Retrabajo (electrónica)

En electrónica , el retrabajo (o reacondicionamiento ) es la reparación o el reacabado de un conjunto de placa de circuito impreso (PCB), que generalmente implica desoldar y volver a soldar componentes electrónicos de montaje superficial (SMD). Las técnicas de procesamiento en masa no son aplicables a la reparación o el reemplazo de un solo dispositivo, y se requieren técnicas manuales especializadas por parte de personal experto que utilice el equipo adecuado para reemplazar componentes defectuosos; los paquetes de matriz de área como los dispositivos de matriz de rejilla de bolas (BGA) requieren particularmente experiencia y herramientas apropiadas. Se utiliza una pistola de aire caliente o una estación de aire caliente para calentar los dispositivos y fundir la soldadura, y se utilizan herramientas especializadas para recoger y posicionar componentes, a menudo diminutos. Una estación de retrabajo es el lugar para realizar este trabajo: las herramientas y los suministros necesarios, generalmente en un banco de trabajo . Otros tipos de retrabajo requieren otras herramientas. ^{[ 1 ]}

El reprocesamiento se practica en muchos tipos de fabricación cuando se encuentran productos defectuosos. ^{[ 2 ]}

En el caso de los aparatos electrónicos, los defectos pueden incluir:

• Uniones de soldadura defectuosas debido a un montaje incorrecto o a ciclos térmicos.
• Puentes de soldadura: gotas de soldadura no deseadas que conectan puntos que deberían estar aislados entre sí.
• Componentes defectuosos.
• Cambios, mejoras, etc. en las piezas de ingeniería.
• Componentes averiados debido al desgaste natural, al estrés físico o a una corriente excesiva.
• Componentes dañados debido a la entrada de líquidos, lo que provoca corrosión, soldaduras débiles o daños físicos.

La reparación puede involucrar varios componentes, los cuales deben manipularse individualmente sin dañar las piezas circundantes ni la propia placa de circuito impreso (PCB). Todas las piezas que no se estén manipulando se protegen del calor y los daños. Se minimiza la tensión térmica en el conjunto electrónico para evitar contracciones innecesarias de la placa que podrían causar daños inmediatos o futuros.

En el siglo XXI, casi todas las soldaduras se realizan con soldadura sin plomo , tanto en ensamblajes fabricados como en reparaciones, para evitar los riesgos para la salud y el medio ambiente que conlleva el plomo . Cuando esta precaución no es necesaria, la soldadura de estaño-plomo se funde a una temperatura más baja y es más fácil de manipular.

El primer paso suele ser calentar un componente SMD con una pistola de aire caliente para fundir todas las uniones de soldadura entre este y la placa de circuito impreso , seguido de la extracción del componente mientras la soldadura está fundida. A continuación, se debe limpiar la matriz de contactos de la placa conductora para eliminar los restos de soldadura. Estos residuos se pueden eliminar fácilmente calentándolos hasta su punto de fusión. Se puede utilizar un soldador o una pistola de aire caliente con malla desoldadora .

La colocación precisa de la nueva unidad sobre la matriz de almohadillas preparada requiere sistemas de alineación visual con alta resolución, precisión y aumento. A medida que disminuyen el tamaño y el paso, la precisión requerida es mayor.

Finalmente, el componente SMD recién colocado se suelda a la placa. Para obtener uniones de soldadura fiables, se utiliza un perfil de soldadura que precalienta la placa, calienta todas las conexiones entre la unidad y la PCB hasta la temperatura de fusión de la soldadura utilizada y, a continuación, las enfría adecuadamente.

Las exigencias de alta calidad o los diseños específicos de los componentes SMD requieren la aplicación precisa de pasta de soldadura antes de posicionar y soldar la unidad. La tensión superficial de la soldadura fundida, presente en las almohadillas de soldadura de la placa, tiende a alinear el dispositivo con precisión si no se coloca correctamente desde el principio.

Reflujo y reballing

Los encapsulados BGA (Ball Grid Array ) y CSA ( Chip Scale Package ) presentan dificultades especiales para las pruebas y la reparación, ya que poseen numerosas almohadillas pequeñas y muy próximas entre sí en su parte inferior, conectadas a almohadillas correspondientes en la placa de circuito impreso (PCB). Los pines de conexión no son accesibles desde la parte superior para su comprobación y no se pueden desoldar sin calentar todo el dispositivo hasta el punto de fusión de la soldadura.

