Nacharbeit (Elektronik) - Rework (electronics)

Nacharbeit (oder Nacharbeiten) ist der Begriff für die Reparaturlackierung oder Reparaturvorgang einer elektronischen Leiterplatte (PCB) Montag, in der Regel die Entlöten und Wieder Löten von oberflächenmontierbaren elektronischen Bauelementen (SMD). Massenverarbeitungstechniken gelten nicht für die Reparatur oder den Austausch einzelner Geräte. Zum Ersetzen defekter Komponenten sind spezielle manuelle Techniken durch Fachpersonal erforderlich, die geeignete Geräte verwenden. Area-Array-Pakete wie BGA-Geräte ( Ball Grid Array ) erfordern insbesondere Fachwissen und geeignete Tools. Eine Heißluftpistole oder eine Heißluftstation wird zum Erhitzen von Geräten und zum Schmelzen von Lot verwendet, und Spezialwerkzeuge werden zum Aufnehmen und Positionieren häufig winziger Komponenten verwendet.

Eine Nacharbeitsstation ist ein Ort, an dem diese Arbeit ausgeführt werden kann - die Werkzeuge und Materialien für diese Arbeit, normalerweise auf einer Werkbank . Andere Arten von Nacharbeiten erfordern andere Werkzeuge.

Gründe für eine Überarbeitung

Nacharbeiten werden in vielen Arten der Herstellung durchgeführt, wenn fehlerhafte Produkte gefunden werden.

Bei der Elektronik können folgende Mängel auftreten:

• Schlechte Lötstellen aufgrund fehlerhafter Montage oder Temperaturwechsel.
• Lötbrücken - unerwünschte Löttropfen, die Punkte verbinden, die voneinander isoliert werden sollen.
• Fehlerhafte Komponenten.
• Änderungen, Upgrades usw. von technischen Teilen usw.
• Komponenten, die durch natürlichen Verschleiß, körperliche Beanspruchung oder übermäßigen Strom beschädigt wurden.
• Komponenten, die durch das Eindringen von Flüssigkeit beschädigt wurden und zu Korrosion, schwachen Lötstellen oder physischen Schäden führen.

Prozess

Die Nacharbeit kann mehrere Komponenten umfassen, die einzeln bearbeitet werden müssen, ohne die umgebenden Teile oder die Leiterplatte selbst zu beschädigen. Alle nicht bearbeiteten Teile sind vor Hitze und Beschädigung geschützt. Die thermische Belastung der elektronischen Baugruppe wird so gering wie möglich gehalten, um unnötige Kontraktionen der Platine zu vermeiden, die unmittelbare oder zukünftige Schäden verursachen können.

Im 21. Jahrhundert wird fast das gesamte Löten mit bleifreiem Lot durchgeführt , sowohl an gefertigten Baugruppen als auch bei Nacharbeiten, um die Gesundheits- und Umweltgefahren von Blei zu vermeiden . Wo diese Vorsichtsmaßnahme nicht erforderlich ist, schmilzt Zinn-Blei-Lot bei einer niedrigeren Temperatur und ist leichter zu verarbeiten.

Das Erhitzen eines einzelnen SMD mit einer Heißluftpistole zum Schmelzen aller Lötstellen zwischen ihm und der Leiterplatte ist normalerweise der erste Schritt, gefolgt vom Entfernen des SMD, während das Lot geschmolzen ist. Das Pad-Array auf der Leiterplatte sollte dann von altem Lot gereinigt werden. Es ist ziemlich einfach, diese Rückstände durch Erhitzen auf Schmelztemperatur zu entfernen. Ein Lötkolben oder eine Heißluftpistole kann mit Entlötgeflecht verwendet werden .

Die genaue Platzierung der neuen Einheit auf dem vorbereiteten Pad-Array erfordert die geschickte Verwendung eines hochpräzisen Vision-Alignment-Systems mit hoher Auflösung und Vergrößerung. Je kleiner der Abstand und die Größe der Komponenten sind, desto präziser muss gearbeitet werden.

Schließlich wird das neu platzierte SMD auf die Platine gelötet. Zuverlässige Lötstellen werden durch die Verwendung eines Lötprofils erleichtert, das die Platine vorheizt, alle Verbindungen zwischen dem Gerät und der Leiterplatte auf die Schmelztemperatur des verwendeten Lots erwärmt und diese dann ordnungsgemäß abkühlt.

Hohe Qualitätsanforderungen oder spezielle Designs von SMDs erfordern das genaue Auftragen von Lötpaste vor dem Positionieren und Löten des Geräts. Die Oberflächenspannung des geschmolzenen Lots, das sich auf den Lötpads der Platine befindet, neigt dazu, das Gerät in eine genaue Ausrichtung mit den Pads zu ziehen, wenn es anfangs nicht vollständig richtig positioniert ist.

Reflowing und Reballing

Ball Grid Arrays (BGA) und Chip Scale Packages (CSA) stellen besondere Schwierigkeiten beim Testen und Nacharbeiten dar, da sie auf ihrer Unterseite viele kleine, eng beieinander liegende Pads haben, die mit passenden Pads auf der Leiterplatte verbunden sind. Verbindungsstifte sind zum Testen nicht von oben zugänglich und können nicht entlötet werden, ohne das gesamte Gerät auf den Schmelzpunkt des Lots zu erwärmen.

