ERSA-回流炉课件.ppt

1、Page 1ERSA GmbHReflow Soldering 埃莎第三代回流焊炉埃莎第三代回流焊炉David Chen ERSA Asia Pacific Page 2ERSA GmbHReflow Soldering ERSA HOTFLOW 3 第三代回流焊系统 HOTFLOW 3/20 有5.15米工艺区长度的回流焊系统回流焊系统: ERSA Hotflow Page 3ERSA GmbHReflow Soldering 焊接理论焊接理论Page 4ERSA GmbHReflow Soldering IPC 电子电子工艺标准工艺标准 A-610: Sec. 12.2.5.6; J-ST

2、D-001: Sec. 9.2.6.8/Table 9-8 Page 5ERSA GmbHReflow Soldering 焊焊接的两个关键目的接的两个关键目的焊点焊点的内部构造的内部构造来源来源: R.J. Kleinwassink, 电装电装行业中的焊接行业中的焊接焊焊接的两个关键目的接的两个关键目的: : 1. 1. 2. 2. 持久坚固的机械连接强度持久坚固的机械连接强度这是这是在电子显微镜下所见到新的化学介质层在电子显微镜下所见到新的化学介质层 I M C I M C （金属间化金属间化合物）它由合物）它由 CuCu3 3Sn (e-Sn (e-相相) ) 和和 Cu Cu6 6Sn

3、Sn5 5 ( (- -相相) ) 两两种物质组成种物质组成持久牢固的机械连接，焊点的温度必须上升到焊料熔点以上约持久牢固的机械连接，焊点的温度必须上升到焊料熔点以上约1515左右左右, ,并保持一定时间并保持一定时间. .这时的焊点这时的焊点内才能发生化学反应内才能发生化学反应, , 在焊盘与器件引脚之间形成一种新的化学物质在焊盘与器件引脚之间形成一种新的化学物质, , 称作金属间化合物称作金属间化合物, , 持久地将持久地将两者牢固连接两者牢固连接. .Page 6ERSA GmbHReflow Soldering 焊接理论和温度控制的重要性焊接理论和温度控制的重要性工工 厂厂 内内 室室

4、 温温25 30 C(所有材料都是固态的)引脚，焊锡和焊盘之间没有引脚，焊锡和焊盘之间没有连接连接引脚，焊锡和焊盘之间由表面引脚，焊锡和焊盘之间由表面张力粘结在一起张力粘结在一起焊焊 料料 熔熔 点点 温温 度度 180 183 C(液态焊锡流)Page 7ERSA GmbHReflow Soldering 金属间化合物太厚金属间化合物太厚会使机械强度反尔下降会使机械强度反尔下降高于可接受的温度高于可接受的温度 280 280 350 350C C 或更高或更高化学反应剧烈金属间化合物生长太多焊接理论和温度控制的重要性焊接理论和温度控制的重要性化学反应使引脚，焊料和焊盘之间化学反应使引脚，焊料

5、和焊盘之间产生持久坚固的连接产生持久坚固的连接化学扩散反应的温度化学扩散反应的温度 在几秒钟内生成的金属间化合物大约为 0.5 mCu3Sn / Cu6Sn5 金属间金属间化合物化合物Page 8ERSA GmbHReflow Soldering 抗拉强度（抗拉强度（ N/mm2）金属间化合物金属间化合物( m)脆弱的焊点脆弱的焊点没有长期的没有长期的可靠性可靠性!没有连接!工艺控制区工艺控制区工艺控制区工艺控制区如果焊点温度如果焊点温度太高太高, , 产生的金属间化合物太厚，产生的金属间化合物太厚， 焊点的机械强度会降低焊点的机械强度会降低! !机械强度机械强度 金属间化合物厚度金属间化合物

