IR vs. gorące powietrze: jak prawidłowo spawać elementy typu BGA
Jeśli kiedykolwiek pracowałeś z elementami typu Ball Grid Array (BGA), wiesz, jakie to trudne. Trzeba stopić te małe kule ołowiu znajdujące się pod chipem, ale robić to tak, aby nie uszkodzić płytki ani samego chipa.
Wielu ludzi decyduje się na użycie gorącego powietrza, ale to raczej hazard. Powietrze nie jest skutecznym środkiem do przenoszenia ciepła – zwykle krąży wokół elementu, pozostawiając „cień” pod nim. W rezultacie chip jest nagrzewany od góry, natomiast spoiny poniżej pozostają chłodne. To nie jest idealne rozwiązanie.
Sekret techniki IR
Technologia IR działa inaczej. Zamiast grzać powietrze w celu nagrzania elementu, wysyła się fale elektromagnetyczne bezpośrednio do materiału. Można to porównać do grzania od środka na zewnątrz. Energia przenika przez obudowę i sprawia, że molekuły wewnątrz substratu BGA zaczynają się poruszać. Ponieważ ciepło jest rozproszone we wszystkich kierunkach, dotyka ono tych kulek ołowiu bezpośrednio, poprzez płytkę i sam chip.
W ten sposób wszystko nagrzewa się równomierniej. Dzięki temu nie musisz się martwić o efekt „popcorningu” – sytuację, gdy elementy rozszerzają się nierównomiernie i pękają.
Dlaczego technologia IR jest lepsza niż gorące powietrze?
W przypadku konwekcji wymuszonej musimy walczyć z oporem powietrza. Aby dostarczyć wystarczająco dużo ciepła do środka gęstego elementu BGA, należy zwiększyć temperaturę i prędkość działania urządzenia do maksimum.
Wszyscy już mieliśmy taką sytuację – jeden błąd i element montowany na powierzchni płytki może zostać usunięty. Technologia IR jest prostsza w użyciu. Można dostosować długość fali tak, aby ciepło trafiło dokładnie tam, gdzie jest potrzebne. Proces ten odbywa się z szybkością światła – jest więc szybki i precyzyjny.
Ryzyko
Technologia IR nie jest jednak czarodziejską różdżką. Wszystko zależy od „emisyjności” materiałów – czyli od tego, jak dobrze one pochłaniają energię. Jeśli masz do czynienia z grubymi warstwami miedzi zmieszanymi z cienką warstwą FR4, miedź pochłonie całe ciepło. Jeśli próbujesz nadrobić to większą mocą, istnieje ryzyko uszkodzenia brzegów płytki, zanim jej środek się nagrzeje.
Trzeba uważać na tempo nagrzewania. Należy wybrać odpowiedni czas nagrzewania. To właśnie tutaj pokazuje się prawdziwa umiejętność.