Odzyskiwanie elementów i naprawa elektroniki. Jak działa stacja Martin w Comarch IoT Plant?

Brak rynkowej dostępności komponentów i układów BGA spowodował, że klienci szukają usług odzyskiwania elementów trudnodostępnych i drogich. Takie rozwiązanie umożliwia montaż nowych pakietów elektronicznych w sposób szybszy i efektywniejszy kosztowo, a także redukuje czas oczekiwania na finalny produkt. W Comarch IoT Plant wykorzystujemy w tym celu stację lutowniczą Martin Expert 10.6HV, która pozwala na sprawną wymianę wadliwych elementów w pakietach elektronicznych. Jak to wygląda w praktyce?

Proces naprawy elektroniki z wykorzystaniem stacji Martin 

Funkcje podgrzewacza dolnego

Istotnym elementem naprawy podzespołów elektronicznych jest właściwe wykorzystanie temperatury. Stacja Martin wyposażona jest w hybrydowy system podgrzewania dolnego, ponieważ lokalne ogrzewanie od góry prowadziłoby do niepożądanych naprężeń, które niszczą komponenty i powodują trwałe odkształcenia układów PCB. Aby tego uniknąć, cała drukowana płytka zostaje podgrzana do temperatury w zakresie 100–170°C. Ważne jest, aby ciepło było stabilnie rozprowadzane po całej powierzchni układu. Podgrzewacze Martin zostały zaprojektowane tak, aby:

• równomiernie rozprowadzały temperaturę na płytkach,
• nie doprowadzały do przebarwień punktowych PCB,
• nie doprowadzały do odkształceń,
• precyzyjnie stabilizowały i kontrolowały temperaturę podczas całego procesu podgrzewania. 

– Dostosowanie odpowiedniej temperatury jest tu czynnikiem kluczowym. Jeżeli na płytkach PCB zostały umieszczone elementy szczególnie wrażliwe, takie jak plastikowe gniazda, wyświetlacze czy kondensatory, temperatura musi zostać odpowiednio obniżona, ponieważ próg ryzyka ich uszkodzenia pozostaje relatywnie niski – tłumaczy Marcin Dziadzio, Monter Elektronik w Comarch IoT Plant.

W przypadku zastosowania podgrzewaczy w naprawach pakietów elektronicznych równie istotna jest prosta, nieskomplikowana obsługa. Przeznaczone do naprawy lub modyfikacji zespoły powinny nadawać się do obróbki bez konieczności mocowania dodatkowych urządzeń termoparowych. W tym celu podgrzewacze mogą pracować w jednym z dwóch trybów:

1. Sterowanie mocą. W tym trybie podgrzewacz działa zgodnie z zaprogramowanymi lub wcześniej wyuczonymi profilami ogrzewania. Nie wymaga zatem czujników temperatury i jest domyślnym trybem pracy z profilami – w oprogramowaniu EASY SOLDER funkcjonuje jako „Open Loop Operation”.
2. Praca z kontrolowaną temperaturą. W tym trybie moduł termoparowy przymocowany do płytki drukowanej mierzy temperaturę w sposób ciągły. Oprogramowanie porównuje rzeczywistą temperaturę z określoną jako wymaganą i kompensuje różnicę. W efekcie powstaje pętla sprzężenia zwrotnego, która zapewnia stałą temperaturę płytki. W oprogramowaniu EASY SOLDER tryb ten funkcjonuje jako „Pętla zamknięta”.

Funkcje podgrzewacza górnego 

Ogrzewanie od góry w systemach Martin Rework jest realizowane za pomocą wysoce wydajnego, kompaktowego źródła gorącego powietrza. Zasilana elektrycznie górna grzałka ogrzewa powietrze z otoczenia. Aby dostosować przepływ ciepła do konkretnego punktu, można ustawić je na: 4, 5, 6, 8, 10, 13, 16, 20, 25, 30 lub 35 l/min.

– Gorące powietrze zapewnia optymalne warunki ogrzewania lub chłodzenia komponentów elektronicznych. Dzięki temu można osiągnąć doskonałą kontrolę temperatury. Odpowiednio dobrane rozmiary dysz pozwalają kierować gorące powietrze z ogromna precyzją na właściwe połączenia lutownicze poszczególnych komponentów, chroniąc jednocześnie, gdzie to możliwe, ich wrażliwe części – mówi Marcin Dziadzio. 

Dla elementów montażu powierzchniowego (SMT, Surface Mount Technology) dostępne są karty katalogowe, w których podaje się zalecane temperatury lutowania. Oprogramowanie sterujące EASY SOLDER umożliwia precyzyjne ustalenie profili temperaturowych, które mieszczą się w określonych granicach.

