Infrarot gegen heiße Luft: Wie man BGA-Komponenten richtig verlötet
Wenn Sie schon einmal mit BGA-Komponenten gearbeitet haben, kennen Sie die Herausforderungen. Man muss die winzigen Lötballen unter dem Chip schmelzen – doch dabei darf der Leiterplattenkörper nicht beschädigt werden und der Chip selbst auch nicht.
Viele Menschen greifen auf Heißluft zur Verfügung – doch das ist eher ein Risiko. Luft eignet sich nicht besonders gut zum Übertragen von Wärme. Die Wärme zirkuliert meist um die Komponente herum, wodurch unterhalb des Chips weiterhin Kälte herrscht. Das führt dazu, dass der Chip oben heiß wird, während die Lötstellen unten weiterhin kalt bleiben. Das ist nicht ideal.
Der Vorteil des Infrarot-Heizens
Beim Infrarot-Heizen funktioniert es anders. Anstatt die Luft zu erwärmen, werden elektromagnetische Wellen direkt in das Material gesandt. Man kann es sich wie Erwärmung von innen nach außen vorstellen. Die Energie dringt in die Verpackung ein und bewirkt, dass die Moleküle im BGA-Substrat in Bewegung geraten. Da die Wärme volumetrisch wirkt, trifft sie die Lötballen direkt durch die Leiterplatte und den Chipkörper. Dadurch erwärmt sich alles gleichmäßiger. Man muss sich keine Sorgen um ungleichmäßige Erwärmung machen – also um den sogenannten „Popcorn-Effekt“.
Warum Infrarot besser ist als heiße Luft
Beim gezwungenen Konvektionsheizen muss man gegen die Luft ankämpfen. Um genug Wärme in das Zentrum einer dichten BGA-Komponente zu bringen, muss man in der Regel die Temperatur sowie die Geschwindigkeit des Lüfters auf das Maximum erhöhen. Dabei besteht die Gefahr, dass eine kleine Komponente versehentlich von der Leiterplatte abgeschossen wird.
Infrarot hingegen ist effektiver. Man kann die Wellenlänge so einstellen, dass die Wärme genau dort ankommt, wo sie benötigt wird. Der Prozess erfolgt mit Lichtgeschwindigkeit – also schnell und präzise.
Die Einschränkungen
Infrarot ist zwar nicht zauberhaft – doch es hängt letztendlich von der „Emissivität“ ab – also davon, wie gut das Material die Energie aufnimmt. Wenn man mit dicken Kupferflächen sowie dünnem FR4-Material arbeitet, wird das Kupfer die Wärme wie ein Schwamm aufnehmen. Wenn man einfach nur die Leistung erhöht, können die Ränder der Leiterplatte beschädigt werden, bevor das Zentrum überhaupt warm wird. Man muss also vorsichtig sein und den Ablauf richtig steuern. Das erfordert echtes Können.