Расчет мощности нагрева конвективным источником
Процесс передачи тепла от термофена к поверхности печатной платы описывается выражением:
Q λStΔT |
Kr |
r |
|
|
|
|
|
|
l |
|
l tan α r |
|
|
где: λ – теплопроводность воздуха; S – площадь зоны нагрева; t – время нагрева; – разность температур между источником тепла и окружающей средой; l – расстояние от источника тепла до поверхности.
При расчёте количества тепла, выделяемого в рабочей зоне, необходимо учитывать конструктивный фактор, влияющий на рассеивание воздуха при выходе из сопла насадки термофена , который зависит от конструкции сопла, где: r – радиус сопла насадки; а – расстояние, на которое рассеивается воздух при выходе из сопла:
o
0,9Дж С
Расчет мощности конвективного нагрева
Количество выделяемого тепла в рабочей зоне |
|
|
|
||
λStΔT |
|
t |
τH |
||
Q K r |
l |
TH TT 1 e |
|
|
|
|
|
|
|
||
Температуры нагрева в рабочей зоне зависит от времени, условий теплообмена и теплоемкости материала платы, где: Тн– температура теплоносителя; τ– постоянная времени нагрева
|
|
|
|
|
|
|
τН |
= |
СT |
α |
P |
||
α S |
|
|
||||
SΔT |
||||||
|
|
|
||||
Ст- теплоёмкость материала печатной платы ; α – коэффициент теплообмена источника тепла с поверхностью печатной платы:
Мощность конвективного нагрева
P Kr |
Q |
Kr |
λSΔT |
|
t |
|
l |
•Расчет мощности нагрева проведен при разности температур ∆Т = 255ºC, времени нагрева 20 с, средней теплопроводности воздуха в диапазоне температур 80 – 300°С 14,96 Вт/(м·К) и расстоянии от источника 4, 8 и 12 мм.
Температурные зависимости в зоне нагрева
•Температура при пайке и демонтаже конвективным источником нагрева пропорциональна температуре нагретого воздуха, скорости его движения и зависит от расстояния до поверхности нагреваемой зоны. Оптимальное расстояние от зоны нагрева до насадки термофена не должно превышать 4–6 мм.
Температурные зависимости в зоне нагрева
•Температура потока воздуха термовоздушной паяльной станции составляла 300°С, время измерения температуры 20–100 с, шаг измерения температуры 5с, расстояние до печатной платы 2, 4, 8 и 12 мм. Из графиков нагрева следует, что термовоздушная паяльная станция AOYUE 852A обладает инерционностью контроля температуры, что видно по скачку температуры нагревательного элемента в термофене при запуске, так как начальное давление воздуха, создаваемое компрессором недостаточно.
Температурные зависимости работы термофена
Угол наклона рабочего инструмента влияет на время расплавления припоя, а именно, чем меньше угол наклона, тем требуется больше времени на расплавление припоя. Тепловой поток рассеивается по площади печатной платы, а не концентрируется в рабочей зоне, при этом печатная плата подвержена длительному воздействию температуры, что увеличивает риск её повреждения. Скорость нагрева при угле 60° снижается до 25°С/c, а время нагрева выводов компонентов в рабочей зоне увеличивается до 8–10 с.
Применение ИК источников нагрева для демонтажа
Инфракрасные (ИК) источники нагрева широко применяются при ремонте электронных модулей как в мелкосерийном, так и серийном производстве, что обусловлено возможностью точного контроля температуры пайки, в то время как для конвективных источников это проблематично
Источники ИК излучения
В современных источниках ИК нагрева вместо галогенных ламп все шире применяются мощные керамические нагреватели. Примером такого нагревателя может служить излучатель SHTS фирмы Elstein. В рёбра передней черной нагревательной панели встроена электрическая нагревательная спираль. Оптимальная эффективность в зоне высоких температур достигается посредством применения специальной черной эмали, позолоченного покрытия задней части и встроенной теплоизоляции. Для защиты керамики и нагревательной спирали высокотемпературные излучатели покрыты глазурью.
Максимальная мощность нагрева кВт/м²…76,8 Рабочая температура, °С…………………860 Максимально допустимая температура, °C 900 Диапазон длины волн, мкм …………..2 - 10
Расчет мощности ИК нагрева
Интенсивность потока излучения:
где: Ри– мощность источника, h– высота от источника ИК излучения до поверхности, x– длина зоны нагрева.
Температура в зоне ИК нагрева :
где: K – постоянная Стефана-Больцмана.
I =2 |
PИ |
|
I+KT4 |
|
|
-τ τН |
|
|
TН = 4 |
C |
-273 |
Tнагр =ТН 1-e |
|
|
|
x2 +h2 |
|
||||||
|
|
K |
|
|
|
|
где: Тн– температура в зоне нагрева; τ– время воздействия теплового потока ; τн– постоянная времени нагрева.
Мощность ИК нагрева
С увеличением расстояния от ИК источника температура меняется незначительно, что связано с тем, что площадь локального нагрева растет и количество передаваемого тепла рассеивается на большую площадь. Однако ИК нагрев не так чувствителен к изменению расстояния от источника как конвективный,