第3章 SMT返修技术
背景介绍
电子技术的迅猛发展对人类社会和经
济活动、人们的日常生活所带来的深刻变
化有目共睹，而在这一切变化中集成电路
的发展起到了相当重要的作用。
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发展的电子产品市场继续对集成电路
提出了在确保速度更快速、I／O更多的前
提下，能够提供体积更小、性能更好且价
格更便宜的集成电路。这对集成电路器件
的封装提出了严峻的挑战，相信这一现象
在未来也很难发生改变。
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对电子工业来说，使用新型封装器如
BGA、CSP和倒装芯片FC将占据统治地
位。目前绝大多数市场预测表明：BGA器
件真正地指明了未来栅格阵列器件的发展
轨迹，以每年接近50％的增长速度发展，
并占用器件7％以上的份额。
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与此同时，所使用的CSP器件有望以每年
100％的速率增加，它将以不同的方式占据所
有器件市场的6％~10％的市场份额。QFP和
SOIC封装器件每年将以不少于10％~l 5％的
速率增加，这些元器件将稳定地保持在所使用
器件的大约68％的市场份额。
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返修问题的提出
在制造电子产品的过程中，工艺过程
控制是确保产品质量的重要手段。在实施
工艺过程控制中，常常会遇到元器件需要
返修的情况。
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随着电子技术的发展、新型封装器件的
不断推出和投入实际使用，对返修工作提
出了严峻的挑战。即使采用当今先进的统
计工艺控制SPC技术、最先进的生产设备
和ISO确认的工作环境条件，返修工作仍
然是一项免不了的事情。
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在开始安装元器件直至整个系统最终装
配完毕的全过程中，检验和测试达到l 00
％的合格，并且保持零缺陷的记录，这种
机会出现的可能性微乎其微。
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元器件取向错误、型号不符合或参数
超差和失效，以及焊接不牢固等都必须进
行返修。这种返修可以是简单的修整，直
至拆卸下元器件并重新置换。为此必须借
助返修设备来解决装配和检修过程中所发
现的问题 。
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1.返修的基本概念
SMA的返修，通常是为了去除失去功
能，损坏引线或排列错误的元器件，重新
更换新的元器件。也就是使不合格的电路
组件恢复与特定要求相一致的合格的电路
组件。
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2.返修的基本过程
（1）取下元器件；
成功的返修首先是将故障位置上的元器件取
走。将焊点加热至熔点，然后小心地将元器件从
板上拿下。加热控制是返修的一个关键因素，焊
料必须完全熔化，以免在取走元器件时损伤焊盘。
与此同时，还要防止PCB加热过度而造成PCB扭
曲。
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（2）线路板和元器件回热
先进的返修系统采用计算机控制加热
过程，使之与焊膏制造厂商给出的规格参
数尽量接近，并且应采用顶部和底部组合
加热方式(如图所示）。
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在线路板顶部和底部测得的温度曲线及焊点实际温度图
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(3)加热曲线
加热曲线应精心没置，先预热，然后
使焊点回焊。好的加热曲线能提供足够但
不过量的预热时间，以激活助焊剂，时间
太短或温度太低则不能做到达一点。
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(4)取元器件
一旦加热曲线设定好，就可准备取走元器
件。加热喷嘴对准好元器件以后即可进行加热，
一般先从底部开始，然后将喷嘴和元器件吸管分
别降到PCB和元器件上方．开始顶部加热。加热
结束时许多返修工具的元器件吸管中会产生真
空，吸管升起将元器件从板上提起。
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(5)预处理
在将新的元器件换到返修位置前，该位
置需要先做预处理。预处理包括两个步骤：
除去残留的焊料和添加助焊剂或焊膏。
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(6)元器件更换
取走元器件并对PCB进行预处理后，
就可以将新的元器件装到PCB上去了。制
定的加热曲线应仔细考虑以避免PCB扭曲
并获得理想再流焊效果，利用自动温度曲
线制定软件进行温度设置可作为一 种首选
的技术。
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(7)元器件对位
新元器件和PCB必须精确对准，对于
小尺寸焊盘和细间距CSP及倒装芯片器件
而言，返修系统的放置能力必须要能满足
很高的要求。放置能力由两个因素决定：
精度(偏差)和准确度(重复性)。
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(8)元器件放置
返修工艺选定后，PCB放在工作台上，元器
件放在容器中，然后用PCB定位以使焊盘对准元
器件上的引脚或焊球。定位完成后元器件自动放
到PCB上，放置力反馈和可编程力量控制技术可
以确保正确放置，不会对精密元器件造成损伤。
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返修加热方法及返修工具
1.热空气对流加热返修
将热空气施加到SMA上要返修的器件
引线焊缝处，使焊料熔化。
（1）手持便携式热空气返修工具
（2）固定组件式热空气返修系统
2.传导加热返修
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新型封装器件的返修
现代返修设备已经被成功用于标准
的、有引脚表面贴装器件的返修操作，但
随着栅格阵列封装器件的采用，这一情况
引起了返修设备生产厂商的重视。
