ERSA Rework
High Mix Repair –flexible SMT Reparatur
und Inspektion
von Jörg Nolte
ERSA GmbH, Leiter EntwicklungRework, Inspektion & Tools
ERSA Rework & Inspektion
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Heutige Anforderungen für flexible Rework Prozesse
• Geschwindigkeit im Reworkzyklus
• Geringe Kosten & platzsparend
• Flexibilität & Prozesssicherheit
• Prozessstabilität & Wiederholbarkeit
• Reparatur im Gehäuse
• Einfache Bedienung
• Effektive Anwenderschulung
• Software Unterstützung
• Dokumentation & Verfolgbarkeit
• Qualifizierung (Inspektion)
„Muss“
„Kann“
„Wunsch“MarktMarktTrendsTrends
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Rework Anwendungen I
SMTSMT
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Rework Anwendungen II
SMTSMT
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Rework Anwendungen III
SMTSMT
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Die ERSA Rework Produktline
Leistung – Platinengröße – Automation
Leistung
Preis
IR/PL 650A
IR/PL 550A
1600W
4600W
HR 100 A
1000W
IRHR 100A-HP
200WProduktProdukt--
linielinie
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IR/PL 650A
IR/PL 550A
HR/HP 100A
HR 100 A
Welches ist das Richtige Rework System?
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ERSAs IR Rework Botschaft seit 1998:Sichere und gleichmäßige Wärmeverteilung bei niedrigen Temperaturen!
Closed Loop Reflow Techonologie
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Funktionsprinzip - DynamicIR IR 550A plusA = Bauteil für ReworkB = PCBC = Bauteil OberseiteD = Bauteil UnterseiteAccuTC = ThermoelementIRS = Neuer Infrarot
Sensor
DynamicIR Top = Obenstrahlerradiator(800W)
DynamicIR Bottom = Untenstrahlerradiator (800W)
RPC = Reflow Prozess Camera
IRSoft 3.X = Kontroll- & Dokumentations-Software
Mic = Mikroprozessor, verwendet aktuelle Temperaturwerte um das DynamicIR Heizsystem zu kontrollieren
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Zeit
Temp.
230°C
250°C
D – kleineVerbindung
Flat peak Profil im bleifreien Lötprozess mithomogenen Wärmequellen!
B – mittelmassigeVerbindung
A – hochmassigeVerbindung
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BGABGA
Ein unentdecktes ΔT kann sehr kostspielig
werden!
Temperaturkontrolle im SMT Prozess - BGA
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Evaluierung iNEMI, für IR650A
Requirements: Performance target: ERSA results:
Minimum solder joint peak: Min. 230°C – 235°C 236.1°C – 238.8°C across component
Time over Liquidus (ToL): 40 s – 100 s 52s – 69sacross component
Time between 150°C – 217°C To monitor 114s – 119s
Temperature component surface center Max. 245°C – 250°C 236.1°C – 240.5°Cacross component
Total time rework profile Around 8 minutes ~ 480s
iNEMI Projekt:Anforderungen für PBGA auf Multilayer Platinen (Auszug):
Especially prepared board with drilled
thermocouples on all important positions. This is to evaluate
difficult processes in detail. It can be assured that all
temperature values are in an acceptable
area.
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Evaluierung iNEMI, für IR650A – Messprotokpoll
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Anwendungerfolgreich gelöst!
Evaluierungsmuster für Mobiletelefon AnwendungAnwendung: Mobiletelefon Anschirmung entlöten, unten liegendes BGA tauschen
Problem: Nahe liegende Nachbarkomponenten müssen gegen Erwärmung geschütztwerden.
Lösung:Nachbarkomponentenabschirmen.
Aktive Kühlung derNachbarkomponentenalternativ möglich.
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DynamicIR & MultiTrue Closed Loop: In the Praxis1. DynamicIR ohne MTCL
2. DynamicIR mit MTCL Große Multilayer Platine – 16“ x 20“
CCGA Bauteil zur Reparatur
TC1: surface TC2: solder joint
TC1: surfaceTC2: solder joint
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Package on Package (PoP)
DIMM Module in PH 100
RAM DIMM Module
Anforderung:
BGA Stapel in einem thermischen Prozess entlöten.
Nachbarstapel sollen nicht aufschmelzen.
TE-Messung
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RAM DIMM Module
Kleben oder Klammern der Stapel vor dem Entlöten.
Kleber
Abschirmung
Schutz der Nachbarstapel.
