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Erhöhte Wirtschaftlichkeit PINK, Wertheim

Löten mit vakuumgestützter Verfahrenstechnik
Erhöhte Wirtschaftlichkeit PINK, Wertheim

Die VADU 300 von Pink ist ein Lötsystem mit vakuumgestützter Verfahrenstechnik, das Lötverbindungen ohne Voids für Pasten und Preform-Lote im Durchlaufverfahren ermöglicht. Da die Voids bzw. Lunker den thermischen Kontakt des aufgelöteten Bauteils mit dem Substrat oder des Substrats mit der Bodenplatte verschlechtern, stellen sie im Dauerbetrieb eine Gefahr für die Funktionsfähigkeit des Bauteils dar und sind somit zu vermeiden.

Lunkerfreie Lötverbindungen gewährleisten, dass Wärme schnell und effizient abtransportiert werden kann, so dass eine Überhitzung der Elektronik vermieden wird. Das inlinefähige Lötsystem VADU 300 lötet sowohl großflächige Leistungsmodule als auch massearme SMT-Baugruppen voidfrei und reproduzierbar. Dieses ist für Pasten und Preform-Lote im Durchlaufverfahren durch ihre flexible Prozessführung konzipiert. Das System besteht aus drei hintereinander angeordneten Edelstahl-Prozesskammern, in denen die entsprechenden Teilschritte des Lötprozesses völlig unabhängig voneinander ablaufen. Das Einschleusen der Charge mit einer anschließenden Vorbehandlung geschieht in der ersten Kammer, während in der zweiten bereits die Vorgängercharge gelötet wird und in der letzten Kammer die fertig gelötete Charge kontrolliert abgekühlt und ausgeschleust wird. Dabei werden die in einem Transferrahmen waagerecht liegenden Baugruppen von einem trockenlaufenden Transportsystem ruckfrei durch die Kammern befördert und genau positioniert.

Eine vertikal verfahrbare Heizplatte, gehalten auf einer vorwählbaren Temperatur von mindestens 400°C, wird von unten an die Lötcharge angekoppelt und heizt diese auf, wobei die Erfassung der aktuellen Temperatur des Lötguts über ein flexibles Thermoelement geschieht. Durch die Vorwahl einer Betriebstemperatur – deutlich über dem Liquiduspunkt des Lotes – der Heizplatte werden hohe Aufheizgradienten erzeugt, was ein Vorteil bei großen thermischen Massen bedeutet. Werden Temperaturen knapp über der Löttemperatur gewählt, sind die für SMT-Prozesse geforderten sanften Lötprofile mit sehr kleinen Temperaturgradienten auf dem Bauteil realisierbar. Hierbei ist eine Überhitzung der Bauteile grundsätzlich ausgeschlossen. Beide Möglichkeiten der Heizungseinstellungen erlauben hohe Durchsatzraten, geeignete Maßnahmen sorgen dafür, dass die Substrate plan im Lötrahmen liegen und ein optimaler Wärmeübergang gewährleistet ist.
Prinzip des Durchlauflötens
In der Einschleuskammer wird die Charge beladen und anschließend durch verschiedene Evakuier- und Spülzyklen mit Schutz- oder Inertgas konditioniert. Damit wird einerseits eine Vorreinigung der zu lötenden Serie erzielt, andererseits ein Restsauerstoffgehalt der Kammeratmosphäre von < 5 ppm gewährleistet. In der Lötkammer wird die Produktserie auf die gewünschte Löttemperatur gebracht. Diverse Evakuierungsschritte mit definierten Aktivierungen mit Formier- oder Schutzgas zur Reduzierung der Lötgutflächen bei niedrigen Temperaturen gewährleisten ein lunkerarmes bzw. –freies Lötergebnis. Der Wärmeeintrag bleibt auch während der Evakuier- und Spülzyklen erhalten, die Lotschmelze kühlt nicht ab und die flüssigen Lote entgasen optimal. Die Temperatur der Lötcharge wird unmittelbar erfasst und kann von der Steuerung ausgewertet werden, wobei der Aufschmelzprozess des Lotes durch Schaugläser an der Lötkammer beobachtbar ist. Kammereinbauten, Prozess- und Verfahrenstechniken sowie eine effektive Abscheideeinrichtung verhindern das Verschmutzen der Prozesskammern innen durch kondensierende Flussmittelrückstände, so dass der Wartungsaufwand des Lötsystems vermindert wurde. Die kontrollierte Abkühlung in der dritten und letzten Kammer erfolgt über eine wassergekühlte Platte, deren Kühlwirkung durch eine softwareseitig aktivierbare Konvektionskühleinheit unterstützt werden kann. Die Abkühleinheit ist vorwählbar und verhindert Kälteschocks des Lötgutes.
Weitere Features
Die Betriebskosten der Anlage sind gering, da diese durch die kleinen Kammergrößen wenig Standfläche braucht und die benötigte Energie gezielt für die Heizung und Kühlung der Lötcharge aufgewendet wird. Die Prozessführung ist durch das voneinander unabhängige Einregeln der Atmosphären und Temperaturen flexibel, so dass bei einem Produktwechsel eine Unterbrechung der Produktion nicht nötig ist. Es können also Produkte, die unterschiedliche Lötprofile erfordern, direkt hintereinander gefahren werden. Auch sind alle Prozesse, Temperaturen und Atmosphären ohne eine gegenseitige Beeinflussung scharf voneinander abgegrenzt und damit einzeln steuerbar. Ein weiterer Vorteil ist das im Inline-Betrieb unmittelbare Erkennen eines fehlerfreien Prozessablaufs nach dem Ausschleusen.
Die Steuerungs- und Visualisierungssoftware der Lötanlage erfolgt an einem Touchpanel, die Messdaten und Parameter können archiviert und für statistische Zwecke ausgewertet werden. Anhand der verfügbaren Daten kann auch während des Prozessablaufes das aktuelle Ergebnis kontrolliert und dokumentiert werden. Zu- und Abfuhr der Löt- reihen wird mit einem standardmäßig erhältlichen Transportsystem vorgenommen, so dass die Anlage in eine komplette Fertigungsstraße implementiert werden kann.
Resümee
Das vakuumgestützte Durchlauflöten ist ein zukunftsweisendes Verfahren, mit dem Reflowprozesse mit Zwischenevakuierungen und Aktivierungsschritten effizient abgebildet werden können. Optional sind eine Zwei-Kammer-Version sowie Erweiterungsmöglichkeiten erhältlich.
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