МОНТАЖ И ДЕМОНТАЖ ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ В МИКРОМОДУЛЯХ
Проблемы монтажа и демонтажа SMD
Ручные методы демонтажа компонентов
Удаление припоя вакуумным отсосом
Структурная схема термофена
Схема термофена
Контрольная панель термофена
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРМОВОЗДУШНОЙ ПАЯЛЬНОЙ СТАНЦИИ AOYUE 852A
Процесс демонтажа интегральной микросхемы
Расчет мощности нагрева конвективным источником
Расчет мощности конвективного нагрева
Мощность конвективного нагрева
Температурные зависимости в зоне нагрева
Температурные зависимости в зоне нагрева
Температурные зависимости работы термофена
Применение ИК источников нагрева для демонтажа
Источники ИК излучения
Мощность ИК нагрева
Применение ИК нагрева для демонтажа SMD
Компания ERSA
Термопрофиль демонтажа BGA
Пример ремонтируемого электронного модуля
3.53M
Category: industryindustry

Монтаж и демонтаж электронных компонентов в микромодулях

1. МОНТАЖ И ДЕМОНТАЖ ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ В МИКРОМОДУЛЯХ

2. Проблемы монтажа и демонтажа SMD

1.
2.
3.
Операции монтажа являются достаточно трудоемкими и занимают до 50-70
% общей трудоемкости изделий. Высокая степень интеграции изделий
усложняет систему контактных соединений, так как согласно правилу
Рента число выводов изделия определяется как n=4,5 m0,4, где m - число
вентилей в кристалле.
Особенностями процессов
монтажа электронных модулей являются:
широкая
номенклатура
электронных
компонентов,
интегральных
микросхем, микросборок; различные виды соединений компонентов на
печатных, двусторонних и многослойных платах, микроплатах;
разнообразные по физической природе источники теплового излучения:
нагретый инструмент, горячий газ, концентрированные потоки
электромагнитной энергии.
Переход на бессвинцовистые припои ставит задачи по обеспечению
хорошей смачиваемости поверхностей, оптимизации температурных
профилей нагрева, контролю качества соединений. С повышением
функциональной сложности компонентов растут проблемы их демонтажа с
поверхности плат, в особенности многовыводных корпусов типа BGA и QFP.

3. Ручные методы демонтажа компонентов

При демонтаже компонентов основными задачами являются:
- локальный нагрева вывода (выводов) компонента,
- удаление припоя из металлизированного отверстия или с контактной
площадки платы .
Одним из способов удаления припоя является использование фитиля,
представляющего собой шнур из скрученных тонких медных проволочек. При
нагреве паяльника припой расплавляется и всасывается внутрь фитиля под
действием капиллярного давления, которое тем больше, чем уже зазоры
между проволочками фитиля.

4. Удаление припоя вакуумным отсосом

При необходимости удаления большого количества припоя обычно используют
паяльник с вакуумным отсосом. После оплавления припоя нажатием на педаль
подается сжатый воздух к инжекционной насадке, что создаёт разряжение,
обеспечивающее отсасывание припоя. Припой скапливается в камерах
сборника паяльника, откуда затем выбирается. Время демонтажа одного
соединений составляет 1–2 с.
Основным недостатком метода является необходимость непосредственного
физического контакта с поверхностью контактной площадки, что приводит к
кондуктивной передаче тепла плате и ее значительному нагреву.
Рис.5. 1 – металлизированное отверстие, 2– припой, 3 – наконечник паяльника, 4 –
отсос припоя, 5 – вывод элемента, 6– печатная плата
Рис. 6. Паяльник для демонтажа: 1 – сменный наконечник, 2 – нагреватель, 3 – полый
стержень, 4 – присоединительная колодка, 5 – сборник припоя, 6– патрубок, 7– ручка, 8

5.

Применение термовоздущных станций
(термофенов)
Для монтажа компонентов в мелкосерийном и единичном производстве, а также
для ремонта электронных модулей используют термовоздушные паяльные станции
ввиду их универсальности,
большой разновидности насадок для
монтажа/демонтажа различных видов корпусов, наличия вакуумного пинцета для
захвата электронных компонентов, небольших размеров.
:
Портативная термовоздушная
паяльная станция AOYUE 852A
оснащена различными видами
сменных
насадок
для
термофена
и
вакуумного
пинцета,
имеет
цифровой
контроль
температуры
и
скорости воздушного потока

