Perfektes Lichtmanagement dank moderner LED-Technologie

Effiziente Leuchtdioden für die Automobilindustrie, Medizintechnik und Power Electronics

Perfektes Lichtmanagement dank moderner LED-Technologie

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LEDs verändern die Welt des Lichtes: Sie haben einen wesentlich niedrigeren Energieverbrauch als herkömmliche Glühlampen, aber gleichzeitig eine längere Lebensdauer, sind wirtschaftlich und enthalten keine hochgiftigen Bestandteile wie Quecksilber. Im Bereich der Hochleistungsleuchten setzte die Automobilindustrie als eine der ersten Branchen auf diesen Trend und baute bereits Ende der 90er Jahre Scheinwerfersysteme in Fahrzeuge ein, die mit lichtemittierenden Dioden (LEDs) ausgestattet sind. Damit die neue Lichttechnologie einwandfrei funktioniert, muss insbesondere die durch die LED erzeugte Wärme zuverlässig abgeführt werden. Hier kommt Asetronics ins Spiel.

Anna-Katharina Peuker, Rehm Thermal Systems GmbH, Blaubeuren-Seißen

Asetronics mit Sitz in Bern produziert und entwickelt moderne Elektronik für Leuchtdioden und forscht kontinuierlich an Strategien zum besseren Temperaturmanagement. Erfolgreich ist das Unternehmen mit der Herstellung von Lichtmodulen für die Autoindustrie. Zum Sortiment gehören aber auch Straßenlampen und Gleisbeleuchtung, Arbeitslampen für Industrie, Labor und Büro sowie Operations- und Untersuchungsleuchten für den Medizinbereich – alles auf LED-Basis.
Qualität verbindet: Schweizer Präzision gepaart mit deutschem Maschinenbau
Bis 2004 gehörte Asetronics zum Produktionssektor des Telekommunikationsherstellers Ascom. In der Selbstständigkeit wurde dann mit den ersten LED-Applikationen mit Chip-on-Board-Technologie im Jahr 2006 erfolgreich durchgestartet. Diese Applikationen werden in Bremsleuchten, Blinker, Nebenscheinwerfer oder in das Tagfahrlicht von Fahrzeugen namhafter Automobilhersteller eingebaut. Bis heute ist Asetronics stark gewachsen und hat nun 190 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Rund 60 % des Jahresumsatzes werden allein mit LED-Leuchtmodulen für Autoscheinwerfer erwirtschaftet. Die Berner kooperieren mit Zulieferern bekannter Marken wie Audi, BMW, Daimler und Porsche.
Während noch vor einigen Jahren lediglich Premiumautos mit LED-Licht ausgestattet waren, gibt es mittlerweile selten Fahrzeuge, die nicht über diese moderne Beleuchtung verfügen. Mit dem unglaublichen Wachstum der Branche steigt auch der Druck. Jährlich werden rund 250 Millionen SMD-Komponenten bei Asetronics produziert. Die Schweizer bauen Produktportfolio und Fertigung stetig aus, halten die Qualität auf hohem Niveau und forschen auch an der Optimierung der Technologie. Um hier erfolgreich voran zu kommen, setzt man auf vielfältiges Know-how. Das bedeutet, das Unternehmen übernimmt nicht nur die Bestückung und Verarbeitung der Lichtmodule, sondern stellt auch die Metallkernleiterplatte für die LED selbst her. Dadurch ist es möglich, das Wärmemanagement zu optimieren und durch die eigene Forschung und Entwicklung kontinuierlich zu verbessern. „Ein ungenügendes Temperaturmanagement kann im Extremfall irreversible Schäden oder die Zerstörung der LED und der Baugruppe verursachen. Die lichtemittierende Diode strahlt nach vorne Licht und nach hinten Wärme ab, die möglichst schnell vom Chip weggeleitet werden muss. Bei Temperaturen über 150 °C degeneriert die empfindliche Diode“, erklärt Georg Schafer, Head of Turn Key Electronics bei Asetronics. Für ein optimales Temperaturmanagement befindet sich ein kleiner Wärmewiderstand zwischen dem Bauteil und der Leiterplatte sowie zwischen der Leiterplatte und dem Kühlkörper. Über Microvias kann die Wärme auf der Unterseite weggebracht und über den Kühlkörper abgeleitet werden. Der Kühlkörper funktioniert wiederum über die vom Unternehmen entwickelte Metallkernleiterplatte – eine winzig dünne Schicht aus Isolationsmaterial, welche die Wärme optimal spreizt und ableitet. Dies wird vor allem in Hinblick auf die zunehmende Miniaturisierung wichtig.
