修電路板的散熱情況而定，相同條件下無(wú)鉛焊料的返修應(yīng)比有鉛焊料的返修溫度高40℃左右，返修時(shí)間（焊錫接觸到焊點(diǎn)開(kāi)始計(jì)時(shí)）控制在10s以內(nèi)。④為避免焊盤表面局部過(guò)熱，引起焊盤分層或結(jié)合力下降，元器件解焊后應(yīng)用吸錫編帶清理焊盤上殘余的焊料，用無(wú)水乙醇棉球?qū)⒎敌尢幥逑锤蓛簟?/p>

在沒(méi)有專用返修工作臺(tái)時(shí)，只能使用熔錫爐或焊臺(tái)進(jìn)行返修，并借鑒上述返修的工藝參數(shù)與技術(shù)要求，從而處理好DIP器件的返修工作。

①若DIP器件返修是處于印制板的裝焊時(shí)，且在印制板裝焊的器件不多的情況下，可先將印制板其余的元器件拆卸下，再利用錫鍋將DIP器件全部引腳上焊錫融化后方可取出。實(shí)例：失效運(yùn)算放大器7F124MJ就是用錫鍋進(jìn)行拆卸的。②若需要返修的是6或8引腳的DIP器件，可用3至4把烙鐵頭同時(shí)熔融焊點(diǎn)進(jìn)行解焊。實(shí)例：失效運(yùn)算放大器7F147MJ就是同時(shí)用4把烙鐵頭熔融焊點(diǎn)進(jìn)行解焊的。③若是已經(jīng)裝配完成的印制板在測(cè)試或者使用中出現(xiàn)異常，通過(guò)檢測(cè)后確定為某DIP器件損壞、失效時(shí)，可采用物理拆卸法，即直接將引腳剪斷。實(shí)例：當(dāng)返修的產(chǎn)品故障復(fù)查能完全確認(rèn)是其DIP封裝器件損害、失效時(shí)（如脈沖分配器 CH250B），可采取剪切引腳的方法進(jìn)行拆除。

通過(guò)工藝試驗(yàn)以及在實(shí)際返修工作之中不斷摸索，分析總結(jié)出：參考設(shè)置烙鐵頭或者錫鍋溫度在256～270℃，熔融時(shí)間在3～8s之間。

3.2 貼裝器件返修方法

BGA封裝、QFP封裝、PLCC封裝、SOP 封裝的SMD器件返修一般使用BGA返修工作臺(tái)。BGA返修臺(tái)主要有熱風(fēng)和紅外兩種加熱方式，也有個(gè)別設(shè)備兩種加熱方式同時(shí)使用的。市面上主要選用的是熱風(fēng)式。BGA返修工作臺(tái)一般配備五個(gè)熱電偶，以便于對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；同時(shí)為避免印制電路板返修過(guò)程中因局部過(guò)熱而造成印制板變形，BGA返修工作臺(tái)應(yīng)擁有底部預(yù)熱功能。

將需要拆卸QFP、PLCC、SOP 、BGA器件的電路板安放在BGA返修工作臺(tái)上，選擇與被返修器件尺寸相匹配的熱風(fēng)噴嘴，并將其安裝在設(shè)備的指定位置；粗略調(diào)整好熱風(fēng)噴嘴的位置，使其處于被返修元器件的正上方，然后緩慢下降熱風(fēng)噴嘴的高度，快接近被返修元器件時(shí)，再微調(diào)熱風(fēng)噴嘴的位置，使其剛好覆蓋被返修元器件，然后再下降熱風(fēng)噴嘴的高度，直到完全遮蓋被返修元器件。注意不得壓到其他元器件，也不能將印制板壓變形。如果熱風(fēng)噴嘴無(wú)法避開(kāi)某些器件，始終都會(huì)壓到，或者會(huì)被熱風(fēng)噴嘴遮蓋的元器件，應(yīng)將其解焊下來(lái)，待返修完成后再焊到原來(lái)的位置；根據(jù)元器件的大小，選擇合適的真空吸嘴，降低真空吸嘴的高度，直到與器件本體緊密貼合，打開(kāi)真空泵開(kāi)關(guān)；將熱電偶放置在返修處的正反面以及被返修器件的焊點(diǎn)處，設(shè)置合適返修溫度曲線。主要依據(jù)焊錫的熔點(diǎn)、被返修電路板的散熱情況等具體情況設(shè)置返修溫度曲線；開(kāi)始加熱，可根據(jù)熱電偶的反饋溫度實(shí)時(shí)調(diào)整溫度曲線。當(dāng)焊錫完全融化后，提起真空吸嘴，將被返修器件與電路板分離；再將整個(gè)熱風(fēng)噴嘴向上升起，用防靜電材料在真空吸嘴下方，關(guān)閉真空泵，近距離接住被解焊的器件；用吸錫編帶去除焊盤上殘留的焊錫并清洗干凈。

設(shè)置溫度曲線時(shí)，應(yīng)充分考慮電路板的散熱特點(diǎn)，以及被返修元器件的特點(diǎn)，還有就是根據(jù)具體需求確定返修過(guò)程應(yīng)主要保護(hù)哪方面，是印制板還是元器件，最重要的一點(diǎn)是被返修的焊點(diǎn)是有鉛還是無(wú)鉛，無(wú)鉛的熔點(diǎn)比有鉛的要高將近40℃，因此返修溫度相應(yīng)也要高30～40℃。

如果要拆下的集成電路已經(jīng)用硅橡膠封固，且確定該器件失效需更換時(shí)，可采用物理方法，就是鉗工在不損壞印制板的前提下將該集成電路的引腳剪切，取下器件的本體，解焊器件被剪切的引腳。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，印制板返修的安全性也越來(lái)越高，通過(guò)對(duì)典型封裝元器件返修的工藝技術(shù)研究，已解決其返修過(guò)程中的難點(diǎn)，提高了返修成功率，但無(wú)法完全消除返修的風(fēng)險(xiǎn)，二次裝焊產(chǎn)生的熱沖擊，必然會(huì)影響產(chǎn)品的使用壽命，因此應(yīng)在設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)的源頭多下功夫，提高工作質(zhì)量，從而減少返修，提升產(chǎn)品的可靠性。

【參考文獻(xiàn)】

【1】梁萬(wàn)雷.BGA的無(wú)鉛返修工藝[J].電子工藝技術(shù)，2008，29（3）：139-141.