Confronto delle stazioni di rielaborazione BGA ad aria calda e ad infrarossi per la precisione

Immagina un costoso circuito stampato a rischio di rottamazione a causa di un piccolo problema di saldatura di un chip BGA. La scelta tra la velocità ed efficienza di una stazione di rilavorazione ad aria calda e il controllo preciso della temperatura di una stazione di rilavorazione a infrarossi è più di una decisione tecnica: è un fattore critico per il successo della riparazione e la sua fattibilità economica.

Nella rilavorazione di PCB (Printed Circuit Board), le stazioni di rilavorazione ad aria calda e a infrarossi (IR) sono i due strumenti principali. La loro differenza fondamentale risiede nei metodi di riscaldamento: le stazioni ad aria calda utilizzano aria riscaldata per il trasferimento termico, mentre le stazioni IR si basano sulla radiazione infrarossa. I sistemi ad aria calda sono tipicamente dotati di ugelli di varie dimensioni per dirigere il flusso d'aria e garantire una distribuzione uniforme del calore. I sistemi IR, tuttavia, sono disponibili in diverse forme, tra cui riscaldatori ceramici fissi, riscaldatori a lampada IR o sistemi a fascio focalizzato.

Le macchine IR a basso costo spesso utilizzano riscaldatori ceramici, commercializzati come riscaldamento IR ma privi della vera tecnologia a infrarossi. Le macchine di fascia media impiegano lampade IR con otturatori per controllare le aree di riscaldamento, sebbene queste e i riscaldatori ceramici possano avere difficoltà con la messa a fuoco precisa, richiedendo talvolta schermature attorno ai BGA per prevenire danni termici. I veri sistemi IR a fascio focalizzato consentono dimensioni del fascio regolabili, mirando ad aree specifiche senza influire sui componenti vicini. Questo elimina la necessità di più ugelli, un requisito per i sistemi ad aria calda. Tuttavia, le lampade e i fasci IR potrebbero non riuscire a riscaldare alcuni componenti leggeri o argentati senza uno speciale nastro nero.

Le differenze tra le stazioni di rilavorazione ad aria calda e IR hanno impatti tangibili sul flusso di lavoro:

• Rumore: Le stazioni ad aria calda utilizzano pompe per far circolare l'aria, creando distrazioni udibili anche con modelli più silenziosi. Le stazioni IR funzionano silenziosamente.
• Velocità: Gli ugelli ad aria calda consentono una rapida ridirezione del flusso d'aria, rendendo più veloci le riparazioni di componenti piccoli e precise, soprattutto con operatori esperti.
• Manutenzione: Le stazioni IR hanno meno componenti, semplificando la manutenzione. Tuttavia, i modelli più economici spesso utilizzano piastre ceramiche di scarsa qualità, compromettendo le prestazioni o richiedendo strumenti aggiuntivi per attività complesse.

Oltre ai metodi di riscaldamento, il design e il software della stazione di rilavorazione influenzano in modo significativo l'impostazione della curva di temperatura e l'accuratezza del riscaldamento del PCB, prevenendo la deformazione garantendo al contempo una rifusione uniforme della saldatura. L'obiettivo è replicare l'ambiente controllato di un forno a rifusione. Le stazioni ad aria calda di fascia alta sono dotate di riscaldatori superiori e inferiori focalizzati con riscaldamento a zone efficiente. I flussi d'aria superiori e inferiori consentono un riscaldamento graduale e uniforme dal BGA al lato inferiore del PCB, mentre i riscaldatori a zone preriscaldano l'intera scheda a 150°C per ridurre al minimo i rischi di deformazione.

Il software dovrebbe consentire impostazioni precise della temperatura in gradi, non in percentuali, con la calibrazione che garantisce che l'uscita dell'ugello corrisponda ai valori programmati (idealmente entro ±10°C). I sistemi IR con diffusori neri consentono un riscaldamento uniforme del PCB, ma i design privi di calore inferiore focalizzato potrebbero richiedere temperature di base più elevate. Per i piccoli componenti, il posizionamento preciso del PCB sopra le prese d'aria è fondamentale per evitare un riscaldamento non uniforme. I sistemi interamente IR sono privi di flusso d'aria inferiore focalizzato e alcuni potrebbero discostarsi dalle temperature impostate fino a 100°C, complicando la creazione del profilo.

I sistemi di raffreddamento automatici sono ideali, in particolare quelli che raffreddano contemporaneamente tutti i riscaldatori e il PCB per un turnaround più rapido. Le unità con piastre metalliche ventilate potrebbero raffreddarsi lentamente senza assistenza esterna. La scelta tra i sistemi dipende in definitiva dal budget, dalle dimensioni del PCB/BGA e dall'esperienza dell'operatore. Le stazioni ad aria calda rimangono popolari in parte a causa della diffusa familiarità dei tecnici, poiché la riqualificazione per i sistemi IR potrebbe essere troppo costosa per le operazioni più piccole.

Ogni design ha i suoi meriti, ma i sistemi IR richiedono un monitoraggio più termocoppie e profilazione per tentativi ed errori, un processo che potrebbe richiedere alcuni chip sacrificali lungo il percorso.