6. Структурная схема термофена

Структурная схема включает : источник питания 8 осуществляет подачу
электроэнергии на всю схему, центральная система управления 9 осуществляет
контроль и регулирование потока воздуха и температуры. Компрессор 11 подаёт
воздух под давлением в рабочий инструмент (термофен), который нагревается на
выходе нагревательным элементом 3. В свою очередь температура нагревательного
элемента контролируется при помощи цифровой системы 12, данные которой
поступают в центральную систему управления, которая управляет источником
питания нагревательного элемента 7. Датчик потока воздуха 4 осуществляет
контроль подачи воздуха в рабочий инструмент (термофен) в реальном времени.
Цифровой индикатор 10 выводит на контрольную панель параметры текущих
настроек потока воздуха и температуры рабочего инструмента. Манометр 5
показывает уровень разряжения воздуха в вакуумном пинцете при поднятии
компонента.

7. Схема термофена

.

8. Контрольная панель термофена

=
A – наименование станции, В1 – цифровой индикатор температуры, В2 – цифровой индикатор потока
воздуха, С1, С2 – кнопки управления температурой, С3,С4 – кнопки управления потоком воздуха, D –
сброс параметров, E – разъём для подключения термофена, F – переключатель режима работы
(охлаждение – демонтаж), G – манометр, H – кнопка включения / выключения станции, I – индикатор
соответствия температуры указанной на цифровом индикаторе фактической, J – разъём для

9. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРМОВОЗДУШНОЙ ПАЯЛЬНОЙ СТАНЦИИ AOYUE 852A

Рабочее напряжение, В …………………………………………………110 – 220
Частота питания сети, Гц …………………………………………………50 – 60
Точность контроля температуры, С…………………………………….............1
Диапазон регулировки температуры, С……..………………………….100 – 480
Производительность мембранного компрессора, л/мин …………………......23
Потребляемая мощность, Вт ………..………………………………………..500
Габаритные размеры, мм …………………………………………………..188х127
Масса, кг ………………………………………………………………………..3,8
Насадки термофена для различных
видов корпусов: 1 - QFP, 2 - DIP, 3 BGA, 4 - одиночная простая, 5 - SO с jвыводами, 6- SO

10. Процесс демонтажа интегральной микросхемы

а - разогрев контактных площадок до расплавления припоя, б - установка на корпус
микросхемы присоски вакуумного пинцета, в, г - демонтаж микросхемы с
поверхности печатной платы

11. Расчет мощности нагрева конвективным источником

Процесс передачи тепла от термофена к поверхности печатной платы
описывается выражением:
r
λStΔT K
r
Q
l
tan
α
r
l
где: λ – теплопроводность воздуха; S – площадь зоны
нагрева; t – время нагрева; – разность температур между
источником тепла и окружающей средой; l – расстояние от
источника тепла до поверхности.
При расчёте количества тепла, выделяемого в рабочей зоне, необходимо
учитывать конструктивный фактор, влияющий на рассеивание воздуха
при выходе из сопла насадки термофена , который зависит от конструкции
сопла, где: r – радиус сопла насадки; а – расстояние, на которое
рассеивается воздух при выходе из сопла:

12. Расчет мощности конвективного нагрева

0,9 Дж
С
Расчет мощности конвективного нагрева
Количество выделяемого тепла в рабочей зоне
λStΔT
Q Kr
l
TH TT 1 e
t
τH
Температуры нагрева в рабочей зоне зависит от времени, условий
теплообмена и теплоемкости материала платы, где: Тн– температура
теплоносителя; τ– постоянная времени нагрева
СT
τН =
α S
P
α
S ΔT
Ст- теплоёмкость материала печатной платы ; α – коэффициент
теплообмена источника тепла с поверхностью печатной платы:

13. Мощность конвективного нагрева

Q
λSΔT
P Kr
Kr
t
l
Расчет мощности нагрева проведен при разности температур ∆Т = 255ºC,
времени нагрева 20 с, средней теплопроводности воздуха в диапазоне
температур 80 – 300°С 14,96 Вт/(м·К) и расстоянии от источника 4, 8 и 12 мм.

14. Температурные зависимости в зоне нагрева


Температура при пайке и демонтаже конвективным источником нагрева
пропорциональна температуре нагретого воздуха, скорости его движения и
зависит от расстояния до поверхности нагреваемой зоны. Оптимальное
расстояние от зоны нагрева до насадки термофена не должно превышать 4–6
мм.

15. Температурные зависимости в зоне нагрева


Температура потока воздуха термовоздушной паяльной станции составляла 300°С, время
измерения температуры 20–100 с, шаг измерения температуры 5с, расстояние до
печатной платы 2, 4, 8 и 12 мм. Из графиков нагрева следует, что термовоздушная
паяльная станция AOYUE 852A обладает инерционностью контроля температуры, что
видно по скачку температуры нагревательного элемента в термофене при запуске, так
как начальное давление воздуха, создаваемое компрессором недостаточно.