6、厚度 温度温度 + +时间时间冷焊冷焊如果焊点如果焊点过冷过冷, , 产生金属间化合物太薄，产生金属间化合物太薄，焊点机械强度不够，形成冷焊焊点机械强度不够，形成冷焊! !Bad Tin-Lead grain structure:Overheat processGood Tin-Lead grain structure:Process controlled热脆热脆良好良好!良好的铅锡结晶结构：可控的工艺较差的铅锡结晶结构：过热的工艺Page 9ERSA GmbHReflow Soldering 工艺窗口比较工艺窗口比较无铅焊无铅焊有铅和无铅焊工艺窗口的比较SnPb230 - 235217 -

7、221170240240170183215 - 220Page 10ERSA GmbHReflow Soldering PCB 板上的较大器件，吸热的金属屏蔽条板上的较大器件，吸热的金属屏蔽条 温度上升往往较慢温度上升往往较慢 大小器件温差较大 RF 屏蔽条器件热容量不同所造成的温差器件热容量不同所造成的温差 T T = 11-15 C !?Page 11ERSA GmbHReflow Soldering 可接受的可接受的工艺窗口工艺窗口可接受的可接受的工艺窗口工艺窗口无法接受无法接受!:!: 机器还能做什么机器还能做什么? ?无铅焊对回流焊设备提出了新的挑战无铅焊对回流焊设备提出了新的挑战好

8、的好的焊点焊点冷焊点冷焊点179C205C250CGoodJoint冷焊点冷焊点217C230C250C液态液态-固态固态液态液态-固态固态SnPbSnAgCu *机器的机器的T : 横向温差和机器的不稳定性横向温差和机器的不稳定性*元器件大小产生的元器件大小产生的 T : 最大和最小元器件之间的最大和最小元器件之间的T*机器机器的的T*机器机器的的T*元器件大小元器件大小产生的产生的 TT * * *元器件大小元器件大小产生的产生的 TT 15.05.03/EM-ScheSeite 11Bleifrei Tage 05/03.pptPage 12ERSA GmbHReflow Solderi

9、ng 回流焊炉中哪些是重要的？回流焊炉中哪些是重要的？ Page 13ERSA GmbHReflow Soldering 稳定性稳定性Page 14ERSA GmbHReflow Soldering 难道仅仅是控温吗？假如风扇转速降低难道仅仅是控温吗？假如风扇转速降低30%30%11,6 / - 10 C设定 rpm: 100%设定 rpm: 70%风扇转速变动对板温产生的影响风扇转速变动对板温产生的影响 T 约有约有10 C !Page 15ERSA GmbHReflow Soldering 炉子的稳定性：车间的抽风系统如果不稳定的话Page 16ERSA GmbHReflow Solder

10、ing 控 制风扇转速 RPM 减 少排 风 量闭 换 控 制炉 子 的 稳 定 性 Page 17ERSA GmbHReflow Soldering 内置水冷内置水冷Page 18ERSA GmbHReflow Soldering 预热，焊接及冷却区域多级助焊剂管理系统焊接，冷却区域 粗过滤器 精细过滤器 热交换器 后过滤器 水冷热交换器回流焊系统: ERSA Hotflow 技术：多级助焊剂管理系统 和强劲的冷却系统Page 19ERSA GmbHReflow Soldering 预热，焊接及冷却区域的多级助焊剂管理系统预热区域： 过滤器 水冷热交换器 残余颗粒的精细过滤器回流焊系统: E

11、RSA Hotflow技术：助焊剂管理系统Page 20ERSA GmbHReflow Soldering 轨道的稳定性和平行度轨道的稳定性和平行度Page 21ERSA GmbHReflow Soldering Back温区分割清晰前后温区干扰不超过 h1Standard Technologychaotic cross profile:non-focussed, less efficient heat transferCu pad Solder paste h1=aCu pad Solder paste ERSA Multijet Technologyuniform cross profil

12、e:Focussed & efficient heat transferh2=bPage 49ERSA GmbHReflow Soldering Page 50ERSA GmbHReflow Soldering Highest Coefficient of Thermal transfer Minimal cross flows small SMDs do not blow away! Smallest T Low peak temperatures Low energy and N2 comsumption Low maintenance = Low downtimeCu pad Solde

