Высококачественный ремонт электронных модулей

Кирилл Дятлов
Станислав Борисенков

Ремонт электронных изделий — задача, с которой сталкиваются и производители, и потребители электронной техники. Это может быть серийное производство, где получить 100-процентный выход годных изделий никогда не удастся, и изделия, не прошедшие контроль, отправляются на ремонтный участок, либо сервисный центр, ремонтирующий цифровую технику, или отработка технологии и режимов пайки сложных компонентов (BGA/CSP) в новом изделии. С такими задачами способен справиться ремонтный центр Martin Auto Vision Expert 09.6.

Martin Auto Vision Expert 09.6 — единое решение всех задач ремонта

Martin Auto Vision Expert 09.6 — установка, которая сочетает в себе простоту, наилучшее качество и надежность работы (рис. 1). Зачастую в системах совмещения через призму заявленная точность совмещения контактных площадок и микросхем не соответствует действительности, поскольку сильно зависит от многих факторов — в первую очередь, от точности механической настройки оптики, а также от квалификации оператора. В дополнение к этому, неизбежны случайные, неконтролируемые движения при ручном совмещении (особенно у новичков). Именно эти две наиболее важные проблемы решали инженеры фирмы Martin при разработке своей технологии автоматического позиционирования компонентов. Начиная с самого первого шага, камера контролирует все перемещения, благодаря чему точность установки компонента зависит только от разрешения камеры.

Конвекционный обдув

Так называемый принцип «ремонта с нулевым риском» основан на незыблемых правилах термодинамики. Только безукоризненно их соблюдая, можно выполнять безопасный ремонт, особенно бессвинцовых компонентов. Высокого качества пайки удалось добиться благодаря сочетанию конвекционного обдува сверху и нижнего ИК-прогрева всей поверхности ПП. Применение нижнего подогрева позволяет избежать короблений и деформаций ПП вследствие локального верхнего нагрева, а также выполнять безопасный ремонт бессвинцовых компонентов. Более того, верхний конвекционный подогрев позволяет без проблем работать с компонентами в любых корпусах, чего не скажешь о применении ИК-излучения, которое от некоторых корпусов, в частности керамических и с открытым кристаллом, просто отражается.

Любые платы и любые задачи ремонта

Модификации ремонтного центра Martin Auto Vision Expert 09.6 позволяют работать с ПП любых типоразмеров, начиная от плат для мобильных телефонов (версия Н) и заканчивая платами размером 500×600 мм (версия XL). Этого удалось добиться благодаря применению специального приспособления для поддержки ПП, регулируемой зоне ИК-прогрева, а также использованию специальных миниатюрных ИК-нагревателей.

Установка может быть перенастроена на любой тип и размер SMD-компонента в считанные секунды: для этого необходимо всего лишь поменять насадки для пайки и установки, а также установить соответствующий объектив. ВMartin Auto Vision Expert 09.6 объединены все задачи ремонта, такие как:

• выпайка дефектного компонента;
• удаление остатков припоя;
• ручное дозирование паяльной пасты или флюса;
• автоматическая установка;
• пайка;
• восстановление шариковых выводов (реболлинг);
• идентификация ПП по штрих-коду и протоколирование условий проведения ремонта.

Базовый комплект

Компания Martin GmbH придерживается мнения, что даже стартовый комплект должен включать в себя все необходимое для начала работы оборудование и материалы. Это:

• блок управления DBL 05 с термофеном;
• модуль дозирования с дозатором и набором для очистки;
• вакуумный модуль с вакуумным отсосом и пинцетом;
• 2-канальный модуль измерения температуры с термопарами К-типа;
• модуль нижнего подогрева IRF 04 (2400 Вт);
• рабочий стол Smart Fix 06 с подсветкой, магнитными держателями и устройством для поддержки ПП;
• система автоматического позиционирования AVP4 с автоматическим приводом по 5 осям и видеокамерой;
• второй термофен для удаления остатков припоя;
• набор из 7 насадок для пайки всех типов QFP и PLCC;
• программное обеспечение Easy Solder 06.