16. Температурные зависимости работы термофена

Угол наклона рабочего инструмента влияет на время расплавления припоя, а именно, чем меньше
угол наклона, тем требуется больше времени на расплавление припоя. Тепловой поток
рассеивается по площади печатной платы, а не концентрируется в рабочей зоне, при этом
печатная плата подвержена длительному воздействию температуры, что увеличивает риск её
повреждения. Скорость нагрева при угле 60° снижается до 25°С/c, а время нагрева выводов
компонентов в рабочей зоне увеличивается до 8–10 с.

17. Применение ИК источников нагрева для демонтажа

Инфракрасные (ИК) источники
нагрева широко применяются
при
ремонте
электронных
модулей как в мелкосерийном,
так и серийном производстве,
что обусловлено возможностью
точного контроля температуры
пайки, в то время как для
конвективных источников это
проблематично

18. Источники ИК излучения

В современных источниках ИК нагрева вместо
галогенных ламп все шире применяются
мощные керамические нагреватели. Примером
такого нагревателя может служить излучатель
SHTS фирмы Elstein. В рёбра передней черной
нагревательной панели встроена электрическая
нагревательная
спираль.
Оптимальная
эффективность в зоне высоких температур
достигается
посредством
применения
специальной черной эмали, позолоченного
покрытия задней части и встроенной
теплоизоляции. Для защиты керамики и
нагревательной спирали высокотемпературные
излучатели покрыты глазурью.
Максимальная мощность нагрева кВт/м²…76,8
Рабочая температура, °С…………………860
Максимально допустимая температура, °C 900
Диапазон длины волн, мкм …………..2 - 10

19.

Расчет мощности ИК нагрева
Интенсивность потока излучения:
где: Ри– мощность источника, h– высота от источника
ИК излучения до поверхности, x– длина зоны нагрева.
Температура в зоне ИК нагрева :
где: K – постоянная Стефана-Больцмана.
I =2

x 2 +h 2
4

τ
I+KT
C
T

1-e
4
TН =
-273 нагр Н
K
Н
где: Тн– температура в зоне нагрева; τ– время воздействия теплового потока ;
τн– постоянная времени нагрева.

20. Мощность ИК нагрева

С увеличением расстояния от ИК источника температура меняется незначительно,
что связано с тем, что площадь локального нагрева растет и количество
передаваемого тепла рассеивается на большую площадь. Однако ИК нагрев не так
чувствителен к изменению расстояния от источника как конвективный,

21. Применение ИК нагрева для демонтажа SMD

Двухсторонняя ИК система нагрева используется в ремонтной станции ERSA
IR550A, которая имеет следующие технические характеристики :
Мощность верхнего ИК излучателя 4x200Вт (размеры 60x60мм)
Мощность нижнего ИК излучателя 2x400Вт (размеры 135x250м)
Время разогрева верхнего излучателя 90 с. Скорость нагрева от 0,3 до 2 С/с.
Максимальная потребляемая мощность 1600 Вт

22. Компания ERSA

Немецкая компания ERSA перешагнула 90-летний юбилей. В 1921 г. немецкий
инженер Эрнст Сакс (Ernst Sachs) изобрел и запатентовал промышленный
электрический паяльник.
Компания ERSA в пригороде Берлина начала
производство паяльников. В конце Второй мировой войны компания
перебазировалась в г. Вертхайм на юге Германии, где и размещается и поныне.
В 1968 – первая в Германии установка волновой пайки по английской лицензии,
1980 – печь HOTFLOW оплавления припоя,
1994 – первая установка селективной пайки VERSAFLOW,
2002 - первый ИК ремонтный центр IR550A,
2005 – новое поколение установок волновой пайки по бессвинцовой технологии

23. Термопрофиль демонтажа BGA

При пайке определённого типа корпуса задаётся термопрофиль, в соответствии с
которым поддерживается температура в нагреваемой зоне. Для контроля
температуры используются термопара и ИК датчик либо комбинированный
контроль.

24. Пример ремонтируемого электронного модуля

Пример опытного образца электронного модуля, монтаж SMD и BGA ПЛИС, в
котором выполнен на паяльной станции ERSA IR550A показан на рис. 12. Для
выявления дефектных паяных соединений, таких как мостики припоя, неполное
оплавление, отсутствие шариков припоя и т.д. применено рентгеновское излучение.
English     Русский Rules