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1、 SMARTHEAT智能型烙铁符合ISO9000过程控制标准符合航天部QJ195090标准Metcal:智能电烙铁 最先进的焊接和返工电装烙铁 采采 用用 最最 先先 进进 的的 技术技术, 符合符合ISO9000的要求的要求 功率随焊点负载而变化温度恒定与操作人员经验无关 安安 全全 焊焊 接接. . 快快 速速 焊焊 接接. . 简简 易易 操操 作作. .形成可靠的焊点的必要条件形成可靠的焊点的必要条件 取决于烙铁头与焊接工件的接触温度 美军标规定美军标规定 焊接温度焊接温度 不得高于焊锡熔点不得高于焊锡熔点 38 (100 F)，停留时间为，停留时间为 15秒秒 焊点所需热量不应过量，
2、防止热损伤发生 由于焊点负载的大小不同，达到恰当温度由于焊点负载的大小不同，达到恰当温度 的热量也不同的热量也不同 焊接散热散热加热加热平衡点平衡点 传统烙铁的焊接技术功率恒定温度变化 Metcal焊接技术培训传统烙铁 烙烙 铁铁 头头 储储 存存 能能 量量 温温 度度 传传 感感 器器 连连 接接 控控 制制 部部 分分 加加 热热 体体Dumb-Heat CartridgeDumb-Heat Cartridge电热丝加热体电热丝加热体电源系统电源系统“人工人工” 温度补偿反馈回路温度补偿反馈回路“加热体加热体”线圈线圈电源系统电源系统SmartHeat “自身的自身的自身的自身的” ”
3、温度补偿反馈回路温度补偿反馈回路全接通或全断开全接通或全断开 满功率或无功率满功率或无功率 超调超调3 传统电烙铁的示意结构加热体与焊点之间能量传递通过储能方式来实现，而无法自动控制能量转换 能量转换关系图Qo 热热 能能 输输 出出 = Qs 储储 存存 + Qi 热热 量量 产产 生生.( 热热 能能 存存 储储 在在 烙烙 铁铁 头头)( 热热 能能 输输 出出 给给 焊焊 点点)( 加加 热热 体体 产产 生生 热热 能能) 焊焊 点点 L 电热芯电热芯“ 传传 统统 的的 焊焊 接接 技技 术术 依依 赖赖 于于 热热 能能 存存 储储 在在 烙烙 铁铁 头头 内内.” 电热芯与焊点
4、为独电热芯与焊点为独立立的两部分，无过程控制的两部分，无过程控制T1T2烙铁头Q0QIQSTAV烙铁头烙铁头加热器加热器热电偶热电偶TC控制器控制器输入功率焊点Ta 实际温度传统电烙铁温度控制图设置温度 T （手动 传统型焊接烙铁n 传传 统统 型型 烙烙 铁铁 是是 功功 率率 恒恒 定，定， 能能 量量 储储 存存 在在 烙烙 铁铁 头头 上上 - 其其 功功 率率 不不 会会 随随 焊焊 点点 所所 需需 热热 量量 不不 同同 而而 相相 应应 变变 化化n 温温 度度 需需 要要 手手 动动 调调 节节 - 操操 作作 者者 会会 改改 变变 其其 焊焊 接接 工工 艺艺n 由由 于
5、于 电电 路路 板板 所所 需需 热热 量量 变变 化，化， 操操 作作 者者 不不 得得 不不 采采 用用 较较 高高 的的 温温 度度 进进 行行 焊焊 接接 - 造造 成成 对对 电电 路路 板板 和和 元元 器器 件件 的的 过过 热热 损损 坏坏 传统烙铁n采采 用热用热 电电 偶偶 (TC) 或或 传传 感感 器器 来来 监监 测测 电热电热芯芯 的的 温温 度度; 由由 于于 烙烙 铁铁 头头 与与 电热芯之电热芯之 间间 的的 距距 离离 - T T 实实 际际 测测 出出 的的 温温 差差 很很 大大n当当 烙烙 铁铁 头头 接接 触触 到到 焊焊 点点 温温 度度 下下 降
6、降, 电热芯电热芯 对对 烙烙 铁铁 头进头进 行行 温温 度度 补补 偿偿 - 补补 偿偿 温温 度度 会会 超超 过过 预设预设 定定 的的 温温 度度 而而 造造 成成 温温 度度 过过 热热n 焊焊 接动接动 态态 过过 程程 中中 烙烙 铁铁 头头 的的 实实 际际 温温 度度 与与 预预 设设 定定 温温 度度 差差 别别 会会 很很 大大 - 造造 成成 焊焊 接接 时时 损损 坏坏 器器 件件 或或 造造 成成 假焊假焊传统焊接技术:焊接不安全n 控制的温度曲线呈正旋波振荡形n温度过高或过低n造成元器件和焊盘损坏过热损伤n焊接缺乏过程控制传统烙铁功率恒定，温度变化功率温度设置温