13、r paste Page 51ERSA GmbHReflow Soldering 程序控制收放的中央支撑程序控制收放的中央支撑Page 52ERSA GmbHReflow Soldering 回流焊系统: ERSA Hotflow技术：多点喷嘴技术，增加了热传递效率中央支撑设计使用收放顶针，缩小了底部间隙25mmPage 53ERSA GmbHReflow Soldering 中央中央支撑超轻薄设计，对PCB没有热量遮蔽效应回流焊系统: ERSA Hotflow 中央支撑- 独特的收放式设计Page 54ERSA GmbHReflow Soldering 顶针可收放，增加热传递效率回流焊系统:

14、 ERSA Hotflow技术：中央支撑Page 55ERSA GmbHReflow Soldering 强大可控的冷却能力强大可控的冷却能力Page 56ERSA GmbHReflow Soldering 横向温差横向温差dT 2 C 冷却斜率闭环可控，冷却速度最高可达冷却斜率闭环可控，冷却速度最高可达10 C/秒秒dT 2C - 4 to 10 C/s出板温度最低可达出板温度最低可达40C以下以下Page 57ERSA GmbHReflow Soldering 多达多达 4个冷却区，完全保证冷却能力个冷却区，完全保证冷却能力7 个预热区个预热区3 个回流区个回流区4 个冷却区个冷却区Pag

15、e 58ERSA GmbHReflow Soldering EPCEPC 24/724/7 实时温度与气流监控实时温度与气流监控Page 59ERSA GmbHReflow Soldering Page 60ERSA GmbHReflow Soldering 每区轨道旁预埋热电偶 Page 61ERSA GmbHReflow Soldering 在炉腔内预埋 TC 在线路板旁对线路板焊接没有影响Page 62ERSA GmbHReflow Soldering 评估评估Page 63ERSA GmbHReflow Soldering 回流焊系统ManufacturerNr.BTUHellerER

16、SAERSAFacilityminmaxPyramax 981809 EXL-SHotflow 2/24Hotflow 2/201) Operating Costs According To ManufacturerElectrical - Manufacturers Information1.1Operating load electrical (in KW)1.1113,4021,0021,0013,4016,0014,90Connected load (in KW)1.1226,3073,007326,37363Operating costs electr. in / h at 0,09

17、 / KWh1.131,21 1,89 1,89 1,21 1,44 1,34 Electrical - Values Determined1.2Operating value electrical (in KW) for profile 11.218,419,018,68,416,515,4Operating value electrical (in KW) for profile 21.2211,420,019,011,417,015,91.231,03 1,80 1,71 1,03 1,53 1,43 Nitrogen - Will Be Determined During Visit1

18、.3Nitrogen consumption in m3/ h at 200 ppm Rest - O2-gehalt (load condition)1.3115,027,0272615,515,5Operating costs Nitrogen for 200ppm (load condition) in / h at 0,10 / m31.321,50 2,70 2,70 2,60 1,55 1,55 Other Media1.4Media consumption in g / h1.41000000Operating costs media in / h at 76,70 / Kg1.

19、420,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 If external cooling: operating costs in / h1.430,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Total Operating Costs / h in 1.442,86 5,14 4,41 3,63 3,08 2,98 remarks to part 1 - free for user comments, not fixed12) Transporting System / PCB RequirementsPCB Dimensions (Centre Support +

20、Chain Transport)2.1Min. PCB width (in mm)2.1145515144,55050Max. PCB width (in mm)2.12460610460508500500Max. PCB length (in mm)2.1360010166001.016n.a.n.a.Min. PCB length (in mm)2.1425515125,45050Max. height above PCB support (in mm)2.15294030,529,23535Max. component height, PCB underside (in mm)2.16-

21、50-15-20,1-29,2-50-50Required edge for PCB pick-up (in mm)2.17354,74,752,842,84Centre Support2.2Possible total number2.21144322Possible number per track2.22122211Positionable from (in mm)2.23350312,72020Positionable to (in mm)2.24457605457495,3480480Height adjustable from (in mm)2.25000000Height adj

