Comparison of Hot Air Rework Systems with IR

Introduction

          As rework becomes more complex, companies exam-ine alternative heating techniques to see if they are more efficient. This document outlines some of the consider-ations that must be taken into account when specifying

rework applications for present and future electronic assemblies.

Process Basics

          Generally speaking the rework process should be assimilar as possible to the original manufacturing process,

but applied to the single component. The latest manufactur-ing techniques still adopt forced air convection for 

reflowing components and there has been a significant shift away from IR.

Solder Paste Application

          It is also important to apply the correct amount ofsolder paste to the pads/components to ensure a reliable

solder connection. This is particularly relevant to large BGA components and assemblies that are subjected to 

heat and severe environments. Component standoff must be suffi-cient to allow the processor components to 

keep cool whenthey are working. Sufficient standoff is also vital to ensure maximum fatigue strength is given 

to the solder joints.Theapplication of solder paste as wellas flux is the only way ofensuring that correct stand 

off heights are achieved.

        MLF and leadless components now have large internalground pads underneath the component. The correct 

amount of solder paste must be applied to this pad to ensure good grounding and heat dissipation. 

If excessive solder paste isapplied then the component will “float” and open jointswill be observed around the 

perimeter of the device.It is essential that any rework system used can deliverthese important process 

requirements.

Focussed Heating

          Rework should not“intrude”on the integrity of sur-rounding components. Any un-necessary heating applied

tocapacitors, resistors and transistors located close to the reworked component will significantly increase the 

chanceof producing brittle joints. While it is claimed that IRheating is localised, it is difficult to focus an IR 

beam on thecomponent alone. There is always some IR energy absorbedby the surrounding areas. Nozzles, 

used in hot air rework areexcellent at shielding surrounding components from exces-sive temperatures,and the

ability to adjust air flow rates canalso contribute to safe rework practices. (See attached pagefrom Ersa web 

site showing circular heat zone applied torectangular/square component)

          Nozzles are relatively cost effective and only represent a small percentage of the total cost of a 

rework system. SomeIR systems do claim that there are no additional costs withtheir technology, however 

some do require the purchase oflenses to focus the IR beam.

Components

          The materials used in manufacturing array packagesdo vary. PBGA’s are manufactured from materials 

thatreadily absorb IR radiation. CSP and micro SMD compo-nents tend to have bodies manufactured from 

metal. Metalreadily reflects IR like a mirror. This can make removal ofsuch components difficult and may need 

excessive amounts of heat.

          The heat transfer associated with hot air convectionrework is independent of the material the 

component is manufactured from, allowing the safe rework of nearly alltypes of component.

Unified Preheat for complete PCB

           IR is focused heating and it is difficult to heat up thewhole PCB evenly, especially. For  the PCB more than 

10layers  such as Telecom boards,Because components arealways applied higher  Temperature than PCBs, IR 

preheat-ing technique will easily cause the board wrapped And leadsto bad solder joint connection.

Profiling

           Ease of profiling is essential. All parts of the reflowprofile are equally important. The cooling phase of 

theprofile is becoming significant when reflowing and rework-ing components.Rapid cooling when reworking 

with leadfree alloys is essential to prevent fillet tearing. Time inreflow should be no greater than 30 seconds 

because leadfree alloys have higher melting points,long reflow timeswill damage pcb’s and components.  

Therefore, IR  ma-chines need to turn on the cooling fan after reflow, And PACE machines need to have 

operator move the boardsfrom the heat source after reflow zone.  The cooling zone isnot under machine's 

process control.

           Control of ramp rates is also important to ensurecorrect flux activation and solder flow. This can only

beachieved in a repeatable fashion if heat transfer rates arefully adjustable and under-board heat can in

some instancesbe set at a higher level than nozzle temperatures. Program-mable airflow rates deliver this 

requirement. IR tends toheat components too quickly resulting in incorrect fluxactivation and thermal shock

 to components.

           The use of nitrogen is only possible with convectionsystems and is now considered useful when reworking 

arraypackages used in lead free assemblies.

Conclusions

           There are a variety of rework systems available on themarket employing different heating techniques.

            In general terms the following points are important forsuccessful rework of present day components 

and futureassemblies;

            1. Use the same heating technology used in manufac-turing the assembly in the first place....usually 

convection

            2. You must be able to accurately print solder pasteonto the component/p.c.b.,

            3. Reflow of adjacent components is not desirable.

            4. A rework system must be able to rework ALL types of components, including MLF, leadless and 

micro SMDcomponents.

            5. Adjustable flow rates and rapid cooling are definiterequirements for successful rework of 

conventional and lead free alloys.