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两种常见的返修加热方法:哪一种更好?
录入时间:2018/7/3 11:09:37
作者:Bob Wettermann,BEST INC.
 
使用红外加热返修
在大部分电子组装操作中返修高级元件时,有两种常见的加热方法。第一种方法是使用热空气,通过加热封装来加热元件,这种方法有可能需要注入氮气。第二种常用的加热技术使用红外线来加热元件。这种红外电磁辐射对操作人员是安全的,封装吸收红外线的能量,使焊锡达到回流温度。
热空气返修
典型的热空气返修系统采用一个热源和一个空气源,迫使加热后的空气通过配置好的喷嘴(图1)到达需要加热的区域,加热要返修的元件。这种热空气系统有很多等级,包括完全手动、半自动和全自动系统,每一种系统都有各自的特点。
为什么使用热空气?
由于各种不同的原因,热空气对流加热对PCB返修是有利的。元件和电路板吸收的热量与材料的颜色或质地无关。此外,在元件回流过程中,把氮气注入返修位置的好处是可以确保焊点的冶金结构最可靠。在空气环境中返修,在焊锡回流时,焊锡球周围会形成一层氧化物层。在进行这个步骤过程中注入氮气取代氧气,可以在熔融焊锡的周围减少氧化物层的形成。最后,热空气对流系统能够把热量迅速传递给热质量很大的电路板。
图1:在返修过程中,喷嘴把热空气送进返修设备中围绕着待返修的封装流动。
 
虽然使用热空气返修系统有很多优点,但也有一些缺点,使用者在尝试决定使用哪一种回流热源时必须知道,首先,由于热空气源自身的特点和SMT元件的质量在不断变小,因此在回流期间,其他的焊点可能会受到干扰,或者零件可能发生偏斜。这种情况在返修0201元件、BGA和其他的微型封装时经常会遇到。其次,为了确保热空气有效地吹到待返修的封装上,而不是吹到邻近的元件上,需要一个特制的喷嘴。如果封装的边缘和喷嘴之间的间隙太大,相邻的零件很可能也会被回流。设计不良的喷嘴喷出的热空气会有温度梯度,会造成加热效果不均匀。此外,生产定制的喷嘴需要几周的时间,当需要返修的产品批量不大时,没有经济效益。最后,在许多情况中的热空气温度曲线的峰值温度比类似的红外温度曲线的峰值温度更高。这可能导致返修元件周围邻近零件的材料达到它的软化点(类似于塑料体继电器和连接器),从而对它们造成损害。
红外加热是如何实现的?
在PCB返修中广泛使用的另一种热源是红外(IR)加热技术,这种加热技术在上个世纪80年代中期首次进入SMT维修设备中。红外加热器是一种以较低的温度通过电磁辐射以红外光(光谱的波长为780纳米到1毫米)的形式把能量从一个实体传递给另一个实体的技术。红外技术有两种基本模式。第一种是中等范围的红外辐射(图2),它发射能量,发射的能量被PCB的某些区域“阻挡”,“散落”在这些区域。第二种是聚焦红外热源(图3),红外辐射通过透镜系统对准和定向。
                     
                    图2:用于PCB返修的中等波长红外加热技术
 
 
                         
                       图3:PCB返修使用的红外线聚焦加热技术
 
 
红外系统依靠经验测量PCB或元件的温度,而热空气系统是在热空气源的出口附近测量热空气的温度。这可以按照元件要达到的温度得到更加精确的温度曲线。此外,对于特定的BGA尺寸,红外热源需要小工具。红外热源的另一个优点是,在进行每次回流操作时,可以很容易地获取集成电路(IC)在回流过程中的温度数据。不过,红外加热的主要优点是不会影响非常小的元件,因为它在加热时不会出现由热源引起的湍动气流。
作为BGA返修的回流热源,红外热源虽然有一些明显超过热空气系统的好处,但它也有一些不足的地方。市场上仍然有一些功率不足的红外加热器,这意味着返修工艺的周期比采用正确设计的喷嘴的热空气系统的工艺周期长得多。这意味着对于尺寸非常大的电路板,比如服务器、背板和其他高载流的PCB,红外热源可能是不够的。
使用者必须知道,使用中等波长红外线的红外系统会造成颜色比较深的元件和浅色元件吸收到的热能不是一样的。在一些情况下,这意味着红外热源的使用者必须使用一种防静电黑色胶带来确保元件加热到合适的热能水平。有红外加热的工艺控制可能会很困难,这是由于吸收波长不同,不同原件和电路板的返修工艺如何保持一致可能会是个问题。
热空气源和红外热源在PCB返修中各有各的位置,在返修时选择哪种热源取决于具体的应用。

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