Ustawienie profilu temperaturowego 

Podczas ustawiania profilu temperaturowego płytki PCB należy zwrócić uwagę na maksymalne dopuszczalne temperatury elementów wrażliwych na ciepło, o których wspominaliśmy wcześniej, czyli gniazd, kondensatorów i wyświetlaczy. Czasami może być konieczne ekranowanie poszczególnych elementów, czyli stosowanie odpowiednio wykonanych osłon. Czujniki termopar mocujemy z pomocą taśmy Kapton możliwe blisko naprawianego elementu na pakiecie elektronicznym. Ponieważ końcówki termopary przewodzą prąd elektryczny, dobieramy jej położenie tak, aby nie stykała się z żadną powierzchnią przewodzącą, co mogłoby spowodować błąd pomiaru. 

Automated Vision Placement (AVP) – proces pozycjonowania

W trakcie pracy nad płytką PCB Martin Rework Systems oferuje unikalną technikę umieszczania komponentów SMD (Surface Mount Device) przy minimalnej interakcji operatora z elementami podczas procesu ich pozycjonowania. Operator wykonuje pozycjonowanie wyłącznie na ekranie komputera. Zestrojenie odbywa się bardzo blisko płytki drukowanej i przy pełnej kontroli za pośrednictwem kamery CCD. Jak to działa?

– Proces AVP polega na precyzyjnym pozycjonowaniu docelowego rozmieszczenia elementów na płytce PCB z pomocą kamery. Najpierw operator wskazuje obrys miejsca na płytce, a w kolejnym kroku określa obrys kładzionego elementu. Wszystkie operacje wykonuje z pomocą myszki komputerowej. Następnie proces wyrównania i rozmieszczenia dokonuje się już automatycznie dzięki oprogramowaniu. System pokazuje na końcu widok gotowej pozycji i umożliwia operatorowi weryfikację oraz zatwierdzenie – dodaje Marcin Dziadzio.

7 kluczowych etapów procesu wymiany układu BGA

1. Mocowanie pakietu elektronicznego na stacji naprawczej oraz zabezpieczenie wrażliwych komponentów.
2. Utworzenie nowego profilu temperaturowego przez wykorzystanie podgrzewania dolnego oraz górnego z podpiętymi czujnikami termopar.
3. Zakończenie podgrzewania – podniesienie rozlutowanego układu przez pneumatyczny uchwyt.
4. Oczyszczenie pozostałości cyny na płytce PCB poprzez naniesienie topnika, miejscowe nagrzanie gorącym powietrzem i zasysanie ciekłej cyny do dyszy pneumatycznej.
5. Pozycjonowanie nowego układu BGA w funkcji AVP.
6. Lutowanie nowego układu profilem temperaturowym uzyskanym w 2. punkcie.
7. Kontrola końcowa.

Reballing – odnowa połączeń lutowanych

Powiązanym ze stacją Martin, ale niewykonywanym z jej pomocą procesem naprawczym układów elektronicznych jest reballing, czyli zabieg odnowy połączenia. Wykorzystujemy go w sytuacji, gdy klient lub własny zespół produkcyjny planują wykorzystać ponownie dany element BGA, np. w alternatywnej wersji projektu, kiedy liczą się koszty i czas. W takim przypadku odlutowanie komponentu wymaga odnowy połączenia. Odnowiony układ nadaje się wówczas do montażu już na stacji Martin.

Aby poprawnie wykonać reballing, należy:

1. Zamocować układ w uchwycie, nałożyć topnik i oczyścić resztki cyny (tutaj przydatne są takie elementy jak miedziana plecionka oraz stacja lutownicy z grotem).
2. Oczyścić układ z pozostałości topnika.
3. Nanieść nowy topnik i zamocować układ w odpowiednich szablonach pozycjonujących kulki BGA (szablony zamawiane są indywidulanie do każdego układu).
4. Umiejscowić kulki BGA na szablonie przez rozsypanie w odpowiednie otwory, a następnie zgarnięcie nadmiaru do pojemnika.
   
5. Mocowanie uchwytu z układem w piecyku MiniOven i wygrzewanie (profil temperaturowy dopasowujemy do układu, który podlega obróbce).
   
6. Kontrola jakości kulek po wygrzewaniu.

Wykonanie reballingu układu BGA pozwala na jego ponowne użycie w pakietach elektronicznych.

Comarch IoT Plant – dużo więcej niż odzyskiwanie i naprawa elektroniki

– Z powodu globalnych niedoborów produkcyjnych i magazynowych odzyskiwanie oraz naprawa komponentów elektronicznych stają się coraz bardziej popularne. Przyczyniają się bowiem do zwiększenia efektywności wykorzystania zasobów, oszczędności finansowych, redukcji odpadów elektronicznych oraz ograniczenia szkodliwego wpływu na środowisko naturalne. W ramach działalności Comarch IoT Plant, naszej nowoczesnej hali laboratoryjno-produkcyjnej, oferujemy klientom między innymi to – recykling elektroniki, który pozwala nam z sukcesem reagować na obecne wyzwania rynku – dodaje Marcin Dziadzio.

Comarch IoT Plant oferuje nie tylko wysokiej jakości usługi w zakresie odzyskiwania i naprawy elementów i układów BGA, ale również z zakresu szybkiego prototypowania, montażu urządzeń elektronicznych (EMS) oraz testowania. Więcej na ten temat na stronie Comarch IoT Plant.