Простота в управлении

Управление установкой осуществляется при помощи программного обеспечения Easy Solder 06, которое отвечает всем современным требованиям, обладает наглядностью, что значительно увеличивает скорость работы и упрощает процесс управления станцией (рис. 2). Для контроля качества в ПО предусмотрена функция “Report”, которая позволяет создавать файлы отчетов о процессе. Работа на ремонтном центре осуществляется всего за три «клика» — первым щелчком кнопкой мыши выбирается плата, вторым — компонент, а третьим просто выбирается задача (пайка, выпайка и т. д.). Для большей наглядности на мониторе отображается выбранная ПП, место установки, а также требуемая для пайки насадка. В дополнение к этому, программное обеспечение сопровождает каждый шаг подсказками на протяжении процесса пайки. Новые профили пайки можно создавать автоматически при помощи встроенного модуля Auto-Profiler, новый профиль генерируется в течение трех минут без какой-либо предварительной подготовки. Оператору необходимо только установить термодатчики на ПП и обозначить точку плавления припоя, остальные параметры программа вычисляет автоматически.

Точная установка

Благодаря встроенной камере система автоматического позиционирования (САП) от начала и до конца управляет установкой компонента. Угловые точки компонента и соответствующего посадочного места указываются при помощи мыши (рис. 3), это без проблем и с высокой точностью можно сделать в области экрана с увеличением. После этого процессор автоматически вычисляет нужное перемещение, а камера регулирует и проверяет точность в течение всего процесса установки.

Принципы термодинамики

При разработке центра специалисты фирмы Martin основывались на двух принципах. Нижний ИК-нагреватель осуществляет прогрев всей поверхности ПП, что обеспечивает 50% энергии, необходимой для оплавления припоя, а также, как было сказано выше, позволяет избежать короблений и деформации ПП. Оставшаяся часть энергии доставляется непосредственно к компоненту путем конвекционного обдува (рис. 4). Однородность температуры в районе компонента составляет ±4 °С, а точность поддержания ±1%.

Физические принципы

Расчет энергии, передаваемой посредством термофена (рис. 5), производится по формуле:

где Q_W — количество энергии, m_L — воздушный поток, c_р — удельная теплоемкость, (c_p — 1,01 кДж/кг·K [для воздуха]), c_pN₂ — 1,04 кДж/кг·K, ΔT — изменение температуры.

Достоинства:

• Минимизация тепловых потерь гарантирует надежность работы даже с миниатюрными компонентами CSP и μSMD.
• Хорошая теплопередача, хорошая изоляция, поток, сфокусированный на соединении, — все это позволяет осуществлять ремонт без риска для компонента.
• Благодаря применению платиновой термопары не требуется производить перекалибровку термофена.

Нижний ИК-нагрев

ИК-нагреватель с технологией Rapid IR позволяет нагревать ПП в считанные секунды, не превышая градиента в 3,5 К/с. Большая площадь нагрева дает возможность осуществлять прогрев всей поверхности платы. Минимальные тепловые потери ИК-нагревателя обеспечивают необходимую воспроизводимость профиля.

Физические принципы

Количество энергии, передаваемое ИК-излучением, рассчитывается по формуле:

где Q_S — количество энергии, σ_S — постоянная Стефана-Больцмана, (5,67×10^–8 Вт/м² K⁴), ε₁ — коэффициент поглощения поверхности, T₁ — температура компонента, T₂ — температура излучателя.

Преимуществом системы ИК-нагрева является низкая стоимость.

Недостатки системы ИК-нагрева:

• Использование керамических излучателей: неудовлетворительная воспроизводимость.
• Компоненты и ПП достигают более высоких значений температур, чем соединения (рис. 6).

Заключение

Подводя итог статьи, стоит еще раз отметить области применения ремонтного центра Martin. Во-первых, это всевозможные сервисные центры: многим известно, что всемирно известная фирма производитель мобильных телефонов Nokia ежегодно составляет список оборудования, рекомендованного к использованию в центрах по ремонту своих мобильных телефонов, и уже несколько лет там неизменно присутствует ремонтный центр Martin Auto Vision Expert 09.6H (версия для ремонта мобильных телефонов). Во-вторых, это дооснащение уже существующего серийного производства. Преимущество очевидно: весь спектр работ по доустановке или исправлению брака можно осуществлять на одном рабочем месте, причем сократив до минимума влияние человеческого фактора при установке сложных компонентов. Ну и, наконец, прототипное производство: с применением данной установки появляется возможность собирать модули не только с такими сложными компонентами, как BGA, CSP или QFN, получая при этом высокое качество изделий, но и выполнять пайку-выпайку всех типов SMD-элементов.