7、度温度超调温度超调温度超调温度超调热量n 升温慢n温度补偿慢n不宜更换烙铁头 传统 烙铁采用储能型技术:焊接速度慢 操作人员需要焊接技术培训烙铁手柄笨重烙铁系统需要定期校准- 热热 电电 偶偶 或或 传传 感感 器器 长长 期期 使使 用用 造造 成成 误误 差差 传统烙铁采用储能型技术:问题？SmartHeat Technology功率随负载变化温度恒定Metcal智能型烙铁世界知名用户Many leading manufacturers enjoy the cost savings and process control available with SmartHeat technolog
8、y:HEWLETT-PACKARDINTELMOTOROLASOLECTRONSIEMENSHITACHIBOEINGGEC MARCONINOKIAFLUKEIBMLORALFUJITSUCHRYSLERSEAGATEHUGHES AIRCRAFTU.S. ROBOTICSCOMPAQBELLLUCENTDumb-Heat CartridgeDumb-Heat Cartridge电热丝加热体电热丝加热体电源系统电源系统“人为设计的人为设计的” 温度补偿反馈回路温度补偿反馈回路SmartHeat CartridgeSmartHeat Cartridge“加热体加热体”线圈线圈电源系统电源系统S
9、martHeat “自身的自身的自身的自身的” ” 温度补偿反馈回路温度补偿反馈回路瞬间功率补偿瞬间功率补偿 补偿功率适负载大小而定补偿功率适负载大小而定 不会出现温度超调不会出现温度超调开或关状态开或关状态 衡定功率或无功率补偿衡定功率或无功率补偿 功率补偿过度功率补偿过度3智能型烙铁的技术自适应系统，无外加温控电路 智能型烙铁的技术(r*r*Cp) * (Acs*L) * (Tav( t) - Tav)/ t(T2 (t) - T1 (t)(C1 + L(Acs*K) + C2)Qo热热 量量 输输 出出 = Q 储储 存存 + Qi热热 量量 产产 生生.“ 热热 量量 不不 是是 先先
10、 储储 存存 在在 烙烙 铁铁 头头 上上, 而而 是是 由由 加加 热热 体体 直直 接接 将将 热热 能能 供供 给给 到到 焊焊 点点 上上. 加加 热热 快快, 并且并且 焊焊 接接 温温 度度 低，低， 焊焊 接接 安安 全全.” 烙铁头 感应线圈 加热体 连接头 轻巧手柄 自适应的烙铁头(详见下图)SmartHeat TechnologySmartHeat Technology- 导磁率导磁率, m m 什么是导磁率?将一非磁性材料插入线圈中，磁场不会受影响如将一磁性材料棒插入磁场中，则磁场密度将增加磁性材料的导磁率m远大于非磁性材料的导磁率m导磁率定义为材料改变磁通量的能力B=磁
11、通密度，H外磁场非磁性材料的导磁率1 9m m = B / HNS马蹄形磁铁马蹄形磁铁磁场磁场, H10SmartHeat Technology- 导磁率导磁率, m m11SmartHeat Technology - Permeability, m m = B / HH 磁场磁场磁性材料：磁性材料：磁性材料：磁性材料： 如铁镍合金如铁镍合金 FeNi m m 1B 磁场密度磁场密度H 磁场磁场非磁性材料：非磁性材料：非磁性材料：非磁性材料： 如铜如铜m m = 1B 磁场密度磁场密度 每个原子象个磁性材料带有磁极性每个原子象个磁性材料带有磁极性“南南”，“北北”极性极性 原子的磁性强度称为原
12、子的磁性强度称为 M磁矩磁矩pnpne-e-NS12 SmartHeat Technology - 磁性材料磁性材料 如果所有的原子如果所有的原子“M”磁性极性相同磁性极性相同 这种材料称作：这种材料称作：Ferromagnetic 磁性材料磁性材料 如果所有的原子如果所有的原子“M”磁性极性无序排列磁性极性无序排列 这种材料称作：这种材料称作：Paramagnetic 非磁性材料非磁性材料13M 0M = 0SmartHeat Technology - 原子磁矩原子磁矩 M 直流电直流电 I, 通过导线其电阻值为通过导线其电阻值为 R. 根据公式根据公式P = I2R，导线被加热导线被加热
