Warum der Reflow-Prozess für BGA-Komponenten schwierig ist – und wie Infrarotstrahlung das löst
Wenn Sie schon einmal mit BGA-Komponenten gearbeitet haben, kennen Sie sicherlich das Problem des „Schatteneffekts“. Stellen Sie sich vor: Es handelt sich um Hunderte winziger Lötballen, die unter einer großen Siliziumschicht versteckt sind. Wenn man heiße Luft verwendet, wirkt dieser Chip im Grunde wie ein Regenschirm – die Luft dringt zwar auf die Oberfläche des Chips ein, kann aber nicht bis zu den Stellen vordringen, an denen tatsächlich Lötarbeit stattfindet.
Das Ergebnis: Uneinheitliche Erwärmung, kalte Verbindungen – und viel Frust.
Hier kommt die Infrarotstrahlung ins Spiel.
Der Vorteil von Infrarotstrahlung ist, dass sie keine Luft benötigt, um Wärme übertragen zu können. Sie bewegt sich nicht zufällig durch die Luft, sondern strahlt in einer geraden Linie vom Sender zum Empfänger. Anstatt heiße Luft in enge Spalten zu pressen, dringen die Infrarotwellen direkt durch den Chipkörper. Sie treffen auf die Moleküle in der Lötmasse und bringen diese zum Schwingen. Es handelt sich dabei um eine direkte Wirkung. Da man die Wellenlänge so einstellen kann, dass sie zur Platine sowie zum Lötmaterial passt, erwärmt sich alles gemeinsam. Die Verbindungen unter dem Chip erreichen ebenfalls die Schmelztemperatur gleichzeitig mit der Oberfläche. Man muss also nicht mehr raten, ob die inneren Bereiche ausreichend erhitzt werden.
Aber es gibt auch Nachteile.
Infrarotstrahlung ist zwar schnell – wirklich sehr schnell. Dadurch wird die Zeit bis zur vollständigen Erwärmung stark verkürzt, was für den Arbeitsablauf sehr vorteilhaft ist. Doch es gibt ein Problem: Infrarotstrahlung reagiert stark darauf, wie die Oberfläche beschaffen ist. Wenn die Leiterplatte eine glänzende, reflektierende Beschichtung hat oder die Kupferdichte ungleichmäßig ist, werden einige Stellen mehr Wärme aufnehmen, während andere Stellen die Wärme abweisen. Man kann einfach nicht einfach nur die Leistung erhöhen und darauf hoffen, dass alles gut geht. Wenn man zu viel Leistung in eine bestimmte Stelle bringt, kann die Leiterplatte sogar beschädigt werden.
Der Schlüssel liegt darin, die Entfernung sowie die Leistung sorgfältig abzustimmen, damit die BGA-Verbindungen schmelzen, ohne dass die umliegenden Komponenten beschädigt werden. Es erfordert etwas Erfahrung mit der Maschine – doch sobald man das richtige Gleichgewicht findet, funktioniert der Prozess einwandfrei.