HTS Soldering Update 19.11.2020 - W.Karpinski - CERN Indico

HTS Soldering
Update 19.11.2020

    W.Karpinski

Lötvorrichtung für HTS-Enden
                Heizstempel                 Heizring
Heizring                                                         Heizring mit Rundheizpatrone
                                          Endflange
                                                                 formschlüssig in einm Nut eingepresst.

                                                                         Heizpatrone

• Der Endflange wird über den Heizring auf 150°C vorgewärmt
• Der Heizstempel wird an der Lötstelle verschraunt und auf 190°C -200°C gebracht

  5.Nov. 2020                              W. Karpinski                                         2

Löten von den HTS Bänder auf die Endflange
• Gelötet wird mit einem 4 mm breiten 100 µm
  dicken In52 Sn48 Lötband
• Heizung für die Entflange
   – HotMicroCoil-Heizelemente :
            •   3mm x 3mm
            •   Min Biegeradius = 6 mm
            •   beheizte Länge =380 mm
            •   Gesamte Länge = 470 mm
            •   Leistung 200W
            •   Abgang einseitig
• Heizpatronen für den Stempel
     – 175 W
     – Ø 3,5 mm
     – Länge 32 mm
• 4 Temperaturregler incl. Display sollen von der
  AMS-02 Gruppe zur Verfügung gestellt werden

 19.Nov. 2020                                  W. Karpinski                3

Löten von dem Spulenkörper
 • HTS _Bänder werden mit den 4 mm breiten 100 µm dicken In52 Sn48 Lötbändern gelötet
 • HTS Bänder werden nicht vor dem Löten poliert oder gereinigt
 • Messingbleche werden mit der Sn42Bi57Ag1 Lötpaste gelötet
 • Die Spule samt dem Heizzylinder wird in der Horizontal-Richtung langsam mit einem Elektromotor
   gedreht
 • Nach der Peak-Phase muss schnell gekühlt werden. Vorschlag: Kühlen mit einer Wasserdusche
                           Bajonet-Temparatur-Sensor mit Feder
                                                                     Stromanschluß
Wie viele Spanner
wollen wir ?

                                                                 Achtung: an jeder Kante unbeheizte
                                                                 Zone von ~10 mm

                                                                  • Ø Innen = 122mm
                                                                  • Länge = 205 mm
                                                                  • Leistung= 2kW
 19.Nov. 2020                                 W. Karpinski                                            4

Reflow Profiles Sn42Bi57Ag1 & In52Sn48
                                           Heating Stage:
        Sn42Bi57Ag1                        A linear ramp rate of 0.5°-2.0°C/second allows gradual
                                           evaporation of volatile flux constituents.
                                           It also prevents unnecessary depletion of fluxing
                                           capacity when using higher temperature alloys
                                            Liquidus Stage:
                                            A peak temperature of 25°-45°C above
                                            the melting point of the solder alloy is needed to form a
                                            quality solder joint and achieve acceptable wetting due to the
                                            formation of an intermetallic layer. If the peak temperature
                                            is excessive, or the time above liquidus greater than the
                                            recommended time, flux charring, excessive
                                            intermetallic formation and damage to the board and
          In52Sn48                          components can occur.
                                            Cooling Stage:
                                            A rapid cool down of 2-4°C/second is desired to form a fine
                                            grain structure. Slow cooling will form a large grain structure,
                                            which typically exhibit poor fatigue resistance. If excessive
                                            cooling >4°C/second is used, both the components and the
                                            solder joint can be stressed due to a high CTE mismatch.

12.Nov. 2020                        W. Karpinski                                                   5

Heizvorrichtung für Löten von HTS Bender

                                                                          • 2 Heizplatten
                                                                          • In jeder Heizplatte:
                                                                             • 2 Heizpatronen
                                                                             • 1 x PT100
                               Wasserkanal                                   • Ein Wasserkanal zum Kühlen
                                                                          • 2 Temperaturregler
                                                                          • 5 kg Gewicht
                                                                          • Diverse Vorrichtungen zum
                                                                            Pastenauftrag und
                                                                            Positionierung der Bändern

   Wir brauchen einen Abzug für Flussmitteldämpfe, vielleicht ein anderer Arbeitsplatz (Reinraum?)

19.Nov. 2020                                       W. Karpinski                                       6

HTS-FR4-Spacer

• 10 Stück kosten 470€
• 90 Stück kosten 1200€
• Bestellen in zwei Schritten oder bestellen 90 Stück

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3 Layer HTS-Stack

               Thickness total ~ 230 µm

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