Инфракрасная станция - для общего понятия (пример)

[NEMO®™]

Итак решил для общего понятия, выложить информацию о Инфокрасной станции. Ну после этого думаю каждый будет знать для чего это и счем его едят как говориться.

Каким должен быть ремонтный центр для работы с
изделиями высокой сложности - от сотовых
телефонов до компьютерных плат?
Экспертов Motorola, Nokia, IBM
или Intel трудно заподозрить в
узости кругозора и недостатке
финансирования. Руководствуясь
опытом и здравым смыслом, они,
как и тысячи других фирм, выбрали
ремонтные центры ERSA IR500A (550A).
Такой же инструмент можете использовать вы.

Давайте обсудим мотивы выбора ремонтного центра.

начну с этой модели

Паяльно-ремонтный центр IR500A (550A)
инфракрасный + контактный = универсальный

Итак, почему ERSA IR? Главные факторы ЗА :

равномерность локального инфракрасного нагрева (что очень критично для BGA)
простота и невысокая цена для системы с мощными функциональными возможностями
самодостаточность (не требуется ни внешнего компрессора, ни множества чрезвычайно дорогостоящих сопел, как в термовоздушных системах)
компактность и мобильность при весе всего 7 кг
возможность работы со сложнопрофильными компонентами (экранами, разъемами и т.п.), в том числе пластмассовыми
100% антистатическое исполнение
надежная торговая марка ERSA и гарантийная поддержка немецкого производителя
военные спецификации MIL SPEC/ESA и подтвержденный сертификат ISO9001

Конечно, для всех важен и такой вопрос: действительно ли выгодны инвестиции в покупку IR500A как инструмент решения задач сегодняшнего дня технически оптимальным образом, и не придется ли завтра начинать поиск более совершенной модели?

Ключевым вопросом "философии" и предметом соперничества конкурирующих подходов (соответственно, и поставщиков) является качество, а мерилом его для современной ремонтной станции сегодня является возможность эффективной работы с матричными корпусами BGA всяческих разновидностей. Здесь-то и встает вопрос: как обеспечить максимально равномерный прогрев по всей (как правило, значительной) плоскости корпуса микросхемы, чтобы все выводы BGA оплавились одновременно и в равной степени?

Применительно к локальной (прицельной) пайке/выпаиванию BGA по существу конкурируют два подхода: инфракрасный (ИК) и термовоздушный (использование направленной струи разогретого воздуха для оплавления выводов прогревом сквозь корпус BGA и боковым поддувом воздуха под корпус - см. рисунок). В принципе, оба подхода уходят корнями в соответствующие технологии групповой пайки в печах оплавления, однако задача ремонтной (локальной) пайки совершенно иная по своей природе: если печь должна обеспечивать равномерный нагрев по всей плате, то ремонтная установка - только в отдельной зоне платы - да так, чтобы соседние элементы не подвергались термическому воздействию. Наилучшими печами групповой пайки по общему мнению являются конвекционные и комбинированные (именно поэтому в настольной печке ERSA TT500A реализованы два метода нагрева). А наилучшим (при этом и менее дорогим) решением для локальных операций является инфракрасная пайка/выпаивание. Кому-то с этой мыслью не удается свыкнуться сразу, но помогает неоспоримый факт: инфракрасный подход концептуально не отягощен борьбой с законами газовой динамики, ибо воздушной струей (см. рисунок) невероятно сложно обеспечить равномерный прогрев плоской области со значительными линейными размерами. В местах первоначального контакта воздушной струи с плоскостью температура всегда выше, чем зонах оттока "отработавшего" воздуха. Поэтому неудивительно, что в отношении большинства присутствующих на рынке термовоздушных систем, хоть как-то соизмеримых по цене с IR500A, результаты неоднократных исследований, проведенных независимыми экспертами, лаконично выражаются тремя термограммами нагрева плоскости:

Горячий воздух, сопло 1

Горячий воздух, сопло 2

ИК-излучатели ERSA IR500A

Вопрос из категории FAQ: не перегревает ли инфракрасное излучение IR500A темные поверхности микросхем, и при этом достаточна ли его тепловая энергия для оплавления припоя на светлых выводах (в частности, когда речь идет не о BGA, а о микросхемах fine pitch QFP)?
Было бы нелепо утверждать, что разницы в нагреве нет никакой. Она есть, но при длинах волн от 2 до 8 микрон является минимальной в ИК-диапазоне, что и позволяет обеспечить достаточную равномерность нагрева поверхностей с различной отражающей способностью.