22、ustable to (in mm)2.26-250-20,1-25,4-25-25Transport2.3Page 64ERSA GmbHReflow Soldering 4,41 3,63 3,08 2,98 3,30 0,00 4,83 5,14 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 Pyramax 981809 EXL-SHotflow 2/24Hotflow 2/20Vision8 V8-nitro-3.2BVitronics SoltecOmniflo 7Bravo 8105比较：总的运行成本 回流焊系统ERSAERSAHellerBTURehmEl

23、ectrovertElectrovertPage 65ERSA GmbHReflow Soldering 2019,611,112,314,413,5161602468101214161820Pyramax 981809 EXL-SHotflow 2/24Hotflow 2/20V8-nitro-3.2BVitronics SoltecOmniflo 7Bravo 8105比较： PCB焊接时间 回流焊系统BTU Heller ERSA ERSA Rehm Vitronics Electrovert t insec.Page 66ERSA GmbHReflow Soldering 515643

24、4343,6106106020406080100120Pyramax 981809 EXL-SHotflow 2/24Hotflow 2/20V8-nitro-3.2BVitronics SoltecOmniflo 7Bravo 8105比较：维修成本 回流焊系统BTU Heller ERSA ERSA Rehm Vitronics Electrovert hours/yearPage 67ERSA GmbHReflow Soldering 4104444131002468101214Pyramax 981809 EXL-SHotflow 2/24Hotflow 2/20V8-nitro-3.

25、2BVitronics SoltecOmniflo 7Bravo 8105比较：横向温度/ delta T 回流焊系统BTU Heller ERSA ERSA Rehm Vitronics Electrovert max.Delta Tin CPage 68ERSA GmbHReflow Soldering 我们还能为你提供原厂的我们还能为你提供原厂的工艺支持工艺支持Page 69ERSA GmbHReflow Soldering 无铅回流焊温度曲线HOTFLOW2/14典型温度曲线斜率delta TPCB PBGAPage 70ERSA GmbHReflow Soldering 从工艺上如何

26、减小温差呢从工艺上如何减小温差呢? ? 平顶曲线平顶曲线 提高浸润段温度提高浸润段温度 线性曲线线性曲线Page 71ERSA GmbHReflow Soldering 无铅回流焊温度曲线HOTFLOW2/14典型温度曲线斜率delta T高的平坡温度会引起PCB分层危险PCB PBGAPage 72ERSA GmbHReflow Soldering 无铅回流焊温度曲线HOTFLOW2/14线性温度曲线斜率delta TPCB PBGA工作在线性温度曲线板子不受温度冲击，但delta T会增加Delta T 9,3C !Page 73ERSA GmbHReflow Soldering 无铅回流

27、焊温度曲线HOTFLOW2/14带平顶峰值的线性温度曲线斜率delta TPCB PBGA设置平顶峰温度可降低delta TPage 74ERSA GmbHReflow Soldering 无铅回流焊温度曲线HOTFLOW2/14带平顶峰值的线性温度曲线(降低速度)斜率delta TPCB PBGA略微增加工艺时间会降低deltaTPage 75ERSA GmbHReflow Soldering 设定温度曲线，有时非常耗时， ERSA独有的Auto-profiler ( 炉温曲线模拟生成软件 ) 大大缩短炉温曲线调试时间, 特别适合多品种线路板生产ERSA 独有的离先或在线“ Auto pro

28、filer 软件 Page 76ERSA GmbHReflow Soldering 我们有必要重新发明轮子吗？ ERSA 焊接技术资料库，帮你减少前人走过的弯路，这个资料库还包括了无铅焊图书馆ERSA 焊接技术资料库Page 77ERSA GmbHReflow Soldering BGA 问 题 汇 总大 量 的 参 考 照 片问 题 解 决 方 案Flip ChipERSA焊接技术资料库Page 78ERSA GmbHReflow Soldering 全球最大的焊接技术资料库,确保你的任何焊接问题都能从中找到答案Page 79ERSA GmbHReflow Soldering ERSA焊接技术资料库Page 80ERSA GmbHReflow Soldering 问题描述 - 可能的原因 - 参考的解决方案 - 进一步的技术文章Page 81ERSA GmbHReflow Soldering ERSA焊接技术资料库