Problemy z procesem odparowywania stopu w konstrukcjach BGA: promieniowanie vs. konwekcja
Jeśli kiedykolwiek pracowałeś z północami typu Ball Grid Array (BGA), znasz ten koszmar, który nazywa się „efektem cienia”.
Problem polega na tym, że gdy używa się konwekcji powietrza, to powietrze musi przedostać się pod chip, aby dotrzeć do kulek srebra. W większości przypadków powietrze wybiera prostszą drogę i omija komponent od góry.
Rezultat? Brzegi chipa się nagrzewają, natomiast środek pozostaje chłodny. To chaos.
Inny sposób patrzenia na problem ciepła
Ogrzewanie podczerwienią nie funkcjonuje według tych zasad. Zamiast nagrzewać powietrze i mieć nadzieję, że dotrze ono do komponentu, emiterzy podczerwieni wysyłają fale, które trafiają bezpośrednio do samego komponentu.
To przypomina sposób, w jaki słońce nagrzewa naszą skórę w chłodny dzień. Energia jest pochłaniana bezpośrednio przez podłoże oraz punkty połączeń srebra. Ponieważ podczerwień nie potrzebuje powietrza do przenoszenia ciepła, może ignorować fizyczną strukturę obudowy komponentu. Ciepło dociera dokładnie tam, gdzie jest potrzebne – bezpośrednio do punktów połączeń. Nie trzeba już zgadywać, czy środek chipa jest wystarczająco gorący.
Gdzie konwekcja powietrza zawodzi
Konwekcja powietrza jest po prostu wolna. Powietrze przykleja się do płytki PCB w cienkiej warstwie. Jeśli mamy gęstą płytkę z wysokimi komponentami, te komponenty działają jak ściany, blokując przepływ powietrza i powodując powstanie stref chłodnych.
Można pomyśleć: „Po prostu zwiększę moc wentylatora lub temperaturę ogrzewania”. Ale to ryzykowne. Wtedy istnieje ryzyko, że małe komponenty SMD zostaną wyrwane ze swoich miejsc, albo płytkę uszkodzi nadmiernie duża ilość ciepła w krótkim czasie.
Rzeczywistość
Podczerwień jest szybsza i bardziej precyzyjna, ale nie jest magicznym rozwiązaniem. Różne materiały reagują inaczej – czarny komponent pochłania ciepło znacznie szybciej niż błyszczący element w kolorze srebrnym.
Dlatego trzeba uważać przy ustawianiu parametrów kontrolera temperatury. Jeśli ustawienia PID są nieprawidłowe, można przekroczyć odpowiednią temperaturę i uszkodzić krzem, zanim się tego nawet zorientujemy.
Mój rad: weź kalibrowany termoparę i próbną płytkę. Poświęć trochę czasu na dostosowanie ustawień, a unikniesz wielu problemów później.