IPC-7711/7721 - Przeróbka, naprawa i modyfikacja elektroniki

Wprowadzenie

Produkcja urządzeń elektronicznych (jak każda inna produkcja) wcześniej czy później będzie się wiązała z koniecznością naprawy wyrobów niezgodnych. Czy nam się to podoba czy nie, jest to częsty element większości procesów produkcyjnych.

Słowo "naprawa" jest potocznie używane do korekty wyrobu niezgodnego. W zarządzaniu jakością (oraz w standardach IPC), stosowane są jednak dwa pojęcia - przeróba (ang. Rework) oraz naprawa (ang. Repair). Mają one różne znaczenie, które warto poprawnie rozróżniać:

• Przeróbka ma na celu przywrócenie pełnej zgodności produktu ze specyfikacją. Po wykonaniu tej przeróbki produkt jest tak "samo dobry jak pozostałe", które nie wymagały korekt. Przeróbka może wymagać zgody klienta (ale nie musi).
• Naprawa ma na celu przywrócenie funkcjonalności produktu, ale bez zapewnienia 100% zgodności ze specyfikacją. Czyli produkt będzie działał i funkcjonował mimo występowania pewnych różnic względem specyfikacji. Naprawa wymaga zgody klienta.

W standardzie IPC-7711/7721 stosowany jest także termin modyfikacja (ang. Modification). Dotyczy to sytuacji, kiedy produkt zgodny jest zmieniany. Zmiany te mogą być związane z korektą jakiegoś błędu konstrukcyjnego, zmianą wersji produktu (upgrade / downgrade), konwersją na inny wariant, itp.

Polecam zapoznać się z artykułem Rework, Repair albo Modyfikacja, gdzie szerzej omawiamy te pojęcia w kontekście normy IATF-16949 oraz standardu IPC-7711/7721.

Niniejszy artykuł to wprowadzenie do standardu IPC-7711/7721, który dotyczy przeróbki, naprawy oraz modyfikacji zmontowanych modułów elektronicznych.

Zapraszam do lektury..

Historia IPC-7711/7721

Standard IPC-7711/7721 został opracowany przez organizację Global Electronics Association (IPC) w roku 1998 w oparciu o dużo starszy (wycofany) standard IPC-R-700. Obecnie (Listopad 2025) najnowsza wersja IPC-7711/7721 to wydanie "D", opublikowane w styczniu 2024 roku.

Historię każdego standardu IPC oraz informacje o jego najnowszej wersji można znaleźć na stronie IPC w sekcji "Document Revision Table".[1]

Zakres IPC-7711/7721

IPC-7711/7721 zawiera zalecane procedury dotyczące wykonania przeróbki, naprawy oraz modyfikacji zmontowanych płytek drukowanych (modułów elektronicznych). Jak widać po jego nazwie, składa się z dwóch "mniejszych standardów":

• IPC-7711 - zawiera procedury związane z przeróbką (rework). Przeróbką jest wylutowanie i ponowne wlutowanie komponentu THT lub SMD oraz usunięcie mostków lutowia.
• IPC-7721 - zawiera procedury związane z naprawą (repair) oraz modyfikacją. W ramach tego zagadnienia mamy takie działania, jak naprawa uszkodzeń PCB (ścieżek, pól lutowniczych, otworów, materiału bazowego), montaż dodatkowych komponentów i przewodów połączeniowych oraz naprawa przewodów (tzw. sploty).

Warto także pamiętać, że standard IPC-7711/7721 nie ogranicza maksymalnej liczby przeróbek lub napraw na jednej zmontowanej płycie.