13、直流电流均匀通过导线截面积直流电流均匀通过导线截面积A. 截面积截面积 A越小越小, 产生热量越大产生热量越大!SmartHeat TechnologyElectrical Heating-直流直流IDCAL5A6SmartHeat TechnologyElectrical Heating-交流交流 当交流电流当交流电流I 通过导线时通过导线时,其电阻值为其电阻值为 R. 由于导线内，外层的由于导线内，外层的“磁屏蔽磁屏蔽”效果，电流沿导线外表面流过效果，电流沿导线外表面流过 “magnetic shielding” 因为截面积因为截面积A小于小于A, 所以导线加热大于直流电情况所以导线加热大
14、于直流电情况.IACAAAA趋趋 肤肤 效效 应应 深深 度度, ds 趋趋 肤肤 效效 应应 深深 度度 取取 决决 于于 频频 率，率， 电电 阻阻 功功 率率, 磁磁 导导 率率 ds = k ( r r / m m f ) k, r r, f 为为 常常 数数 增增 大大m m m m 得得得得 到到到到 越越越越 小小小小 的的的的 趋趋趋趋 肤肤肤肤 效效效效 应应应应 深深深深 度度度度81 ds (=63% 的的 电电 流流)A2 ds (=86% 的的 电电 流流)3 ds (=95% 的的 电电 流流)趋肤效应深度：ds=k(/f)=被加热体的电阻率该被加热体的相对导磁率f
15、=交流频率 当磁性材料当磁性材料 为为 铁铁 磁磁 体体 变成变成 顺顺 磁磁 体体 时时 材料材料 的的 物物 理理 特特 性性 决决 定会产生一特定的温度定会产生一特定的温度 这种材料转变时产生的温度称作这种材料转变时产生的温度称作 居居 里里 温温 度度, TC14M温度温度0K0 居居 理理 温温 度度, TC 铁铁 磁磁 体体 顺顺 磁磁 体体; M = 0Large MSmartHeat Technology - Magnetic Materials17MTemperature0K0Curie Temperature, TCFerromagnetic磁性材料磁性材料Paramagn
16、etic 非磁性材料非磁性材料M 0 大大 m m 较小的趋肤效应深度较小的趋肤效应深度 SD 产生高热度产生高热度 或或 功率功率M=0 m m=1 Large SD 较低热度较低热度 或或 功率功率SmartHeat Technology - Magnetic Materials 趋肤效应&居里温度点1. Metcal 的的 烙烙 铁铁 头头 包包 括括 了了 采采 用用 专专 利利 技技 术术 设设 计计 的的 加加 热热 体体 。 加加 热热 体体 是是 由由 内内 层层 为为 非非 产产 生热生热 量量 的金的金 属属 铜铜 材材(non-heating) 和和 外外 层层 为为 产
17、产 生生 热热 量量 的的 磁磁 性性 合合 金金 材材 料料 heating) 组组 成。成。 线线 圈圈 铜铜 制制 材材 料料 磁磁 性性 材材 料层料层 芯为铜质材料芯为铜质材料2. M 0 磁矩大于磁矩大于 0 时，趋肤深度时，趋肤深度 ds 很小很小,电阻电阻 R增加增加, 温度上升温度上升M0 - 大大 大大 ds 小小 - As 小小 R 大大 P 大大 H (热量热量) 大大 - T (温度温度)上升上升 外外 层层 磁磁 性性 合合 金金 材材 料料( 产产 生生 热热 部部 分分) 激激 励励 线线 圈圈 趋肤效应&居里温度点T ds 大大 As 大大 R 小小 -P 小