Beste Lötergebnisse für sensible Elektronik
In der Herstellung der sensiblen elektronischen Komponenten wird auf qualitativ hochwertige Anlagentechnik aus Deutschland vertraut. Um den Wartungsaufwand zu reduzieren und energieeffizienter fertigen zu können, rüstete das Unternehmen in den vergangenen drei Jahren komplett auf Reflow-Lötanlagen von Rehm Thermal Systems um. Heute sind drei Konvektionslötsysteme vom Typ VisionXP+ in der Produktion im Einsatz.
Die neueste Anlage ist mit Vakuum-Modul zur Reduktion von Voids in der Lötstelle ausgestattet und seit Oktober 2016 in Betrieb. Schweres Gerät war notwendig, um den 4.600-Kilo-Koloss in das Obergeschoss des Unternehmens zu befördern. Ein Aufwand, der sich gelohnt hat, denn das Vakuumlöten ist zu einem zentralen Bereich in der Elektronikfertigung geworden und gehört auch bei dem Schweizer Unternehmen zum festen Verfahren, um beste Qualität zu garantieren. „Gerade die Vakuumtechnologie ist ein großes Thema bei der Fertigung von sensibler Elektronik. LED-Hersteller fordern mittlerweile einen Voidanteil, der unterhalb von 15 % liegen muss. Mitunter ist die Toleranzgrenze bei einigen Produkten sogar noch geringer. Mit der neuen VisionXP+ Vac können wir diese Anforderungen nun zuverlässig und vor allem dauerhaft erfüllen“, betont der Gruppenleiter SMT Produktion Sven Schwalbach.
Die VisionXP+ liefert sichere Lötergebnisse, selbst bei hohem Durchsatz. Mit einem Unterdruck bis zu 2 mbar sind sogar Voidraten von unter 2 % realisierbar – ein großes Plus, vor allem für zukünftige Fertigungsanforderungen. Durch das optionale Vakuum-Modul kann je nach Produkt entschieden werden, ob die Vakuumtechnologie eingesetzt werden soll oder nicht. Dies erhöht die Flexibilität in der Fertigung enorm. „Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit der Anlagenvernetzung. Die Maschinen greifen auf eine gemeinsame Datenbasis zurück. Somit können identische Profile auf unseren Systemen laufen – ein nicht zu vernachlässigender Punkt im Hinblick auf Zeit- und Kostenersparnis bei der Produktion“, meint Philip Längsfeld, Vertriebsleiter Europa bei Rehm Thermal Systems.
Perfekte Ausleuchtung in der Arztpraxis und im Krankenhaus
Die positiven Eigenschaften der LED machen sich gerade auch im Bereich der Medizintechnik, einem weiteren wichtigen Standbein des Unternehmens, bemerkbar. Eine hohe Lichtqualität und eine natürliche Farbwiedergabe, tiefe Ausleuchtung, aber keine Schatten, intensives, klares Licht ohne zu blenden, eine hohe Leuchtdichte, aber geringe Wärmestrahlung – die Anforderungen an eine Medizinalleuchte sind hoch. Da ältere Leuchtmittel viel Wärme nach vorne abstrahlen und sich beispielsweise der Operationssaal dadurch extrem schnell aufheizt, wurde ein Beleuchtungskonzept entwickelt, welches vor allem für Chirurgen deutliche Vorteile bringt. „Die neue Generation unserer Operationsleuchten besteht aus LEDs, die im Hinblick auf Helligkeit, Farbtemperatur und Lichtfokus individuell reguliert werden können. Mit der LED wird die Wärme nach hinten weggeleitet. Somit ist die Leuchte im aktiven Zustand nicht wärmer als 35 bis 40 °C. Das Licht wird fokussiert gebündelt, schattenfrei und natürlich wiedergegeben. Darüber hinaus verfügt die Lampe über eine integrierte HD Kamera. Diese Bedingungen machen die Arbeit für behandelnde Ärzte und Operationspersonal viel angenehmer“, sagt Georg Schafer.