Подытожим:

полностью антистатическая паяльно-ремонтная станция IR500A - это функционально-мощный и относительно недорогой инструмент, позволяющий работать с микросхемами в корпусах BGA на уровне мировых стандартов. Наличие встроенного микропроцессорного блока для контактной пайки MicroCon60A с возможностью подключения пяти инструментов (паяльники разной мощности MicroTool/TechTool/PowerTool, термопинцет Pincette40 и термоотсос XTool) превращает IR500A в универсальный центр, имеющий почти все виды паяльно-ремонтных инструментов за исключением термофена. Станцию рекомендуется укомплектовать также вентилятором для ускоренного охлаждения платы по завершении операций пайки/выпаивания. При необходимости комплект IR500A расширяется конструктивно-совместимыми устройствами прецизионной установки микросхем PL100A или PL500A. Аккуратное перемещение рамки с платой из зоны установки компонентов в зону нагрева и обратно в зону охлаждения осуществляется скольжением по общим направляющим полозьям (в случае PL500A подсистема перемещения снабжена подшипниками качения).


Состав и функционирование IR500A

Инфракрасная часть станции IR500A включает два излучателя: верхний и нижний. Нижний ИК-излучатель (110х110мм) служит для прогева обширной зоны печатной платы до 120-150°C с целью уменьшения перепада температур и сокращения общего времени высокотемпературной фазы процесса пайки или выпаивания. Верхний ИК-излучатель ("ИК-пушка") накрывает зону нагрева с линейными размерами сторон от 10мм до 55мм. ИК-облучение осуществляется на длинах волн 2-8мкм, наилучших в смысле соотношения отражаемой и поглощаемой тепловой энергии: видимые инфракрасные волны для целей пайки не годятся в связи с перегревом темных поверхностей и недостаточным прогревом блестящих выводов. Нижний ИК-излучатель может еще использоваться для ускорения любых операций контактной пайки/демонтажа и предварительного прогрева плат/компонентов для исключения эффекта "воздушной кукурузы", предотвращения возможных микротрещин керамических chip-компонентов при резком нагреве в процессе контактной пайки.

Лазерный светодиодный указатель служит для подсветки точки в центре рабочей зоны, куда следует установить изделие для пайки или выпаивания. Станция IR500A выполняет операции инфракрасной пайки и выпаивания с компонентами, имеющими линейные размеры от 10мм до 55мм, монтируемыми как на поверхность, так и в отверстия. Среди них: микросхемы в корпусах типа BGA, CSP, PGA, SOIC, QFP, PLCC, разнообразные панельки и разъемы, экранирующие и сложнопрофильные элементы. Можно использовать ее и для локальной инфракрасной пайки группы произвольных компонентов в ограниченной зоне платы. При этом размеры прямоугольной зоны нагрева определяются органами регулировки окна верхнего ИК-излучателя, а сколь угодно сложную геометрию зоны нагрева в пределах 55x55мм можно задать самостоятельно с помощью специальной отражающей ленты/фольги, которой закрывают области платы, не подлежащие нагреву до оплавления припоя.

После установки платы в рабочую зону и достаточного прогрева ее нижним ИК-излучателем (до 120-150°C за 1-2 минуты) лазерный прицел отодвигается вращательным движением, и на его место точно над центром рабочей зоны устанавливается инфракрасная пушка (верхний ИК-излучатель). Мощность обоих излучателей регулируется органами управления. В особых случаях оператор может уменьшить высоту расположения инфракрасной пушки над платой для усиления нагрева при пайке или выпаивании микросхем с зеркально-отражающим корпусом. При выпаивании оператор включает мышью вакуумный подсос и крепит присоску к верхней плоскости корпуса выпаиваемой микросхемы. При пайке эта чать процедуры, очевидно, отсутствует.

После установки инфракрасной пушки в рабочее положение температура корпуса облучаемой зоны будет нарастать с типовой скоростью 2-5°С в секунду (показания температуры сенсора отображаются на индикаторе). Как только произойдет полное оплавление выводов, выпаиваемая микросхема будет поднята над платой на вакуумной присоске. После этого оператор возвращает инфракрасную пушку в исходное положение и отключает вакуумный подсос. Горячая микросхема опускается на антистатическую плошку; процесс завершен. При выпаивании разъемов инфракрасный разогрев зоны следует произвести до оплавления контактов и извлечь разъем из платы с помощью пинцета. Аналогично демонтируют радиаторы, массивные потенциометры, высокочастотные экраны и другие элементы, которые невозможно извлечь с помошью вакуумной присоски. При пайке присоску не используют; ИК-пушку вручную отодвигают по достижении температуры оплавления, и плату плавно перемещают в зону охлаждения.