18、小 H 小小 T 下降下降温温 度度 升升 高高 至至 某某 一一 点点 即即 磁磁 性性 合合 金金 材材 料料 本本 身身 固固 有有 的的 物物 理理 温温 度度 居居 理理 温温 度度 （Curie Point (TC), 磁磁 性性 合合 金金 材材 料料 变变 成成 非非 磁磁 性性 材材 料料 时，时， 趋趋 肤肤 效效 应应 消消 失，失， 这这 是是 电电 流流 将将 会会 通通 过过 低低 阻阻 抗抗 的的 内内 层层 非非 产产 生生 热热 能能 的铜的铜 质质 材材 料料 (non-heating)。T TC 外外 层层 磁磁 性性 合合 金金 材材 料料 趋肤效应&居
19、里温度点 激激 励励 线线 圈圈 内内 层层 铜铜 质质 材材 料料4. 当当 烙烙 铁铁 头头 冷冷 却却 温温 使使 其其 度度 低低 于合于合 金金 材材 料料 的的 居居 里里 温温 度度 点点 时，时， 合合 金金 材材 料料 将将 恢恢 复复 其其 磁磁 性，性， 趋趋 肤肤 效效 应应 立立 即即 恢恢 复，复， 开开 始始 另另 一一 个个 加加 热热 周周 期。期。T TC 外外 层层 磁磁 性性 合合 金金 ( 再再 次次 加加 热热) 趋肤效应&居里温度点5.因此，烙铁头的自适应的温度变化范围非常接近居里温度点CuriePoint,总是保持在一个恒定的温度范围(温度误差+
20、/-2C).由于烙铁头的温度是恒定的，热能不是储存在烙铁头上(不同于传统式烙铁),所以SmartHeat烙铁将可将功率DirectPower直接送到焊点上去。 激激 励励 线线 圈圈 铜铜 质质 材材 料料 和和 磁磁 性性 合合 金金 材材 料料 ( 加加 热热 周周 期期) 趋肤效应&居里温度点“SmartHeat-ing” SmartHeat智能型烙铁头一但接触到焊点负载会立即将焊点所需的能量马上输送给焊点焊点所需的温度确定了整个焊接过程控制。这是与传统烙铁通过对烙铁头采取储能方式有着质的区别。SmartHeat Technology - Heat GenerationHeat or P
21、owerTemperatureTCLots of Heat Generated产生较小的热量产生较小的热量Not much Heat GeneratedT TC1819SmartHeat Technology : SmartHeat-ingT TC 加热至加热至 T TC 冷却至冷却至 T TC The wire “switches” from heating to cooling and back again! “Switching” rate = frequency of the power supply! 导体趋于热平衡点导体趋于热平衡点导体趋于热平衡点导体趋于热平衡点 非常接近非常接近
22、非常接近非常接近 居里温度居里温度居里温度居里温度. .20功率功率温度温度RTTC1233a4566aHeat In Heat OutTip HeatsHeat In = Heat OutHeat In = Heat Out温度动态平衡点温度动态平衡点温度动态平衡点温度动态平衡点SmartHeat Technology : SmartHeat-ing23功率功率温度温度RTT TCT TC闲置温度闲置温度Soldering Operation焊接操作时温度区焊接操作时温度区TIDLETLOAD负载时功率负载时功率空载时功率空载时功率SmartHeat Technology : SmartHe
23、at-ing24功率功率温度温度RT: SmartHeat-ing SmartHeat Technology 温度危险区温度危险区L L N NJ BJ BSmartHeatSmartHeat试验数据I电烙铁电烙铁 类型类型 闲置温度闲置温度 由闲置温度达到全部由闲置温度达到全部 焊接负载要求温度所需时间焊接负载要求温度所需时间Metcal SP-200 智能型智能型 330 150秒秒PACE ST20 传统型传统型 330 204秒秒Weller EC2002 传统型传统型 330 245秒秒Hakko 926 ESD 传统型传统型 330 316秒秒试验数据II电烙铁电烙铁 类型类型 达