Package on Package (PoP)
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SD-RAM Austausch, THOMSON Broadcast & Media Solutions
Quelle: THOMSON
FBGA SD-RAM Chips (bleihaltig -Fehlbestückung)
Reduzieren der Rework-Zyklen von 12 auf 8 durch gleichzeitiges Löten von je 2 Bauteilen
Geringer LP Verzug durch großflächige Untenheizung, Unterstützung und dynamisches Wärmeverteilung.
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SD-RAM AustauschQuelle: THOMSON
Funktionstest nach 12 getauschten Chips auf 2 Platinen ergibt:
100 % FPY
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Sonderanwendung
Aufgabe: Hochmassiges Metallteil muss mit Platine verlötet werden.
Lösung:Untenstrahlerbasiertes Porfil mitlangsamerAnstiegsrampe.
Anwendungerfolgreich gelöst!
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BGABGA
Bleifrei Rework: Möglichst niedrige Termperatur, ein
minimales ΔT und homegeneErwärmung sind die Erfolgsgaranten
für bleifreies Rework!
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Reflow Prozesskamera für IR / PL 550 und 650
RPC Kamera Eigenschaften :• Hochqualitative CCD Kamera
(bis 25-fach optischer Zoom + 12-fach digitaler Zoom)
• Motorisierter Zoom und Focus
• LED Ringlicht
• AF auf Knopfdruck, Weißabgleich
• Programmierbare Voreinstellungen
• In mehrere Richtungen schwenkbares Stativ
• Systemkontrolle durch PCSoftware IRSoft 4.X
Prozessvisualisierung
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Genaue Bauteilplatzierung:
• Z-Bewegung: +/- 0,01 mm
• Drehung: +/- 0,02 °
• X-Y Bewegung: +/- 0,01 mm(Leiterplattentisch)
• Abstand zur Oberseite: 60 mm
• Große Auswahl an Saugdüsenverfügbar
• 4 seitige LED Beleuchtung, regelbar
• Bauteil-Zentrierungsstelle(10 x 10 bis 60 x 60 mm) optional
PL 650 A – Präzisions-Platzierungsmodul
Bauteilplatzierung
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Herausforderungen für die Nacharbeit!
HybridHybrid
Bleifrei Rework an kleinen und mittleren SMDs …
● Pinzetten können das Bauteil thermisch überlasten
● Heißluftsysteme können Nachbarbauteile wegblasen
● Kurzwellige IR Werkzeuge können Bauteile überhitzen
● Reparatur im Gehäuse ist mit Rework Systemen
unmöglich
● Knappe Budgets, wenig Platz am Arbeitsplatz
…
ERSA hat sich diesen Herausforderungen gestellt.
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ERSA präsentiert die Hybrid Technologie für feine Rework Aufgaben
Hybrid Technologie:Hybrid Technologie:Kompakt Kompakt ReworkRework
neu definiert neu definiert
HybridHybrid
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ERSA Hybrid Rework HR 100
Platzbedarf:nur 200 x 260 mm
& 211 x 220 mm
0IRHR100A-HP
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Bauteilsicherheit & Rework Geschwindigkeit optimiert
°C
T s
*IPC
Sicheres IR
Heißluft
*IPC empfiehlt bis max. 4°C/s Temperaturanstieg
TechTech--nologienologie
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Hybrid Tool – Funktionselemente (1)
TechTech--nologienologie
HybridAdapter
HybridHeizelement
ErgonomischerHandgriff
GebläseLEDHeizanzeige
Start / StoppTaster
Hybrid Tool mit 200 Wkombinierter Infrarot- & Konvektionsheizung; ein Positionslaser ist im Handgriff integriert.
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Hybrid Tool – Funktionselemente (2)
HybridAdapter
HybridHeizelement
ErgonomischerHandgriff
LaserPointerGebläse
LEDHeizanzeige
Start / StoppTaster
TechTech--nologienologie
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Hybrid Adapter in 3 Größen
Drei austauschbare Hybrid Adapter im Lieferumfang.
TechTech--nologienologie
Ad1: 20 x 20 mm Ad2: 10 x 10 mm Ad3 6 x 6 mm
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Kompakt & leicht zu bedienen
HR 100A Regelstation steuert das Hybrid Tool, integrierte Vakuum Pumpe & VacPen, mit Werkzeugablage & K-Typ TC Eingang sowie Mini USB Interface zum Anschluss an einen PC
TechTech--nologienologie
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Rework Anwendung: Bauteilentlötung im Gehäuse
AnwenAnwen--dungendungen
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Rework Anwendung: SMD Chips auf dicht bestückten Platinen
SMD entfernen / ersetzen OHNENachbarbauteile wegzublasen!