Tras la fabricación del encapsulado BGA, se adhieren pequeñas esferas de soldadura a las almohadillas de su parte inferior. Durante el ensamblaje, el encapsulado con las esferas se coloca sobre la placa de circuito impreso (PCB) y se calienta para fundir la soldadura y, si todo va bien, conectar cada almohadilla del dispositivo con su correspondiente en la PCB sin que se formen puentes de soldadura entre almohadillas adyacentes. Las malas conexiones que se producen durante el ensamblaje pueden detectarse y el ensamblaje puede rehacerse (o desecharse). No es infrecuente que los dispositivos que funcionan correctamente durante un tiempo, a menudo debido a la dilatación y contracción térmica a la temperatura de funcionamiento , presenten conexiones imperfectas que no son defectuosas en sí mismas.

Los ensamblajes que fallan debido a malas conexiones BGA pueden repararse mediante reflujo o retirando el dispositivo, limpiándolo de soldadura, realizando un reballing y reemplazándolo. Los dispositivos pueden recuperarse de los ensamblajes desechados para su reutilización de la misma manera.

El reflujo como técnica de retrabajo, similar al proceso de fabricación de soldadura por reflujo , implica desmontar el equipo para extraer la placa de circuito defectuosa, precalentar toda la placa en un horno, calentar aún más el componente que no funciona para fundir la soldadura, luego enfriar, siguiendo un perfil térmico cuidadosamente determinado , y volver a ensamblar, un proceso que se espera que repare la mala conexión sin necesidad de extraer y reemplazar el componente. Esto puede o no resolver el problema, y ​​existe la posibilidad de que la placa reflujada vuelva a fallar después de algún tiempo. Para dispositivos típicos ( PlayStation 3 y Xbox 360 ) una empresa de reparación estima que el proceso, si no hay problemas inesperados, toma alrededor de 80 minutos. ^{[ 3 ]} En un foro donde los técnicos de reparación profesionales discuten el reflujo de chips gráficos de computadoras portátiles, diferentes colaboradores citan tasas de éxito (sin fallas en 6 meses) de entre 60 y 90% para el reflujo con equipos y técnicas profesionales, en equipos cuyo valor no justifica un reballing completo. ^{[ 4 ]} El reflujo se puede realizar de forma no profesional en un horno doméstico ^{[ 5 ]} o con una pistola de calor. ^{[ 6 ]} Si bien estos métodos pueden solucionar algunos problemas, es probable que el resultado sea menos exitoso que el que se puede lograr con un perfil térmico preciso realizado por un técnico experimentado que utilice equipo profesional.

El proceso de reballing consiste en desmontar el chip, calentarlo hasta que se pueda retirar de la placa, normalmente con una pistola de aire caliente y una herramienta de succión, extraer el dispositivo, eliminar la soldadura restante del dispositivo y la placa, colocar nuevas bolas de soldadura, reemplazar el dispositivo original si la conexión era deficiente o usar uno nuevo, y calentar el dispositivo o la placa para soldarlo en su lugar. Las nuevas bolas se pueden colocar mediante varios métodos, entre ellos:

• Utilizando una plantilla tanto para las bolas como para la pasta de soldadura o fundente,
• Utilizando una "preforma" BGA con bolas incrustadas que corresponden al patrón del dispositivo, o
• Utilizando maquinaria semiautomatizada o totalmente automatizada.

Para la PS3 y la Xbox 360 mencionadas anteriormente, el tiempo es de aproximadamente 120 minutos si todo va bien. ^{[ 3 ]}

Los chips corren el riesgo de dañarse debido al calentamiento y enfriamiento repetidos durante el reballing, y las garantías de los fabricantes a veces no cubren este caso. La eliminación de la soldadura con una mecha desoldadora somete a los dispositivos a un estrés térmico menor que un baño de soldadura por goteo. En una prueba, se realizó el reballing en veinte dispositivos, algunos varias veces. Dos fallaron, pero recuperaron su funcionalidad completa tras un segundo reballing. Uno de ellos se sometió a 17 ciclos térmicos sin fallar.

Una reparación adecuada restablece la funcionalidad del conjunto reparado, y su vida útil posterior no debería verse afectada significativamente. Por consiguiente, cuando el coste de la reparación es inferior al valor del conjunto, se utiliza ampliamente en todos los sectores de la industria electrónica. Los fabricantes y proveedores de servicios de tecnologías de la comunicación, dispositivos de entretenimiento y de consumo, productos industriales, automóviles, tecnología médica, aeroespacial y otros dispositivos electrónicos de alta potencia realizan reparaciones cuando es necesario.

• Horno de reflujo
• Perfilado térmico

1. Plantillas permanentes elastoméricas/semielastoméricas para matrices de rejilla de bolas (BGA)