Waarom stralingsverwarming beter werkt voor BGA-verpakkingen Als je ooit met Ball Grid Array (BGA)-componenten hebt gewerkt, weet je vast wel wat het probleem van de “schaduweffect” is. Het is net een spelletje verstoppertje: in een standaard hete luchtoven moet de lucht zich een weg banen rondom het component om bij die kleine lasbollen te komen die zich onderin het component bevinden. Als de luchtcirculatie niet perfect is, leidt dit tot ongelijkmatige verwarming en koude lasverbindingen. Dat betekent meestal dat het bord verloren gaat en dat er veel frustratie ontstaat.
Het op de juiste plek verwarmen Infraroodverwarming werkt op een andere manier. Hier wordt geen gebruik gemaakt van luchtcirculatie; in plaats daarvan wordt er gebruik gemaakt van stralingsverwarming. Stel je voor dat infraroodgolven niet alleen op het oppervlak blijven, maar ook in de verpakkingsmaterialen doordringen en de moleculen daarin in beweging brengen. We noemen dit volumetrische verwarming. Met andere woorden: de warmte bereikt het doeloppervlak en wordt vrijwel onmiddellijk omgezet in thermische energie. Je hoeft dus niet alleen het oppervlak te verwarmen, in de hoop dat de warmte ook naar het midden van het component doordringt.
Het probleem met BGA-componenten: lucht versus licht Bij geforceerde convectie draait alles om het oppervlak. De lucht raakt eerst de bovenkant van de chip, waardoor er een temperatuurverschil ontstaat tussen boven- en onderkant. Infraroodstraling – vooral de kortegolf- en middengolfstraling – lost dit probleem op. De fotonen reizen in rechte lijnen en dringen recht door het substraat heen. Dit is precies waarom infraroodverwarming zo effectief is: de lasbollen – die de belangrijkste onderdelen van de verbinding vormen – bereiken op precies hetzelfde moment de smelttemperatuur als de rest van het component. Geen geraden meer, geen hoop dat het wel genoeg warm is.
De nadelen (want er zijn altijd nadelen) Infraroodverwarming is inderdaad sneller en nauwkeuriger, maar het is geen magische oplossing. Infraroodverwarming is afhankelijk van de emissiviteit van de materialen. Dat betekent dat verschillende kleuren of lasmaskers de warmte op verschillende manieren absorberen. Je kunt niet zomaar een schakelaar omzetten en daarna weglopen. Je moet eerst goed kijken naar je materialen en de golflengte en vermogensdichtheid instellen. Anders kan het gebeuren dat je het bord per ongeluk beschadigt terwijl je alleen maar probeert de lasbollen te smelten. Bovendien kunnen grote koperen oppervlakken de infraroodenergie opnemen als een spons. Je hebt dan een goed afgesteld verwarmingssysteem nodig om te voorkomen dat het bord vervormt onder de druk. Het vereist wat meer voorbereiding, maar de resultaten zijn het waard.