Основы конвекционного метода пайки BGA-компонентов
Основы конвекционного метода.
Современный подход к неповреждающему монтажу и демонтажу поверхностных компонентов.
Почему именно конвекционный метод?
Производители BGA-компонентов рекомендуют пайку своих изделий только конвекционным методом, так как только активная конвекция, т.е. перемешивание воздуха в замкнутом объеме, позволяет обеспечить одинаковую температурную картину во всех точках этого объема.
BGA–компоненты сконструированы именно в расчете на конвекционную технологию пайки. В серийном производстве конвекционный метод реализуют в печи. При ремонте и в экспериментальном производстве необходима установка, способная точно имитировать условия пайки в печи для отдельного компонента. Именно этим требованиям отвечают паяльные системы серии TF ( ThermoFlo ) .
Конвекционный метод, используемый в этих системах, основан на нагреве воздуха в объеме сопла, накрывающего компонент, за счет подачи в этот объем дополнительного горячего воздуха со скоростью, необходимой только для его перемешивания и выравнивания температуры во всем объеме сопла.
Не следует путать конвекционный процесс с работой обычного фена, осуществляющего нагрев путем обдува объекта раскаленным потоком воздуха. В отличие от фена пайка BGA-компонентов на системах TF не сопровождается растеканием горячего воздуха по плате и нагревом соседних компонентов. Кроме того, использование фена без антистатической защиты существенно увеличивает риск повреждения компонентов статическим электричеством, наведенным движущимся потоком воздуха.
Для чего нужен термопрофиль
Особенностью BGA-компонентов является то, что их выводы, представляющие собой контактные площадки с шариками припоя, расположенными под корпусом установленного на плату компонента и они недоступны для традиционных паяльных инструментов. Пайка этих компонентов выполняется путем сквозного прогрева корпуса.
При этом, верхняя часть корпуса нагревается быстрее, чем шариковые выводы, поскольку они контактируют с платой, что затрудняет их нагрев. Очевидно, если прогревать компонент с помощью фена с постоянной температурой или инфракрасного излучателя постоянной интенсивности, то при достижении необходимой температуры пайки на шариках (220°С) корпус окажется перегретым.
Избежать перегрева позволяет поэтапное повышение температуры с выдержкой времени на каждом этапе для постепенного выравнивания температуры во всём объёме корпуса. Весь цикл нагрева компонента в программируемой конвекционной установке представляет собой последовательную отработку четырёх температурных зон или термопрофиля:
1. Зона предварительного подогрева (Preheat) — 100 ё 140°C
Выпаривание растворителя из флюса или паяльной пасты для предотвращения их разбрызгивания при пайке. Скорость повышения температуры керамических компонентов в этой зоне — не более 5°C/сек.
2. Зона теплового насыщения (Soak) до170°C
(для припоя с температурой плавления 183°C)
Выравнивание температуры по всему объему компонента для уменьшения температурного разброса в следующей за данной зоной зоне пайки.
Активизация и растекание флюса, растворение окисной пленки на контактах.
3. Зона пайки (Reflow) 220°C
Расплавление припоя, содержащегося в паяльной пасте или в шариках
BGA–компонентов (если шарики изготовлены из эвтектического сплава). Время выдержки в этой зоне определяется моментом полного расплавления припоя плюс 10 секунд, необходимых для полного растекания и смачивания контактов.
4. Зона охлаждения (Cooldown)
Медленное охлаждение керамических компонентов и более интенсивное — пластиковых. Именно по такому циклу работают все промышленные паяльные печи, и именно на такой режим пайки рассчитаны все поверхностные компоненты
