Infrarotstrahlung gegengehalten zur erzwungenen Konvektion: Wie man den Reflow-Prozess für BGA-Komponenten richtig durchführt
Wenn man mit BGA-Komponenten arbeitet, stellt sich ein schwieriges Problem: Man muss die Lötperlen unter dem Chip schmelzen – doch man möchte dabei nicht, dass die Oberfläche der Komponente beschädigt wird.
Die meisten Menschen greifen einfach zu heißer Luft als Lösung. Das ist zwar die Standardmethode, doch aus physikalischer Sicht ist Infrarotstrahlung in diesem Fall die bessere Wahl.
Warum?
Heiße Luft basiert auf der Konvektion – sie trifft zunächst auf die Oberfläche, und anschließend muss man hoffen, dass die Wärme bis zu den Schweißstellen vordringt. Das geht jedoch sehr langsam. Zudem entsteht eine große Temperaturdifferenz: Die Oberfläche des Chips wird extrem heiß, während die Lötperlen kaum erwärmt werden. Das ist nicht ideal.
Infrarotstrahlung funktioniert anders. Anstatt darauf zu warten, dass die Wärme durch die Luft übertragen wird, dringen die Infrarotwellen direkt durch das Kunststoffgehäuse der BGA-Komponente. Sie treffen direkt auf die Lötperlen und die Kupferflächen. Die Wärme entsteht genau dort, wo sie benötigt wird. Man muss nicht mehr darauf hoffen, dass die Wärmeleitfähigkeit ausreicht.
Außerdem gibt es noch das Problem mit der Luft. Bei Infrarotstrahlung wird keine große Menge an Luft bewegt. Dadurch entsteht kein störender „Wind-Chill-Effekt“ an den Rändern der Leiterplatte. Alles bleibt viel konstanter.
Da Infrarotstrahlung fast sofort auf Veränderungen in der Leistungsstärke reagiert, sind die Zeiten für den Aufwärmprozess deutlich kürzer. Dadurch entsteht ein klares, präzises Temperaturprofil. Es fühlt sich einfach genauer an.
Aber Achtung: Es handelt sich dabei nicht um eine magische Lösung. Es gibt einen Haken: Infrarotstrahlung reagiert empfindlich auf die Eigenschaften der Materialien. Eine glänzende, reflektierende Komponente verhält sich anders als eine matte schwarze Komponente. Wenn die Leiterplatte aus beiden Materialien besteht, kommt es zu Temperaturschwankungen.
Man muss sicherstellen, dass die Wellenlängen der Infrarotstrahlung zu den Eigenschaften der jeweiligen Materialien passen. Andernfalls entstehen kalte Schweißstellen an den reflektierenden Stellen – und man ist wieder am Ausgangspunkt.