BGAリフローの悩み：放射加熱と対流加熱の違い
Ball Grid Array（BGA）パッケージを扱ったことがある人なら、「シャドウイング効果」という問題をご存知でしょう。
問題は、高温空気を使った対流加熱では、その空気がチップの下まで届くには苦労することです。ほとんどの場合、空気は簡単な道を選び、部品の周りを流れてしまいます。
その結果、チップの端は過度に加熱される一方で、中央部分は冷たかったままになります。本当に厄介です。
熱を考える別の視点
赤外線加熱は、このようなルールに従いません。空気を温めて部品に伝わらせる代わりに、赤外線発信器から出る波が直接部品に届きます。これは、寒い日に太陽が肌を温める仕組みに似ています。エネルギーは直接基板や接続部に吸収されます。
赤外線加熱は空気を使って熱を伝える必要がないため、BGAパッケージの物理的な形状を気にする必要がありません。熱はちゃんと必要な場所、つまり接続部に直接行きます。チップの中央部分が十分に熱くなっているかどうかを推測する必要もありません。
高温空気の限界
高温空気は単純に遅いだけです。空気はPCBに薄い層として付着し、部品が密集している場合、その部品が障壁となり、 airflowを妨げて冷たい部分ができてしまいます。
「ファンの速度を上げればいい」と思うかもしれませんが、それは危険です。そうすると、小さなSMD部品が取り外されたり、過度な熱で基板が損傷したりする可能性があります。
現実的な検証
確かに赤外線加熱の方が速く、精度も高いですが、それでも万能な解決策ではありません。異なる材料によって反応が異なります。黒い色の部品は、光沢のある銀色の部品よりもずっと早く熱を吸収します。
ですから、デジタル温度コントローラーの設定には注意が必要です。PIDの設定が少し誤っていると、液相線温度を超えてしまい、気づく前にシリコンが破壊されてしまいます。
私のアドバイスは、校正済みの熱電対とダミーボードを用意し、プロファイルを調整して完璧にすることです。そうすれば、後で苦労することはありません。