在SMT返修中应用先进的暗红外系统技术

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随着高性能新型数字电子产品不断面市，高密度、小型化电子元器件得到了日新月异的发展。表面安装片式元件封装尺寸前两年刚推出0201元件，最近又出现0101及01005等封装尺寸更小的元件，BGA、CSP、倒装芯片等先进封装器件品种也是层出不穷，与此同时，无铅焊料应用推广力度加大，这些都对SMT设备与工艺提出了巨大的挑战。作为SMT设备的重要组成部分，返修系统伴随着元件小型化趋势也获得了重大的发展，下面将主要介绍埃莎公司暗红外返修系统中应用的几项最新技术。
　　无喷嘴技术避免热风喷嘴弊端
　　热风返修系统必须要配备各种结构与尺寸的热风喷嘴，这是非常令人头疼的一个问题，因为用户要配齐各种热风喷嘴是很不容易的，一方面由于热风喷嘴都采用耐高温不锈钢材料制造，价格并不便宜，数量一多就需要一笔相当可观的投资，另一方面电子产品的升级和更新换代周期越来越短，新产品会采用不断发展的新封装元件，用户往往会感到原先购买的热风喷嘴不够用，又要增购一些新的喷嘴，由于元件新封装形式会不断出现，所以要配齐各种热风喷嘴实属不易。
　　另外热风喷嘴在实际使用中还存在诸多的问题，热风气流在喷嘴中会产生扰流，使各处的风速不一致，从而造成加热区温度分布不均匀，加热区的温差△T增大。这会使无铅焊接返修工艺质量难以保证，因为无铅回流焊的工艺窗口比锡铅回流焊要小得多，所以要求返修系统加热必须更加均匀。过大的△T不仅会造成焊接不良，而且可能使电子元件或多层电路板损坏。在返修工作中热风喷嘴应罩住被返修的元件，因此要求电路板上元件之间至少留出3mm的距离，但这对于高密度组装电路板是无法做到的。如果热风罩放置太高，热风不仅会把邻近元件的焊点熔化而且还会把它们吹走。
　　埃莎的暗红外返修系统采用无喷嘴返修技术，它在顶部红外辐射器上安装了一个带专利的窗口调节机构，可以根据返修元件的尺寸调节加热区范围，从而从根本上消除了热风喷嘴所带来的种种问题。
　　闭环控制提高重复性
　　返修系统实质上是一台选择性回流焊系统，无论是对电路板上元件的去焊还是焊接操作，都必须设定一条合适的回流焊温度曲线。但是目前大多数热风返修系统的回流焊温度曲线设定和调试十分复杂麻烦，因为影响温度曲线的因素很多，如温度设定值、返修元件的封装形式及尺寸、喷嘴型号、喷嘴距电路板面的高度、喷嘴气流大小以及电路板厚度等，因此往往需要一块实际电路板用于供温度曲线调试工作，还需要很有实际经验的专业人员进行温度曲线设置和调试。由于影响的因数太多，所以热风返修系统很难保证返修工艺结果的可重复性，这也是热风返修系统对返修元件回流温度的控制没有采用全闭环控制技术而造成。
　　埃莎公司针对器件焊点的暗红外返修系统是一台全闭环温度控制返修系统，它由一个非接触式红外温度测温传感器对返修元件的温度进行实时测量，微处理器把实时测量到的温度与焊膏供应商提供的最佳温度曲线进行比较，并调整红外加热器的功率，使被返修元件焊点的温度始终跟踪最佳的回流焊温度曲线(图1)。全闭环温度控制系统可以补偿元件大小、板子厚薄、环境温度、电源电压波动和发热芯老化等对焊接温度的影响，因此无论由哪位操作人员来操作都能获得相同的返修结果。暗红外返修系统是一台十分接近“傻瓜机”式的返修系统，对设备操作人员的培训一般只需几个小时，大大方便了用户的使用。
　　多用途返修系统
　　在返修系统上还可以安装一台变焦距高清晰度回流工艺控制摄像机组，用来对返修元件回流焊进行实时质量监视与检验，摄像机还可以观察并记录BGA、CSP元件焊球在回流焊中的两次塌陷过程和位置自纠正过程，这对于BGA、CSP元件重新植球工艺是非常有用的。当观察到锡球完全熔化时，锡球会自动与BGA元件基板上的焊盘中心位置一一对准，自动排列整齐时重新植球工作就结束了，成功率几乎为100％。这一点在热风返修系统中是无法实现的，由于热风气流的作用会把锡球吹离元件基板上的焊盘，重新植球的成功率不高，所以埃莎暗红外返修系统也被IPC7711标准推荐为BGA重新植球设备。
　　电子产品中所使用的电子元器件品种繁多，形式多样，因此对返修系统也就要求有较强的适用性。埃莎的暗红外返修系统也是一台多功能、多用途返修系统，可以用于BGA、CSP、倒装芯片等先进封装元件，也可返修QFP、PLCC、SOP等常规表面安装元件；可以返修标准外形的元件，也可以返修长条形连接器、各种插座及金属屏蔽罩等异形元件；可以返修表面安装元件，也可以返修针网格阵列PGA等通孔元件。返修系统中还集成了高精度数字控温焊台，能连接五种手持工具，如高性能焊接烙铁、大功率吸锡工具和各种形状与尺寸的热夹烙铁，从而把非接触式暗红外加热技术和接触式的热传导加热技术有机组合在一个返修系统中。
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