IPC-7093 CN 2011 底部端子元器件(BTC)设计和组装工艺的实施.pdf - 第94页
7.7.3.2 ⽤ 激 光 返 ⼯ BTC 组件 激 光 技术 已 经经 历 了 巨 大的 变化 ， 从 传 统 的 YA G 和 CO 2 激 光 到 半 导 体 技术的 二极管激 光 。 许 多 应 用 激 光 焊接的 技术 比 以 上 讨论 的 方法 更 经 济 。在接 触式 或 对 流式再流 在技术上不可 行 时， 激 光 焊接 已被 证 明 在元器件可 选 焊接中成本 更低 。 与 热风/热 气 返 工 系 统 不同， 激 光…
从板上要拆除不良的元器件，应该采用热风或
激光方式通过上下两个加热器加热。要用尺寸
正确的热风嘴加热BTC元器件，使得真空吸取
工具可以方便拆除零件。使用激光加热来拆除
元器件时，不需要选择加热喷嘴尺寸。
一旦BTC元器件拆除，焊盘位置要清洗并修整
好，为装新元器件作准备。除锡工作台可用于
焊点修整。
在元器件安装位置，采用与正常模板有相同厚
度、开窗和图形的小模板。用小金属刮刀将焊
膏印
刷到指定的位置。
印刷焊膏的焊盘应该要进行检查，保证元器件
贴装之前有足够并均匀的焊膏。与BGA返工不
同，要成功返工BTC元器件，正确焊膏量是至
关重要的。
在一些情况下，相邻的元器件十分靠近BTC元
器件，不能使用小型模板，此时要用注射器将
焊膏小心地加到焊盘上。焊膏的涂覆量是比较
难控制的，除非使用自动涂覆器，如在激光返
工系统中带有高端焊膏涂覆系统
。
真空吸笔是用来吸取新封装元器件的。分光系
统显示BTC引线和PCB上的焊盘。这两张重叠图
像通过人工调整XY工作台对齐(或使用更高端
系统的自动对齐)。一旦PCB和封装对齐，封装
就往下贴装到PCB上。更换的元器件然后焊接到
PCB上。
7.7.2 拆除BTC
7.7.2.1 PCB烘烤 建议在返工 之前 将PCB在
125°C烘烤大约24小时，以去除残留的湿气，这
些 湿 气在返 工 再流过程中会引起
其它元器件
失效。烘烤期间应该要考虑PCB合适的操作方
式。
7.7.2.2 PCB板预热 一旦PCB完成烘烤程序，
PCB就 要 放 置在返 工支架 上 预热到125°C。
建议局部加热要 返 工的区域(最大温度斜率为
4°C/s)。
专业的真空夹与要返工的元器件接触。这些夹
子包含一个热风枪罩，它将元器件加热到再流
焊焊料互连所需要的温度。一旦焊料再流，真
空夹子将元器件从PCB
上提起。优化喷嘴尺寸
和 热风枪 气 流 以 保 持 热风流对准被拆除元器
件，同时要保证被拆元器件受热均匀。
7.7.3 BTC组件缺陷维修 如果元器件焊接后
发生不良，组装板就需要返工以拆除和更换元
器件。由于大部分焊点很难到达，所以维修不良
一般都需要元器件整体拆除，重新安装或替换
这个元器件。BTC元器件通常应用在小而薄、
高密度的PCB上。以上因素再加上元器件自身
的小尺寸
，会给返工不良带来挑战。由于产品
各自的复杂性，以下仅是返工BTC封装工艺得
以成功开发的一个指南和起点。
返工过程包括以下步骤：
1. 板子准备
2. 元器件拆除
3. PCB焊盘清洗
4. 焊膏施加
5. 元器件对齐和安装
6. 元器件连接
7. 返工检查
7.7.3.1 元器件拆除 为便于从PCB上拆除元器
件，连接元器件的焊点要重新再流。理想地，
拆除元器件使用的再流曲线应该与元器件焊接
的再流焊曲线一样。图7-25显示一个典型的元器
件拆除设置。
焊料合金在液相线之上的时间只要完全再流就
可以减少。在再流过程中，建议在底部使用一个
加热源来给PCB局部加热。底部加热的方式有
几种，但是不限于这几种，包括热风和红外。
焊点再流是直接加热元器件顶部来达成；这种
方式可以用热风枪或IR辐射来完成。在焊点再
流期间，用作热风限制罩的真空吸杯贴附在元
器件顶部。一旦焊点再流已经发生，无论真空吸
杯
或一些机械升降技术比如镊子可以用来将元
器件从PCB板上提起。当用手提起元器件时，
采用有适当接地的静电安全工具。已知元器件
是小尺寸的，真空压力应该保持在0.5kg/cm
2
以
下。这样可以防止在焊点完全熔融之前吸起元
器件，避免焊盘起翘。
注：由 于 在反 复 受热 期 间 可能损坏元器件内
部，所以拆除的元器件不应该再使用。
2011年3月 IPC-7093-C
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7.7.3.2 ⽤激光返⼯BTC组件 激光技术已经经
历了巨大的变化，从传统的YA G和CO
2
激光到半
导体技术的二极管激光。许多应用激光焊接的
技术比以上讨论的方法更经济。在接触式或对
流式再流在技术上不可行时，激光焊接已被证
明在元器件可选焊接中成本更低。
与热风/热气返工系统不同，激光焊接不需要特
