Alternative zu Wellen- und Reflowverfahren

Steffen Hilscher, Ecotec, St. Georgen

Beim Verbinden von Baugruppen mit Schaltern, Mikrofonen, Spulen, Kabeln und Steckverbindern müssen zahlreiche einzelne, elektrisch leitende Verbindungen hergestellt werden. Selektivlöten ist eine wichtige Alternative zu Wellen- oder Reflowlöten, um den zahlreichen an die elektrischen Verbindungen gestellten Forderungen zu entsprechen. Oft müssen die elektrischen Verbindungen zusätzlich kleine mechanische Belastungen, beispielsweise durch Zugkräfte an den Kabel- und Steckverbindern, aufnehmen.

Das bisher übliche manuelle Punktlöten ermöglicht eine hohe Flexiblität hinsichtlich wechselnder Bauteile, ist aber wegen des großen Personalaufwands unwirtschaftlich. Besser arbeitet man bei einer weitgehenden Automatisierung. Dafür eignet sich das Punktlöten mit Lötkolben. Die Automatisierung sorgt für zahlreiche weitere Vorteile. Zum einen können automatisierte Punktlötanlagen den Lötvorgang überwachen und damit die Qualität der Lötverbindungen sichern. Insbesondere bei elektrischen Verbindungen vonSicherheitsbauteilen, z.B. für das Anti-Blockier-System (ABS) in Kraftfahrzeugen, ist das unabdingbar. Da der Lötvorgang automatisch gesteuert wird, halten die automatisierten Punktlötanlagen alle zum Punktlöten relevanten Parameter konstant ein, auch im Dreischichtbetrieb. Die Punktlötverbindungen sind also unabhängig vom Geschick und der jeweils aktuellen Sorgfalt des Personals.

Trotz eines hohen Automatisierungsgrads ermöglichen zeitgemäße automatisierte Punktlötanlagen eine hohe Flexibilität hinsichtlich häufig wechselnder Baugruppen. Durch einfachen Wechsel von Vorrichtungen auf dem Aufspanntisch und Aufrufen von Parametersätzen an der Steuerung können die Punktlötanlagen innerhalb weniger Minuten umgerüstet werden.

Der umfassenden Anwendung automatisierter Punktlötsysteme standen allerdings bisher höhere Kosten und häufig die mangelnde Flexibilität für wechselnde Fertigungsaufträge entgegen. Damit Anwender auch beim Löten in kleinen und mittleren Serien die Vorteile des automatisierten Punktlötens nutzen können, hat Ecotec die universelle und flexible CNC-Punktlötzelle tiptronic entwickelt (Bild 1). Sie hat einen Arbeitsraum von 300 x 200 x 100 mm. Wesentlicher Vorteil ist, daß der Bediener die aktuell gelöteten Baugruppen auf einen Drehteller außerhalb des Arbeitsbereichs auf den Werkstückträger auflegt und die Lötzelle währenddessen ein anderes Board bearbeitet (Bild 2). Das sorgt für hohe Produktivität, weil die Taktzeiten der Punktlötzelle nicht durch das manuelle Bestücken der Werkstückträger beeinflußt werden.

Die kompakte, in vier Achsen gesteuerte Punktlötzelle positioniert den Lötkopf in drei linearen und einer rotierenden Achse. Durch die hängende Anordnung des Lötkopfs ist der Arbeitsraum frei zugänglich. Die Fahrwege betragen 350 mm in der X-, 320 mm in der Y- und 60 mm in der Z-Achse, der Schwenkwinkel 360°. Damit erreicht der Lötkopf optimal auch schwierige Lötstellen. Guten Kontakt zu den Lötstellen und damit zu-verlässige Lötergebnisse gewährleistet die sphä-risch aufgehängte, un-ter Federkraft in allen Raumrichtungen bewegliche Lötspitze. Mit 80W Heizleistung ermöglicht sie das rasche Löten auch voluminöser Bauteile.

Wahlweise ist ein ein- und mehrstufiges Punktlöten programmierbar. Bei letzterem wird nach dem ersten Abschmelzen von Lot die Lötspitze nachgesetzt und eine weitere Teilmenge Lötdraht zugeführt und abgeschmolzen. Das gewährleistet eine reproduzierbare Qualität der Punktlötverbindungen. Darüber hinaus gleicht es größere Toleranzen an den gelöteten Bauteilen aus. So entstehen sichere und stabile Lötverbindungen auch an Bauteilen mit groben Toleranzen. Ecotec rüstet die Punktlötzelle wahlweise für Lötdrahtdurchmesser von 0,5 bis 2 mm aus. So ist sie flexibel für ein umfassendes Spektrum an unterschiedlich großen Bauteilen einsetzbar.

Durch die Steuerung (SPS, kompatibel zu S5 von Siemens) mit NC-Funktionen ist die Lötzelle rasch und einfach zu programmieren und zu bedienen. Die Positionen und die Positioniergeschwindigkeiten gibt der Bediener über Parameter ein. Der Lötdrahtvorschub kann stufenlos von 0,5 bis 15 mm pro Lötstelle gewählt werden. Ebenso sind die Lot-Zufuhrgeschwindigkeit, die Löttemperatur zwischen 50 und 450°C, die Vorwärm- und die Nachwärmzeit programmierbar. Bei regelmäßig angeordneten Lötstellen muß der Bediener lediglich das Positionierbild im Teach-In-Verfahren eingeben, sämtliche Lötparameter werden automatisch für alle Lötpunkte übernommen. Ein frei programmierbarer Reinigungszyklus für die Lötspitze sorgt für optimale, hochwertige Lötergebnisse. Im automatischen Zyklus wird an einem Schwammwalzengerät die Lötspitze abgestreift und anschließend vorverzinnt. Als Option kann der Anwender die Parametersätze für die Punktlötzelle extern erstellen. Ecotec hat hierfür eine spezielle Software entwickelt. Sie arbeitet auf üblichen Personal-Computern. Vorteile dieser Programmierung sind zum einen die grafische und tabellarische Darstellung der Parametersätze. Zum weiteren kann der Bediener rasch und einfach bereits erstellte und auf Funktion gerpüfte Parametersätze kopieren und in andere Ablaufprogramme für die Punktlötzelle übernehmen. Die Daten überträgt er anschließend über eine serielle Schnittstelle vom Personal-Computer an die SPS.

Auf Wunsch läßt sich die automatisierte Punktlötzelle mit unterschiedlichen, spezifisch angepaßten Werkstückträgern und mit Bildverarbeitungssystemen für die automatische In-process-Qualitätskontrolle ausrüsten. Zur Integration in einen vollständig automatisierten Montage- und Fertigungsablauf konzipieren und realisieren die mechanischen und steuerungstechnischen Schnittstellen. Ohne zusätzlichen Kostenaufwand prüft Ecotec anwenderspezifische Werkstücke auf ihre Eignung zum automatisierten Punktlöten und ermitteln die praxisgerechten Lötparameter. Die kostengünstige, flexibel und universell einsetzbare Lötzelle stellt eine wirtschaftliche und produktive Punktlötautomatisierung für viele Bereiche der Elektrik- und Elektronikfertigung dar.

EPP 167