AnwenAnwen--dungendungen
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Rework Anwendung: sicher & einfach
AnwenAnwen--dungendungen
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Rework Anwendung: geregelte IR Untenheizung
AnwenAnwen--dungendungen
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Rework Anwendung: Wiederholbarkeit durch Festanschlag
Z-AchseAnschlag
AnwenAnwen--dungendungen
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Rework Anwendung: Geregelter Betrieb mit AccuTC
AnwenAnwen--dungendungen
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Das optional erhältliche Kühlgebläse kühlt die Baugruppe nach demReflowprozess ab. Platinenhandhabung und Zuverlässigkeit derLötstelle verbessern sich.
Rework Anwendung : Optional erhältliches Kühlgebläse
AnwenAnwen--dungendungen
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Neu Stativ für HR 100 A
Stativ für Hybridtool:Beide Hände frei!
Bestellnummer:0IRHR-ST050
Listenpreis: 295,-€
● Höhenverstellung
● schwenkbar
● neigbares Werkzeug
● Leiterplattenhalterungmit drei Magnetpins
● ESD sicher
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HR 100 A - Hybridtechnik!
??
• Geschwindigkeit im Reworkzyklus
• Geringe Kosten & platzsparend
• Reparatur im Gehäuse
• Flexibilität & Prozesssicherheit
• Prozessstabilität & Wiederholbarkeit
• Einfache Bedienung
• Effektive Anwenderschulung
• Software Unterstützung
• Dokumentation & Verfolgbarkeit
• Qualifizierung (Inspektion)
Heutige Anforderungen im Rework Prozess
MarktMarktTrendsTrends
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Price Power
Board Size H
andling Performance
Welches ist das richtige System für mich?
IR/PL 650A
IR/PL 550A
HR 100 A
HR/HP 100A
Mobile telephone up to medium size PCBs; 0201s up to 20mm x 20mm SMDs:the 200 W Hybrid tool can heat larger components on large PCBs but this takes longer without bottom heater!
Very light up to medium mass PCBs & components.The 200 W Hybrid tool can heat heavier mass components & PCBs but this takes longer due to no bottom heater!
• Hand held only; very easy to use• Very flexible due to hand held• Manual Vac Pen included for componentlift off.
• 100 % Operator dependant.• Low Operator skill required; manual skills only
ab € 2,000
Mobile telephone up to medium size PCBs; 0201s up to 20mm x 20mm SMD:the 1000 W system can heat larger components on large PCBs using bottom heater!
*Optimal max. PCB size: Up to 125 mm x 125 mm
Very light up to heavy mass PCBs and components; With the powerful 800W bottom heater, all types of applications can be reworked.
**Optimal for low cost rework of small but heavy mass PCBs and metal carriers.
• Hand held or use within the tool & PCB holder.
• Manual Vac Pen for component lift off.• simple closed loop control of linear profiles via IRSoft software
• Less Operator dependant because of stand; no need to hold tool manually
• Low Operator skill required;manual skills only
ca. € 4,500
Mobile telephone up to double Euro-card size. Components up to 60mm x 60mm. 40mm x 40mm maximum placement size:*Optimal max. PCB size:Up to 135 mm x 260 mm
All types of boards and mass.
**Optimal for medium size PCBs with heavy ground planes
• True closed loop selective reflow process.• Integrated vacuum pipette for component lift off.
• Fully automated temperature process.• Motorized placement w/pressure
drop-off • Low Operator skill required; limited computer skills
IR 550:ab € 9,500
IR & PL kplt:ca. € 27,500
All board sizes, components up to 60mm x 120mm. 60mm x 60mm maximum placement size:*Optimal max. PCB size:Up to 560 mm x 460 mm
All types of boards and mass.
**Optimal for large size PCBs with heavy ground planes
• Multi-True closed loop selective rework• Integrated vacuum pipette for component lift off after de-soldering
• Fully automated reflow process& cooling
• Semi-automated placement.• Low Operator skill required; limited computer skills
IR 650:ab € 24,000
IR & PL kplt:ca. € 47,000
Platinen & SMD Größe Platinen & SMD Masse Handling & Benutzerfähigkeit Budget
4600W
1000W
200W
*Optimal max. PCB size is size of bottom heater! **Optimal PCB & SMD mass depends on total system power of top & bottom heaters (Watts)
1600W
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Welches System für welche Anwendung?