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针对新型封装器件的特点，以往所采
用的返修技术需要进行改进，以求达到确
保可靠性和可重复性的效果。特别是对于
BGA和CSP器件来说，需关注其贴装、对
中和元器件的再次使用。
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当人们处理精细间距、小尺寸和涉及
先进的栅格阵列封装器件所隐藏的焊点连
接问题时，会将目光特别关注在工艺控制
和热分布曲线上面。这些是关键的返修问
题。
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1.返修工作中的工艺控制
对于标准的通孔类元器件和表面贴装
技术来说，可以让一些专业的返修操作人
员使用简单的技术和设备进行返修，但是
常常无法满足元器件的精度和达到预期的
效果。
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对于标准的表面贴装器件(Surface
Mount Devices简称SMD)来说，允许直接
接触焊点，这样可以满足简单的测试和快
速修整桥接或焊点缺陷。通过与这些焊点
进行传导接触，通常情况下不要求使用预
热、温度梯升斜率控制或冷却循环。
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但是当返修BGA器件和CSP器件时，
由于其所具有的特殊性，有关工艺控制工
作必须予以认真对待。
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绝大多数用于栅格阵列封装器件的返
修设备利用热风来对焊料球实施再流焊接
(又称回流焊接)。热风设备的温度控制、
气流速率和循环时间必须非常准确，气流
必须直接始终如一地作用在器件上。经过
特制的吸嘴，一般设计成可适用于各式各
样的元器件。
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随着对有关问题的深入认识，在针对新型元
器件的返修考虑中，热分布曲线的建立成了一项
关键因素。比较理想的情况是从安置在电路板组
件上关键位置处的热电偶上获取温度数据与时间
的关系。这些数据经过分析可以做一些细微的调
整，以适用于实施工艺处理控制。由此所建立的
经验证的和可靠的曲线，可以满足特殊的板和应
用需求。
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返修工艺类似于原产品的工艺处理过
程，在那时整个板可以被实施预热处理。
但是在实施返修时却有着显著的不同，因
为此时仅要求局部区域被加热至再流的温
度，而不是整个PCB组件。
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热分布曲线参数一般为板的层压和电
路板的设计、焊剂的使用，以及允许使用
的焊料种类所左右。
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对于栅格阵列器件来说，预热可能是
加热曲线中值得人们注意的最重要部分。
为此，预热时可以尽量达到由焊剂制造厂
商所规定的焊剂活化温度(一般情况下为
80~120℃)。
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在保温期间，温度保持相对稳定，一
般低于再流温度。均热处理所花时间应确
保活化焊剂，增强其除去氧化物的能力。
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处理时一定要倍加小心，保温处理时
间不能太长。不然的话，焊膏将会开始迅
速氧化。此外，保温处理起到了防止在再
流期间发生沸腾挥发现象，以致污染板和
在焊点上留下气孔。
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在使焊接点形成再流的区域，焊料开
始融化。此刻允许元器件进行卸除，或者
在贴装工艺实施期间使焊接点成形。此刻，
对峰值温度必须予以控制。因为如果超过
规定的温度，就有可能会损害到对温度敏
感的元器件。
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另外，再流焊接的时间也必须予以控
制，以使焊料熔化，从而形成一个可靠的
连接。在实施返修工艺操作时，仅要求欲
被返修的元器件完全发生再流，因此气流
的速率和对邻近元器件的防护也是很重要
的。
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在冷却区域所确定的时间，应当满足
焊接点凝固的控制。同时也应该防止由于
温度突然发生变化，所产生的对电路板和
元器件的损害现象。因为如果一个焊点保
持升高温度时间太长，当温度降低太过分
时，就有可能形成金属互化物现象。
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有关数据必须认真收集，以求针对每
个热分布曲线形式建立起一个准确合理的
返修工艺处理规范。有关温度、气流速率
和循环时间应该予以认真地调整，直至使
所建立起来的热分布曲线能够满足在该项
应用中对焊剂或焊膏的规定。
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2.实际数据的获取
为了能够确认返修工艺规程是否有
效，在实际操作的板上必须装配热电偶。
针对有关优选和最精确的技术要求，常常
要求牺牲掉一块PCB。
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为了能够绘制BGA或CSP器件的热
分布曲线，最可靠的技术是通过在板的
底部进行钻孔的方式，将热电偶连接至
靠近球栅阵列中心的焊盘上。
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目前使用高温粘接带来安置热电偶的
情况非常普遍，因为它很容易与任何表面
进行黏结。然而使用黏结带却很难在热电
偶接触点和焊料接触点之间保持强有力的
热接触。
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总之，当我们返修栅格阵列等新型封装器件
时，为了能够保证重复的工艺控制，必须建立起
准确有效的热分布曲线。以往那种为了满足返修
应用需要而采用的对PCB测试方式和数据令人头
痛。当考虑新型元器件自为了能够建立起良好的
热分布曲线，牺牲掉一块PCB的费用，以及由相
关整体时间和费用可以忽略不计。
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