Nach der Herstellung des BGA - Gehäuses, winzige Kugeln aus Lot sind mit den Pads auf seiner Unterseite aufgeklebt; Während des Zusammenbaus wird die Kugelpackung auf die Leiterplatte gelegt und erwärmt, um das Lot zu schmelzen und, wenn alles in Ordnung ist, jedes Pad des Geräts mit seinem Partner auf der Leiterplatte zu verbinden, ohne dass zwischen benachbarten Pads eine überflüssige Lötbrücke entsteht . Während der Montage erzeugte fehlerhafte Verbindungen können erkannt und die Baugruppe überarbeitet (oder verschrottet) werden. Nicht unvollständige Verbindungen von Geräten, die selbst nicht fehlerhaft sind, eine Zeit lang funktionieren und dann ausfallen, häufig ausgelöst durch Wärmeausdehnung und -kontraktion bei Betriebstemperatur , sind nicht selten.

Baugruppen, die aufgrund schlechter BGA-Verbindungen ausfallen, können entweder durch erneutes Fließen oder durch Entfernen des Geräts und Reinigen des Lots, erneutes Ballen und Ersetzen repariert werden. Geräte können auf die gleiche Weise aus verschrotteten Baugruppen zur Wiederverwendung wiederhergestellt werden.

Das Nachfließen als Nacharbeitstechnik, ähnlich dem Herstellungsprozess des Reflow-Lötens , umfasst das Zerlegen der Ausrüstung zum Entfernen der fehlerhaften Leiterplatte, das Vorheizen der gesamten Platine in einem Ofen, das weitere Erhitzen der nicht funktionierenden Komponente zum Schmelzen des Lots und das anschließende Abkühlen Nach einem sorgfältig festgelegten thermischen Profil und dem Zusammenbau wird durch einen erhofften Prozess die fehlerhafte Verbindung repariert, ohne dass die Komponente entfernt und ersetzt werden muss. Dies kann das Problem lösen oder nicht. und es besteht die Möglichkeit, dass die Reflow-Karte nach einiger Zeit wieder ausfällt. Für typische Geräte ( PlayStation 3 und Xbox 360 ) schätzt ein Reparaturunternehmen, dass der Vorgang, wenn keine unerwarteten Probleme auftreten, etwa 80 Minuten dauert. In einem Forum, in dem professionelle Reparaturmitarbeiter über das Rückfließen von Grafikchips für Laptops sprechen, geben verschiedene Mitwirkende Erfolgsraten (kein Ausfall innerhalb von 6 Monaten) zwischen 60 und 90% für das Rückfließen mit professioneller Ausrüstung und Techniken in Geräten an, deren Wert kein vollständiges Nachballen rechtfertigt . Das Nachfließen kann nicht professionell in einem Haushaltsofen oder mit einer Heißluftpistole erfolgen. Während solche Methoden einige Probleme heilen können, ist das Ergebnis wahrscheinlich weniger erfolgreich als es mit einer genauen thermischen Profilierung möglich ist, die von einem erfahrenen Techniker unter Verwendung professioneller Geräte erzielt wird.

Beim Reballing wird der Chip zerlegt, erhitzt, bis er von der Platine entfernt werden kann, normalerweise mit einer Heißluftpistole und einem Vakuum-Aufnahmewerkzeug, das Gerät entfernt, das auf dem Gerät und der Platine verbleibende Lot entfernt, neue Lötkugeln eingesetzt und das ersetzt Originalgerät, wenn eine schlechte Verbindung bestand oder eine neue verwendet wurde, und Erwärmen des Geräts oder der Platine, um es an Ort und Stelle zu löten. Die neuen Bälle können auf verschiedene Arten platziert werden, darunter:

• Verwenden einer Schablone sowohl für die Kugeln als auch für die Lötpaste oder das Flussmittel.
• Verwenden eines BGA- "Vorformlings" mit eingebetteten Kugeln, die dem Gerätemuster entsprechen, oder
• Verwendung von halbautomatischen oder vollautomatischen Maschinen.

Für die oben erwähnte PS3 und Xbox beträgt die Zeit ungefähr 120 Minuten, wenn alles gut geht.

Chips können durch wiederholtes Erhitzen und Abkühlen des Aufballens beschädigt werden, und die Herstellergarantien decken diesen Fall manchmal nicht ab. Das Entfernen von Lot mit einem Lötdocht setzt Geräte weniger thermischen Belastungen aus als die Verwendung eines fließenden Lötbades. In einem Test wurden zwanzig Geräte mehrmals wiederholt. Zwei funktionierten nicht, wurden jedoch nach erneutem Balling wieder voll funktionsfähig. Einer wurde ohne Fehler 17 Wärmezyklen ausgesetzt.

Ergebnisse

Durch ordnungsgemäße Nacharbeiten wird die Funktionalität der überarbeiteten Baugruppe wiederhergestellt, und ihre spätere Lebensdauer sollte nicht wesentlich beeinträchtigt werden. Wenn die Kosten für die Nacharbeit geringer sind als der Wert der Baugruppe, wird sie daher in allen Bereichen der Elektronikindustrie häufig eingesetzt. Hersteller und Dienstleister von Kommunikationstechnologien, Unterhaltungs- und Konsumgütern, Industriegütern, Automobilen, Medizintechnik, Luft- und Raumfahrt und anderen Hochleistungselektronik-Nacharbeiten bei Bedarf.

Siehe auch

• Reflow-Ofen
• Thermisches Profiling

Verweise

1. Permanente elastomere / semi-elastomere Kugelgitter-Array-Schablonen (BGA)