别治具而增加变动成本。在四个阶段控制聚焦激
光焊接参数：预热温度、激光功率(8到30W)、
波长(800到900nm)，毫秒级时间(一般典型焊接
时间少
于1s)，可用/不用内置预热。除了等效
于传统的预加热器，激光还增加可程控的后加
热操作(仅几个毫秒)来达到满意的焊点质量。
由于激光焊接时间是以毫秒测量(而不是秒)，
金属间化合物的厚度少于1μm。
7.7.3.3 为再连接PCB焊盘的预处理 一旦元器
件拆除，重新贴装位置应该有足够预处理以接
受替换的元器件。
PCB重装位置清洁有两个步骤：
1. 去
锡－去锡可用“吸锡带”和扁平形烙铁配
合完成，典型地如图7-26所示。扁平烙铁的
宽度应该与元器件焊盘最大宽度相匹配，而
且烙铁头的温度应该足够低以避免对PCB板
产生任何伤害。
非 接 触式加热真 空系统在高端返工站也有
使用，因为采用真空系统清洁PCB焊盘的方
法，这样避免划伤板子或损坏焊盘。
2. 清洗－重
焊位置应该用 无 棉绒布和溶剂擦
洗。溶剂通常使用适用于特定焊膏型号的产
品，与最初组装时使用的一样。
7.7.3.4 焊膏施加 返工BTC元器件时主要有两
种方式来贴装元器件到已有元器件的PCB上。
一种方式是选择性地将焊膏加到PCB上，而另
一种方式是选择性地将焊膏加到要换上的元器
件上。焊膏施加可以通过几种方法完成，包括
焊膏印刷、焊膏点涂或手工焊接。
当要求再流焊产生均匀焊料厚度时，对BTC元
器件焊盘的几何图形提出了挑战。需要考虑印
刷模板许多关键特性。模板对准精度和一致的焊
膏量转移对于均匀的再流焊接是至关重要的。
模板厚度以及蚀刻几何图形，决定了焊膏沉积
的精确体积。模板一般由黄铜或不锈钢做成，
不锈钢更耐用。
建议BTC元器件使用125μm[0.005in]的模板厚
度。
激光加工的模板开孔通常是梯形的，如图7-27所
示，尺寸A比尺寸B大。这个形状有助于确保
焊
膏均匀释放并使焊膏拖尾最小化。
IPC-7093-7-25-cn
图7-25 焊料受热⾄液态，BTC在焊料重新凝固前取出
PCB
真空杯 热空气
气罩
引线框芯片级封装
对流加热器
IPC-7093-7-26-cn
图7-26 BTC焊接位置焊料清除
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IPC-7093-7-27-cn
图7-27 典型激光蚀刻模板开孔⼏何形状
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由于焊盘尺寸较小且PCB上元器件密集，要在
已经组装过的板子上得到准确的、均匀的焊膏
印刷是非常难的。建议安装前直接将焊膏加到
元器件上。
带有大面积接地的BTC焊盘图形，给焊膏施加
的模板设计带来了挑战，而正确的模板设计可
以确保再流焊时产生均匀的焊料厚度。许多印
刷模板特性是至关重要的(见7.2.4)。
• 为了优化焊膏释放，面积比和宽厚比应该分别
大于0.66和1.5。
• 对于PCB
板上的“固定式”模板的宽厚比不是
很重要，因为它不从PCB上释放。
• 当面积比和宽厚比都符合本标准要求，建议将
模板开孔和PCB焊盘尺寸应该按1:1来设计。
• 对于BTC设计有大外露焊盘(比如中心接地)，
这些区域的模板开孔要分割成小开窗阵列。将
大外露焊盘分成小开窗印刷降低空洞的风险并
使较小端子焊接高度与大焊盘一样。建议大
外
露散热焊盘使用“窗户格子”式的开窗形状，
如图7-28所示。
• 当采用剥离/释放型模板时，模板的开窗尺寸
要严格控制，因为该几何形状是关键的。
• 推荐模板的厚度应该在75μm 到125μm之间
[0.003 in到0.005 in]。
• 模板可以 用 各 种材料做成，但是通常是用黄
铜、不锈钢或聚酰亚胺材料做成。见图7-29。
该制程显示在图7-30和图7-31
。
• 元器件被放置并固定在模板治具上。
• 锡膏接着用金属刮刀施加。
注：BTC封装的最小间隙高度，可能不会留下足
够空隙使得再流焊后对焊点清洁，因此，制造
商建 议使用类型3、4或5免清洗焊膏(见J-STD-
005)。
滴涂施加：焊膏滴涂以非常受控的方式将焊膏
点到PCB上。通常通过一个可编程的X-Y-Z轴控
制器比如机器人，移动到需要滴涂精确焊膏量
的正
确位置。非常精确的贴装和受控的焊膏量
是这项技术的成果。
IPC-7093-7-28-cn
图7-28 模板上窗格图形举例
图7-29 将焊膏印刷到元器件上的典型⾦属模板
IPC-7093-7-30-cn
图7-30 BTC元器件被夹持在模板治具上
IPC-7093-7-31-cn
图7-31 焊膏从模板开孔转移到BTC的底⾯上
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