Główne rozdziały IPC-7711/7721

Standard IPC-7711/7721 zawiera zalecenia (rekomendacje) dotyczące przeróbek, napraw i modyfikacji zmontowanych płytek elektronicznych w następującym zakresie:[2]

• Zasady ogólne. To pierwszy rozdział standardu, w którym omówione zostały takie aspekty jak: zakres i cel dokumentu, stosowane terminy i definicje, klasy produktów IPC, a także zalecenia związane ze stosowanymi materiałami, takimi jak topnik do lutowania, pasta SMT, stopy ołowiowe, stopy bezołowiowe, kleje i inne materiały. Omawiane są również narzędzia, różne metody nagrzewania, poziom dostosowania oraz kwestie umiejętności personelu.
• Procedury ogólne:
  • Czyszczenie. Czyszczenie płytki PCB z pozostałości topnika i innych zanieczyszczeń. Zachowanie właściwego poziomu czystości ma duże znaczenie dla niezawodności i redukuje ryzyko wystąpienia zjawiska jakim jest migracja elektrochemiczna - dendtryty.
  • Usuwanie warstw powłok ochronnych. W tej sekcji podano procedury identyfikacji rodzaju powłoki ochronnej (lakieru) oraz różne metody jej usuwania, począwszy od mechanicznego łuszczenia, poprzez stosowanie środków chemicznych, aż po usuwanie metodą "mikro-podmuchów".
  • Wymiana warstw. Wymiana warstw maski lutowniczej, popularnie określanej jako soldermaska, oraz nakładanie warstw ochronnych.
  • Kondycjonowanie. Laminaty oraz komponenty mogą wchłaniać wilgoć. Dlatego ważne jest właściwe postępowanie z komponentami czułymi na wilgoć (MSL) oraz redukowanie zawilgocenia PCB.
  • Miksowanie i nakładanie żywic epoksydowych. Zalecenia dotyczą postępowania z żywicą dwuskładnikową, która może być stosowana w niektórych naprawach (IPC-7721).
  • Korekta opisów/znakowania. Uzupełnianie braków w opisach na PCB z wykorzystaniem trzech różnych metod: stemplowania, ręcznego literowania lub nadruku przez szablon.
  • Dbałość i utrzymanie grota. To dodatkowa, ale bardzo ważna procedura, która określa, jak należy postępować z grotem lutownicy, aby utrzymać jego dobry stan i zachować jego żywotność na dłużej.
• Dokumenty powiązane. Lista innych standardów powiązanych z IPC-7711/7721, opracowanych przez IPC, J-STD, ASTM, ESDA oraz standardy militarne (MIL-STD).
• Przeróbka. Ta sekcja to właśnie część odpowiadająca stricte IPC-7711. W tym rozdziale ujęto takie procedury jak:
  • Wylutowanie komponentów THT i PGA.
  • Wylutowanie komponentów SMD (różne rodzaje obudów: chip, SOT, QFP, BGA itp.).
  • Przygotowanie pól lutowniczych (usunięcie pozostałości lutowia, czyszczenie).
  • Montaż i lutowanie komponentów THT (wg zaleceń standardu J-STD-001).
  • Montaż i lutowanie komponentów SMD (różne rodzaje obudów).
  • Usuwanie mostków lutowia.
• Naprawa i modyfikacja. Ta sekcja to właśnie IPC-7721, czyli zaawansowane naprawy, takie jak:
  • Usuwanie pęcherzy i delaminacji.
  • Prostowanie wygiętych płyt.
  • Naprawa uszkodzonych otworów.
  • Naprawa slotów w PCB.
  • Naprawa bazowego materiału (np. przypalenia laminatu).
  • Naprawa uniesionych przewodników (pól lutowniczych lub ścieżek).
  • Naprawa uszkodzeń przewodników (nacięcie ścieżek itp.).
  • Naprawa złącza krawędziowego.
  • Naprawa pól (padów) SMD.
  • Naprawa otworów metalizowanych.
  • Przewody połączeniowe.
  • Montaż dodatkowych komponentów.
  • Naprawa obwodów elastycznych.
  • Naprawa, lutowanie przewodów, czyli tzw. "sploty".