В корпус IR500A встроен модуль контактной пайки и выпаивания MicroCon60A. К антистатическому блоку управления могут быть подключены паяльники (20Вт, 60Вт или 80Вт), термопинцет или вакуумный термоотсос CU100A. Микропроцессорное управление (а не аналоговое с цифровым дисплеем) и ультамалоинерционные нагреватели ERSA обеспечивают максимальную термостабильность. Диапазон регулировки температуры от 50°С до 450°C. Сервисные функции: автораспознавание инструмента; калибровка температуры под конкретные жала/насадки; память 8 режимов; пароль; выбор профиля регулирования температуры ("мягкий" асимптотический для особо чувствительных компонентов или "жесткий" для скоростной пайки массивных соединений). В комплект поставки входит паяльник TechTool c антистатическим держателем, имеющим "обойму" для хранения паяльных жал и контейер с чистящей губкой

Непосредственно к разъему цифрового модуля MicroCon60A или через четырехканальный кнопочный коммутатор MIC608A можно подключить популярные инструменты контактного типа: паяльники различной мощности - MicroTool 20Вт, TechTool 60Вт и PowerTool 80Вт, термопинцет Pincette40 и термоотсос XTool (компрессор для термоотсоса поставляется в отдельном корпусе). Десятки видов паяльных жал и насадок ERSA (см. таблицу) охватывают весь спектр контактных операций пайки и выпаивания.

Универсальная рамка-держатель PHolder100 для миниатюрных и сложнопрофильных плат со скользящими пружинными фиксаторами - полезное дополнение к IR500A для тех, кто ремонтирует мобильные телефоны.

Опыт ремонтных работ на простой и эффективной установке IR500A позволяет "вручную" имитировать стандартный термопрофиль пайки инфракрасной печи (см. типовой график). Для выборочной ремонтной пайки этого бывает достаточно - особенно при отсутствии веских альтернатив по ценам не выше $4000. Для серийной же пайки BGA (то есть при необходимости точного автоматического воспроизведения термопрофиля, тщательно подобранного для конкретных, заранее известных характеристик плат и компонентов) следует использовать программируемые системы. В спектре инструментов ERSA они представлены двумя изделиями. Для производственных применений (поверхностный монтаж в малых сериях) это камерная печка TT500A, а в классе ремонтных систем - это новинка 2002 года: программируемая инфракрасная станция IR550A. Если у вас будет возможность инвестировать не $4000 (IR500A), а $7000 (IR550A) в ремонтное оснащение, то IR550A - самое выгодное вложение средств с расчетом на перспективу.

IR550A - полностью антистатический универсальный центр с программируемым термопрофилем для инфракрасной локальной пайки и выпаивания (в том числе BGA), а также контактной пайки и выпаивания средствами встроенного модуля Digital2000A с паяльником TechTool и опционными расширениями (MicroTool, Pincette40, PowerTool, CU100A, MIC608A). Агрегат IR550A оснащен параболическим верхним ИК-излучателем, интегрированным верхним вентилятором охлаждения и плоскостным нижним инфракрасным излучателем для предварительного прогрева больших печатных плат. Обеспечиваются бесконтактное (ИК) дистанционное и/или контактное измерение температуры в рабочей зоне. В комплект входит усовершенствованный держатель плат. Предусмотрена конструкционная совместимость с видеоустановщиком PL550A и системой RPC видеоконтроля (через монитор PAL или компьютер) процесса пайки в реальном времени. Таким образом, на IR550A возможно не только ориентироваться "вслепую" по показаниям термодатчиков, но и задействовать такой важнейший человеческий фактор как визуальный контроль процесса пайки с корректировкой параметров.


Паять и качественно паять BGA - как говорится, "две большие разницы"... Порой лукавят, сводя
вопрос о РЕАЛЬНОМ качестве к программируемости термопрофиля. Если такое программирование
базируется на показаниях термодатчика воздуха вдали от реальной зоны выводов BGA, то велика ли
достоверность показаний? Наиболее деликатен такой вопрос для термовоздушных ремонтных систем. В инфракрасных ремонтных системах ERSA IR корпус BGA не накрыт воздушным соплом (никакие сопла здесь вообще не требуются): это облегчает доступ для контактных и дистанционных лазерных датчиков температуры. Однако, программирование - программированием, а актуальность
контроля качества не только процесса, но и результата пайки остается.

PS так что будьте внимательны при выборе такого оборудования, изучите каждую деталь, тонкость об оборудовании. Это не отвёртка и некакая то деталь мобильного.