10 основных приемов пайки с помощью ИК-нагрева

В инфракрасных (ИК) паяльных станциях нагрев обычно разделен на нижний и верхний. Нижний подогрев отвечает за равномерный прогрев всей платы или большой ее области и может быть выполнен на кварцевых ИК-трубках, карбоновых ИК-трубках или керамических ИК-нагревателях. Кварцевые и карбоновые трубки быстро выходят на рабочий режим, имеют небольшую тепловую инерцию и хорошо подходят для точного ведения температурного профиля. Карбоновые элементы обычно быстрее реагируют на изменение мощности, а кварцевые проще и дешевле. Керамические нагреватели прогреваются и остывают медленнее, зато обеспечивают стабильный и равномерный нагрев большой площади, поэтому хорошо подходят именно для предварительного подогрева платы.

Верхний ИК-нагрев используется уже локально — для непосредственного нагрева BGA, QFN, QFP и других компонентов до температуры оплавления припоя. Обычно это компактный кварцевый, галогенный или другой ИК-излучатель, сфокусированный на нужной зоне. Такая схема позволяет сначала нижним нагревателем плавно довести всю плату примерно до 100–150 °C, а затем верхним ИК-излучателем быстро поднять температуру конкретного компонента до температуры пайки. За счет этого уменьшается тепловой удар, снижается риск коробления платы и перегрева соседних компонентов, а сам процесс пайки становится более управляемым.

Основные приемы пайки с помощью ИК-нагрева связаны не столько с непосредственным плавлением припоя, сколько с управляемым прогревом платы и компонентов инфракрасным излучением.

1. Предварительный прогрев платы

Один из самых распространенных приемов. Плату нагревают ИК-лампой снизу или сверху до температуры примерно 100–150 °C, а уже затем выполняют основную пайку паяльником, феном или верхним ИК-нагревателем.

Это позволяет:

• уменьшить тепловой удар;
• снизить риск коробления платы;
• быстрее прогреть массивные полигоны земли;
• уменьшить требуемую температуру фена или паяльника;
• облегчить работу с многослойными платами.

Особенно полезно при пайке BGA, QFN, больших разъемов и компонентов, соединенных с крупными медными полигонами.

Инструмент:

2. Полный ИК-рефлоу

Припой плавится непосредственно за счет инфракрасного нагрева.

Типичная последовательность:

Для бессвинцового припоя температура корпуса платы обычно доводится примерно до 230–245 °C в зоне пайки. Для свинцового припоя температуры ниже.

Главное здесь — контролировать не температуру лампы, а фактическую температуру платы и компонентов термопарой.

Инструмент:

3. Локальная пайка компонента

ИК-излучение направляют только на определенный участок платы.

Так можно устанавливать или снимать:

• BGA;
• QFN;
• QFP;
• крупные SMD-компоненты;
• экранирующие корпуса;
• разъемы.

Обычно плату снизу предварительно прогревают, а сверху локально нагревают нужную микросхему.

Это намного лучше, чем пытаться прогреть холодную многослойную плату только сверху.

Инструмент:

4. Демонтаж компонентов

ИК-нагрев хорошо подходит для снятия микросхем.

Порядок примерно такой:

Очень важно не тянуть микросхему силой. Если она не снимается практически без сопротивления, значит часть припоя еще не расплавилась.

Инструмент:

5. Комбинированный нагрев: ИК + горячий воздух

На практике это один из самых удобных способов.

Например:

ИК снизу держит плату при 120–150 °C.

Фен сверху доводит конкретный компонент до температуры пайки.

В результате фену уже не приходится нагревать всю массу платы. Воздушный поток можно сделать слабее, поэтому меньше вероятность сдуть мелкие SMD-компоненты.

Инструмент:

6. ИК-нагрев снизу + паяльник

Очень полезный прием при ремонте мощной электроники.

Например, требуется выпаять MOSFET или большой разъем, сидящий на массивном полигоне.

Без предварительного нагрева плата постоянно отбирает тепло у паяльника.

Если ИК-лампой нагреть плату примерно до 120 °C, паяльнику остается поднять температуру соединения всего еще примерно на 100 °C.

Пайка становится значительно проще.

Инструмент:

7. Пайка нескольких компонентов одновременно

На плату наносят паяльную пасту, устанавливают SMD-компоненты и затем нагревают всю область ИК-излучением до оплавления пасты.

Это фактически упрощенный вариант конвейерной печи оплавления.

Можно паять сразу десятки или сотни компонентов. Особенно удобно для небольших серий плат.

Инструмент:

8. Использование масок и отражателей

ИК-излучение можно частично экранировать.

Например, вокруг ремонтируемой микросхемы размещают:

• алюминиевую фольгу;
• металлические экраны;
• теплоотражающие пластины.

Они защищают соседние пластиковые разъемы, электролитические конденсаторы и чувствительные компоненты.

Но необходимо учитывать, что блестящие металлические поверхности сильно отражают ИК-излучение.

Инструмент:

9. Управление нагревом расстоянием

Мощность нагрева очень сильно зависит от расстояния.

Приближение ИК-лампы к плате может резко увеличить скорость нагрева.

Поэтому обычно регулируют одновременно:

• мощность лампы;
• расстояние;
• время нагрева.

Для качественной пайки важнее плавность температуры, чем максимально быстрый нагрев.

Инструмент:

10. Контроль температуры термопарой

Для ИК-пайки это практически обязательный прием.

Термопару закрепляют непосредственно возле паяемого компонента.

Пирометр часто дает заметную ошибку, потому что черный корпус микросхемы, зеленая маска платы, блестящий припой и металлический экран имеют разную излучательную способность.

Поэтому визуально одинаково нагретые поверхности пирометр может показывать совершенно по-разному.

Инструмент:

Таким образом, самая практичная схема использования ИК-нагрева при монтаже и ремонте выглядит так:

При ремонте электроники основное преимущество ИК-нагрева именно в том, что она позволяет прогреть большую массу платы без сильного воздушного потока. Это особенно заметно на многослойных платах, материнских платах, видеокартах и массивных силовых платах.