Привет всем.
Меня зовут Дмитрий и я профессионально занимаюсь производством электроники.
В данной статье хочу рассказать вам об интересном моменте при работе с инфракрасной паяльной станцией, который касается отражений ИК волн от различных поверхностей микросхем во время пайки.
Справка. Инфракрасная паяльная станция предназначена для монтажа и демонтажа микросхем любых типов. Плата нагревается с двух сторон. Снизу термостол, сверху инфракрасная головка с длиной волны 2-10 мкм (средняя область). Нагрев осуществляется при помощи термопрофиля из программы на компьютере. Программы можно создавать свои или менять существующие, в зависимости от необходимости. Контроль температур осуществляется несколькими термопарами: стол нижнего подогрева, место пайки, встроенная в ИК головку.
Копирование текста только с разрешения автора.
Не имеет значения какой производитель у вашей ИК станции. Отражающие характеристики лучей инфракрасного диапазона почти одинаковы для всех производителей станций.
Теперь перейдём к сути проблемы. Речь будет идти о больших BGA микросхемах.
При пайке обычных BGA микросхем вы не увидите этой проблемы, но если вы паяете чип с кристаллом по центру, как на видеочипах, то внимательный инженер заметит то, что профиль явно недогревает микросхему в той точке профиля, где обычно всё прекрасно. Проблему решает приостановка движения профиля через паузу. Вы ждёте пока температура в заданной точке вырастает до нужных и отпускаете паузу. Некоторые это спишут на неправильно установленную термопару, некоторые спишут на большое расстояние между ИК излучателем и платой, но если вы часто паяете чипы с кристаллом и без, то подвох вы точно заметите и создадите второй профиль - отдельно для чипов с кристаллом. В этом профиле вы приподнимите температуру верхнего излучателя или добавите время в зоне оплавления с учётом инерционности всей системы и вытяжки.
Причина недостаточного нагрева микросхемы с кристаллом в том, что поверхность кристалла - идеально ровный полированный кремний, который отражает часть инфракрасного излучения, тем самым снижая время и температуру нагрева. Но вы с этим справляетесь, потому что поверхность отражения всего лишь примерно 1/4 от всей поверхности чипа.
Чтобы лучше понимать способность разных материалов к отражению инфракрасного излучения посмотрим в таблицу....
Теперь к самому главному!
Как вы видите из таблицы Инфракрасные головки паяльных станций при базовых настройках не будут достаточно нагревать микросхемы, оснащенные алюминиевыми несъёмными радиаторами.
Пример.
Радиатор снять невозможно без повреждений микросхемы и паять FPGA с радиатором необходимо как есть.
Тут начинается самое интересное. Крышка - полированный алюминий. Глядя на таблицу мы понимаем, что 85% всего излучения от ИК головки будет отражено от крышки микросхемы.
Что же делать?
Изначально пайка таких микросхем планируется в конвекционных печах вместе со всеми остальными компонентами на плате, но её можно припаять и на ИК станции.
Для этого необходимо снять, если стоит, диафрагма или пластина, уменьшающая сечение излучения. Находится внизу ИК головки.
Необходимо создать условия для нагрева не только микросхемы, но и части платы(всей платы) чтобы температура более равномерно нагрела и плату и микросхему.
Создание конвекционной среды пайки исключительно одной лишь ИК головкой будет проблематично. Необходимо приблизить температуру нижнего подогрева к этой зоне.
Обычно нижний подогрев на профиле имеет максимум в зоне оплавления 240-260 °С. ИК головка на профиле в зоне оплавления нагревается до 520 °С . На разностях этих температур, на печатной плате, мы имеем примерно 215-220 °С, чего достаточно для пайки обычных бессвинцовых микросхем.
Но в нашем случае часть излучения будет отражено алюминиевой крышкой и микросхему таким подходом мы не нагреем, максимум до 180, с учётом постоянно работающей вытяжки, сопло которой находится рядом с нижним подогревом.
Главная задача - не навредить плате и не поднимать температуру на ней выше 240 °С. Также необходимо учитывать, что флюс при таких температурах будет интенсивно испаряться. Хороший флюс не кипит, можете использовать 6-411-А, но он тоже будет испаряться. Если флюса будет мало, то возникнет дефицит смачивания и микросхема не сядет. Если флюса будет много, то может возникнуть пузырение из-за термического расширения флюса и микросхема уплывёт.
Микросхемы с алюминиевыми радиаторами имеют бессвинцовые шары, которые плавятся при температуре 210-225 °С.
Поднимаем профиль зоны оплавления нижнего подогрева до 300 °С.
Прибавляем к каждой зоне по 15 секунд. Основных зоны 4: нагрев, стабилизация, оплавление, охлаждение. Охлаждение бессвинцовых сплавов тоже должно быть более медленным.
Контрольную термопару необходимо поставить в 5-10 мм от микросхемы и проверить прилегание к плате.
Во время первого испытания если вы видите, что температура стала выше запланированного, то можете приподнять головку на 10-15 мм выше прямо во время процесса. Любая ИК станция инерционная и поэтому результат снижения - повышения температуры будет виден через примерно 5 секунд.
Таким образом можно обойти физические принципы и при этом не поднимать температуру ИК головки до критической для печатной платы.
Поставьте лайк статье и подпишитесь на мой Дзен.