24、到全部焊接负载达到全部焊接负载 闲置温度闲置温度 需要温度的时间需要温度的时间Metcal SP-200 智能型智能型 150秒秒 330PACE ST20 传统型传统型 150秒秒 350Weller EC2002 传统型传统型 150秒秒 380Hakko 926 ESD 传统型传统型 150秒秒 408传统电烙铁温度需效准时间 3个月个月 6个月个月 9个月个月 12个月个月合合格格范范围围智能电烙铁温度需效准时间 2年年 4年年 6年年 8年年合合格格范范围围Metcal Direct Power 加加 热热 体体 烙烙 铁铁 头头: 本本 身身 就就 是是 传传 感感 器器 和和 加
25、加 热热 体体 安 全. 快 速. 简 单.Metcal:安全n 在在 较较 低低 温温 度度 条条 件件 下下 焊焊 接接n 输输 出出 功功 率率 与与 焊焊 点点 负负 载载 成成 比比 例例n 烙烙 铁铁 头头 材材 料料 的的居居 里里 温温 度度 决决 定定 了了 焊焊 接不接不 会会 过过 热。热。n 系系 统统 为为 非非 校校 正正 型，型， 稳稳 定定 的的 焊焊 接接 过过 程程 控控 制制n 减减 少少 操操 作作 人人 员员 的的 焊焊 接接 控控 制制 失失 误误Metcal:速度快n 只只 需需 打打 开开 电电 源源 开开 关关- 无无 其其 它它 控控 制制
26、钮钮n 更更 换换 烙烙 铁铁 头头 快快n 升升 温温 快，快， 温温 度度 补补 偿偿 快快n 焊焊 接接 速速 度度 快快 - 生生 产产 效效 率率 高高 使用简易n 系系 统统 体体 积积 小，小， 手手 柄柄 轻轻n 烙烙 铁铁 头头 和和 加加 热热 体体 为为 一一 体体 化化n 无无 需需 做做 任任 何何 系系 统统 校校 准准- 没没 温温 度度 补补 偿偿 传传 感感 器器 和和 热热 电电 偶偶n 容容 易易 更更 换换 烙烙 铁铁 头头n 焊焊 接接 工工 艺容艺容 易易 通通 过过 ISO 9000 认认 证证 产产 品品 概概 述述Metcal系统配置Smart
27、Heat Soldering & ReworkMX500SMT 返返 修修 焊焊 接接 解解 焊焊 接接SP200 焊焊 接接SMT 焊焊 接接SP440 解解 焊焊 接接 功功 率率 瓦瓦 数数: Metcal 的的 功功 率率 标标 定定 是是 表表 示示 输输 出出 功功 率率 瓦瓦 数，数， 而而 常常 规规 烙烙 铁铁 是是 标标 定定 系系 统统 的的 输输 入入 功功 率。率。 例例 如，如，40 瓦瓦 的的MX 系系 统统 相相 当当 于于 常常 规规 的的80100 瓦瓦 烙烙 铁。铁。Power Supply SpecificationsMX Series 40W, SMT
28、 和和 通通 孔孔 焊焊 接接 系系 统统 双双 输输 出出 口口 可可 连连 接接 普普 通通 焊焊 接接 手手 柄，柄， 镊镊 型型 烙烙 铁铁 手手 柄，柄， 外外 接接 气气 源源 吸吸 锡锡 枪枪 30 分分 钟钟 不不 使使 用用 自自 动动 关关 机机 功功 能能MX Handpieces 焊焊 接接/ 返返 修修 外外 接接 气气 源源 吸吸 锡锡 枪枪Talon 镊型烙铁镊型烙铁SP Series 32W 通通 孔孔 焊焊 接接 烙烙 铁铁 头头 适适 合合 各各 种种 通通 孔孔 焊焊 接接 和和SMT 的的“touch up” 焊焊 接接 SP200 50W 吸吸 锡锡
29、枪枪 低低 噪噪 音，音， 升升 温温 快快 轻轻 便便 型型 设设 计计 自自 动动 关关 机机 功功 能能 SP SeriesSP440World-class CustomersMany leading manufacturers enjoy the cost savings and process control available with SmartHeat technology:HEWLETT-PACKARDINTELMOTOROLASOLECTRONSIEMENSHITACHIBOEINGGEC MARCONIFLUKEIBMLORALFUJITSUCHRYSLERSEAGATEHUGHES AIRCRAFTU.S. ROBOTICSCOMPAQNOKIA