Poziom dostosowania

Poszczególne procedury przeróbki/naprawy mają przyporządkowany tzw. „poziom dostosowania”, który określa stopień, w jakim rezultat danej przeróbki/naprawy zbliża się do jakości (a więc także niezawodności) oryginału. Rozróżniamy trzy poziomy dostosowania:

• L (Lowest Level). Poziom najniższy. Występują duże różnice względem oryginału. Mogą więc pojawiać się zmiany w funkcjonowaniu i niezawodności spowodowane wpływem różnych czynników środowiskowych, elektrycznych czy późniejszego serwisowania.
• M (Medium Level). Poziom średni. Generalnie w dużej mierze odtwarza cechy oryginału. Prawdopodobnie mogą wystąpić niektóre zmiany w funkcjonowaniu i niezawodności pod wpływem czynników środowiskowych, elektrycznych czy serwisowania.
• H (Highest Level). Poziom najwyższy. Najbardziej przypomina oryginał i najpewniej będzie działać tak jak oryginał, mimo występowania zmienności czynników środowiskowych, elektrycznych czy też prac serwisowych.

Dla elektroniki wykonanej w trzeciej klasie IPC należy stosować tylko najwyższy (H) poziom dostosowania. Poziomy niższe można stosować tylko wtedy, gdy można potwierdzić, że nie wpłyną negatywnie na funkcjonowanie produktu (jego niezawodność).

Dla produktów klasy 2 i 1 również zaleca się stosowanie poziomu dostosowania najwyższego (H).

Podsumowując: Poziom dostosowania informuje nas, czy dana procedura, dany sposób przeróbki/naprawy/modyfikacji zapewnia najwyższy poziom jakości i niezawodności (H) czy jest może średni (M) czy też jest jednak taki sobie.. (L).

Poziom umiejętności

Wymiana komponentów elektronicznych, usuwanie i ponowne nakładanie lakieru oraz zaawansowane naprawy laminatu wymagają od osoby wykonującej te czynności skupienia, cierpliwości, dokładności oraz dużych umiejętności manualnych. Niektóre czynności są relatywnie łatwe (np. lutowanie prostych elementów THT), a inne bardzo trudne (np. wymiana układów BGA). Z tego właśnie powodu w standardzie IPC-7711/7721 określono poziom umiejętności dla każdej procedury. Wyróżnia się następujące poziomy:

• Pośredni (I - Intermediate). To poziom najniższy. Operator ma podstawową wiedzę o lutowaniu/montażu, ale nie ma jeszcze doświadczenia z większością procedur. Czyli w skrócie.. uczy się :)
• Zaawansowany (A - Advanced). Operator już całkiem dobrze ogarnia ;) Zna większość procedur, ale doświadczenie wciąż buduje.
• Ekspert (E - Expert). To poziom najwyższy. Zaawansowana wiedza, duże doświadczenie i doskonałe umiejętności manualne. Potrafi demontować złącza PGA, montować QFN, naprawiać folię elastyczną (flex) itp.

Podsumowanie

Wykonywanie przeróbek, napraw lub modyfikacji zmontowanych płytek elektronicznych wymaga od osoby wykonującej tę czynność odpowiedniego poziomu umiejętności manualnych oraz znajomości zasad lutowania. Oczywiście bardzo ważnym aspektem jest także dostęp do odpowiedniego sprzętu do lutowania, mikroskopu oraz dobrej jakości materiałów (topnik, stop lutowniczy, kleje itp.).

Kolejnym bardzo ważnym aspektem jest metoda - czyli sposób w jaki dana czynność będzie wykonana. Nie każda metoda demontażu, lutowania czy klejenia będzie zapewniać wysoką niezawodność. Z tego właśnie powodu w przemyśle elektronicznym zaleca się stosowanie sprawdzonego zestawu procedur posępowania opisanych w IPC-7711 (przeróbka) oraz IPC-7721 (naprawa i modyfikacja).

Stosowanie tych zasad zapewnia zgodność wykonanej pracy z uznanymi standardami oraz minimalizuje ryzyko późniejszych awarii i problemów jakościowych.