Zur Produktgruppe gehören außerdem Leuchten für Arztpraxen in verschiedenen Größen und Ausführungen. Optimales Lichtfeld und geringe Wärmeentwicklung sorgen beispielsweise dafür, dass der Zahn- oder Hautarzt den Untersuchungsbereich exakt ausleuchten kann, der Patient dabei aber nicht geblendet wird.
“Licht nach Bedarf”: Cleveres Konzept für Straßenlampen mit Zukunft
Im Jahr 2014 beteiligte sich Asetronics an einer Ausschreibung zur Neukonzeption der Straßenbeleuchtung im Kanton Bern – mit großem Erfolg.
Der Hersteller überzeugte mit dem Projekt „Licht nach Bedarf“. Das Unternehmen entwickelte hierfür ein neuartiges LED-Lichtmodulsystem für robuste Outdoor-Leuchten. Jede Straßenlampe ist mit einem Bewegungssensor ausgestattet, der das Licht ereignisorientiert steuern kann. „Fährt kein Auto, wird die Leuchtstärke auf 10 bis 20 % gesenkt. Nähert sich eine Person oder ein Fahrzeug, leuchten jeweils die nächste und zusätzlich drei weitere Lampen voll auf. So können 80 bis 90 % Energie gegenüber ineffizienten Altanlagen eingespart werden“, sagt Georg Schafer, Head of Turn Key Electronics im Unternehmen. Eine Leuchte besteht aus etwa 50 einzelnen LEDs. Diese lassen sich nicht nur ein- oder ausschalten, sondern sind individuell dimmbar. Einmal in Betrieb genommen, leuchtet die LED-Straßenbeleuchtung bis zu 20 Jahre lang, ohne ersetzt werden zu müssen. Bei einer herkömmlichen Straßenlampe muss der Leuchteinsatz etwa alle zwei bis drei Jahren ausgewechselt werden. Bern und Umland sind mittlerweile schon mit circa 3.500 der neuen Lampen ausgestattet. Weitere Gemeinden mit umfangreichem Straßennetz werden folgen.
Herausforderung: Miniaturisierung und Vernetzung
Wo liegt die Zukunft der LED-Technologie und wohin geht die Entwicklung? Wie in allen Bereichen der Elektronikproduktion macht sich auch in der Beleuchtungstechnologie der Trend zur Miniaturisierung bemerkbar. LEDs werden kleiner, effizienter und zu ganzen LED-Netzwerken bzw. Rastern zusammenfügbar. Zukünftig soll es LED-Chips geben, auf denen bis zu 64 einzelne Leuchtdioden platziert werden können. Diese so zu verarbeiten, dass sie später spezifisch ansteuerbar sind, ist eine große Herausforderung. Das Unternehmen forscht nicht nur kontinuierlich an der LED selbst, sondern macht sich auch die Optimierung der Verarbeitung und Anwendung zur Kernkompetenz. Hierbei steht immer wieder das Thema Wärmemanagement im Fokus. Dieses Streben nach kontinuierlicher Verbesserung, die Neugier auf technologischen Fortschritt und die Begeisterung, vorne am Markt mitzuwirken, verbinden Rehm und Asetronics und stellen die Weichen für die weitere erfolgreiche Zusammenarbeit. „Letztlich hat uns die große Innovationsfreudigkeit der Firma Rehm überzeugt. Hier sind wir auf einer Wellenlänge, denn auch Rehm entwickelt die Produkte kontinuierlich weiter und bietet Kunden als Global Player hohe Qualität und beste Serviceleistungen. Bisher sind wir sehr zufrieden mit den Produkten und gespannt auf neue Entwicklungen, vor allem im Bereich der Vakuumtechnologie“, sagt Georg Schafer abschließend.
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