HR 100 A
HR/HP 100A1000W
Mobiltelefone & Digitalkameras
Kleine Chips & SMD: 0402 & 0201’s
Metallische Teile & Keramiksubstrate
Unförmige SMDs Reparatur im Gehäuse
Und oben erwähnte!
PTH BauteileAbschirmungen & metallische Rahmen
200W
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IR/PL 550:
SMDs bis 60mm x 60mm;40mm x 40mm max. Platzierung; ideale Platinengröße:~ 135 mm x 260 mm
Welches System für welche Anwendung?
IR/PL 650A
IR/PL 550A1600W
4600W
Eingebaute Lötstation
Eingebaute Lötstation
Beide Systeme IR/PL 550 & IR/PL 650 sind für die unten dargestellten Anwendungen geeignet. Platinen und Bauteilgröße sind die differenzierenden Faktoren.
IR/PL 650:
SMDs bis 60mm x 120mm;60mm x 60mm max. Platzierungsize; max. Platinengröße:bis 560 mm x 460 mm
Typische Anwendungen:
stacked BGA (RAM, DIMM module), abgeschattete BGAs, mobile phone shields, aluminium composite, BGA with heat sink, LGA775 THT-socket, BGA on flex, BGA reworkable epoxies; plastic BGA processorsockets; Ultra Heavy Mass PGA; Large Plastic SMD Connector; Micro-FCBGA; BGA Plastic Socket; CSP, micro BGA; CGA withHeat Sink; 0201s, 0402s; non-bent leadedTHTs; BGA Re-balling, uvm.
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Die ERSA Rework Produktline
Leistung – Platinengröße – Automation
Leistung
Preis
IR/PL 650A
IR/PL 550A
1600W
4600W
HR 100 A
1000W
IRHR 100A-HP
200WProduktProdukt--
linielinie
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Reflow Prozess Kamera
Prozessbeobachtung für IR 550 A und HR 100 A!
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SMT / BGA Inspektionskriterien
ProcessProcess
Industrie StandardsIndustrie Standards& & InspektioskriterienInspektioskriterien
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IPC Electronic Workmanship Standard A-610: Sec. 12.2.5.6; J-STD-001
Standards haben, nach Standards prüfen, nach Standards fertigen!
Inspection of PLCC toe fillet under PLCCPicture: ERSA
Normal Inspection of PLCC
Picture: IPC
Sideview Inspection of PLCC corner joint
??
XX
!!
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StandardsStandards
Schlechte Benetzung
Source: ERSA, Frauenhofer, IPC
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Vergleich von Livebild und “Gut” & “Schlecht” Beispielen
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Flip Chip Inspektion: unter 50 µm Inspektion mit dem ERSASCOPE 2
BGA
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ERSASCOPE 2 plus – Überragendes Licht Management
Nur Gegenlicht Nur Frontallicht Beide Lichter
Getrenntes Einstellen von Front- und Gegenlicht
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ERSASCOPE 2 plus
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Vielen Dank fürIhre Aufmerksamkeit!
High Mix Repair –�flexible SMT Reparatur�und Inspektion��von Jörg Nolte��ERSA GmbH, Leiter Entwicklung�Rework, Inspektion &Heutige Anforderungen für flexible Rework ProzesseDie ERSA Rework ProduktlineWelches ist das Richtige Rework System?Evaluierung iNEMI, für IR650AEvaluierung iNEMI, für IR650A – MessprotokpollEvaluierungsmuster für Mobiletelefon AnwendungDynamicIR & MultiTrue Closed Loop: In the PraxisPackage on Package (PoP)SD-RAM Austausch, THOMSON Broadcast & Media SolutionsSD-RAM AustauschSonderanwendungERSA Rework SolutionsReflow Prozesskamera für IR / PL 550 und 650PL 650 A – Präzisions-PlatzierungsmodulERSA Hybrid Rework HR 100Neu Stativ für HR 100 A�Heutige Anforderungen im Rework ProzessWelches ist das richtige System für mich?Welches System für welche Anwendung?Welches System für welche Anwendung?Die ERSA Rework ProduktlineReflow Prozess Kamera�Standards haben, nach Standards prüfen, nach Standards fertigen!Schlechte Benetzung �Vergleich von Livebild und “Gut” & “Schlecht” BeispielenFlip Chip Inspektion: unter 50 µm Inspektion mit dem ERSASCOPE 2ERSASCOPE 2 plus – Überragendes Licht ManagementERSASCOPE 2 plus