In immer mehr Fahrzeugen lösen die LEDs konventionelle Glühlampen ab. Technische Vorteile wie kleinere Baumaße und längere Lebensdauer in Verbindung mit vielfältigen Design-Möglichkeiten bringen LEDs in immer mehr Bereichen der Automobiltechnik zum Einsatz. Ein durchaus erwägenswerter Sicherheitsaspekt ist die schnelle Reaktionszeit, wodurch vom ersten Moment über die volle Lichtkraft verfügt werden kann. Der geringere Stromverbrauch reduziert den Spritverbrauch und die Lichtmaschine wird geschont. Doch benötigen LEDs bei der Herstellung und Verarbeitung neben innovativem Equipment auch spezielle Prozesse in der Verbindungstechnik, um das zu halten, was sie versprechen.
Manfred Fehrenbach, Eutect GmbH, Dußlingen
Die Eutect GmbH im schwäbischen Dußlingen schafft Verbindungen in der selektiven Lötautomation und Verbindungstechnik für die Elektronikverarbeitung in der Konsumer- und Automotivebranche weltweit. Das Unternehmen entwickelt, fertigt und montiert bei seinen Endkunden Lötsysteme und Verbindungstechniken. Durch kontinuierliche Innovation schafft sich das Unternehmen seine Grundlage nachhaltigen Erfolges und ist stets den Anforderungen des Marktes gewachsen. Mit der langen löttechnischen Kernkompetenz aus der Automotive-Elektronikbranche stellt das Unternehmen die Verbindungstechnik für die high-power LED-Verarbeitung bereit.
Know-how in der Verbindungstechnik
Die LED-Aufbau-Verbindungstechnik kann mittels der selektiven Miniwellen-, der Laser-, Kolben-, Induktions- oder Thermodenlötung sowie dem Mikroschweißprozess erfolgen. Dabei stellt das Unternehmen seit mehreren Jahren zuverlässige LED-Verbindungsprozesse für LED-Bauformen namhafter Hersteller sowie Leiterplatten-, Flexfolien-Jumper-Anbindungen auf zugehörige LED-Kühlkörper zur Verfügung. Fertigungsgrundlage der Lötautomation für die kundenspezifische LED-Verbindungstechnik sind in den Stand-alone-, Rundtakt- oder Inline-Konzeptionen zu finden.
Die high-power LEDs werden typischer- weise auf Kühlkörper positionsgenau aufgeklebt, aufgeschraubt oder geklammert. Die kundenspezifische Verbindungstechnik zwischen LED und Anschlusstechnik ist für die jeweiligen Bauformen der LED-, Kühlkörper-, Leiterplatte-, Flexboard-Konfigura- tion durch Prozessevaluierung und Prozessbewertungen zu ermitteln. Insofern fließen die Ergebnisse aus Kundenwünsche und Erfahrungen ständig in die Produktentwick- lung ein, die Neuprodukte werden dementsprechend in enger Zusammenarbeit mit den Kunden entwickelt.
Lötverfahren für die LED AVT
Jede LED Verbindungs-Applikation verlangt die metallurgisch und physikalisch optimale Auswahl der zugehörigen Aufbau-Verbindungs-Technik (AVT). Hierfür werden die bekannten Lötverfahren in einer Prozess FMEA als Bewertungsmatrix gegenübergestellt, um potenzielle Schwachstellen zu finden. Ein Verfahren, das im Rahmen des Qualitäts- bzw. Sicherheitsmanagements zur Fehlervermeidung und Erhöhung der technischen Zuverlässigkeit eingesetzt wird. Für die optimale Prozessauswahl gehen je nach Anwendung die folgenden Merkmale in die Verfahrens-Entscheidungsmatrix ein: Prozesssicherheit, Abzugskräfte, Scher- und Pullkräfte, intermetallischer Strukturaufbau, Umweltbelastungsfähigkeit, elektrischer Widerstand, Wärmeeintrag, Prozessrobustheit, thermische LED-Belastung, Prozessbandbreite, Prozessflexibilität, Lotspaltgeometrie und kapillare Toleranzüberbrückung, verschiedene Pad-Finish-Designvarianten und Materialkombinationen, bleifreie Metallurgie, Taktzeit, AOI-inspektionsfähige Merkmale, Reproduzierbarkeit, Sauberkeit der Prozessstelle, schmauchfreie LED-Umgebung, Verarbeitung von Materialkombinationen und Produktvarianten mit dem gleichen Verfahrensansatz. Das Ziel ist ein Komplexverfahren für die LED-Variantenvielfalt zu realisieren. Hierbei ist zwischen berührenden und nicht berührenden Aufbau- und Verbindungstechniken zu unterscheiden. Die Prozessdatenerfassung ist für die LED-Verarbeitung ein Qualitätsmerkmal in der Produktion.
Die Aufgabenstellung entscheidet letztendlich über die Wahl des Lötverfahrens sowie -equipment. Eutect ermöglicht dies durch den umfangreichen Kompakt-Lötmodul-Baukasten für die Automobilelektronik. Frei programmierbare 3D-Prozesskoordinaten mit Lotabrisswinkel sowie gezieltem selektiven Flussmittelauftrag mit optionaler Flussmittel-Vorwärmtrocknung ergeben ein ganzheitliches Lötautomationskonzept für die Verarbeitung bedrahteter Komponenten.
So überzeugt die selektive LED-Miniwellenlötung durch die kontinuierlich fließen- de Lotschmelze, die den Wärmeübergang homogen und umlaufend auf die Lötstelle entsprechend der Lötgeometrie überträgt. Unterschiedliche thermische Massen von Flexfolien, IMS-LED oder LED-Kühlkörper, werden durch die hohe Wärmekapazität der kontinuierlich fließenden selektiven Lotschmelze ausgeglichen und prozesssicher mit intermetallischer Phase ausgeprägt. Dieses Verfahren arbeitet vorzugsweise von unten. Die AOI-Inspektion der Lötstellen ist durch die erkennbaren Meniskusstrukturen gut spezifizierbar.
Die Thermodenlötung wird vorzugsweise für die AVT von Flexfolien auf LED’s und Leiterplatten verwendet. Dabei wird auf ein vorhandenes Lotdepot mit einem Heißstempel aufgesetzt. Entsprechend den thermischen Massen und der typisch geforderten Planarität der homogenen Lötstellenausprägung ist die komplexe mechatronische SPC-Prozessüberwachung sorgfältig zu erfassen. Die Inspektion der verdeckten Lötstellen bedarf ausgewählter Bewertungsmerkmale.
Die Induktionslötung findet ihren Einsatz hauptsächlich für passive Bauteile-AVT von Flexfolien auf LEDs und Leiterplatten. Dabei wird über eine geregelte Lotdrahtzuführung oder auf ein vorhandenes Lotdepot mit einem Induktionskopf aufgesetzt. Entsprechend den thermischen Massen und der typisch geforderten homogenen Lötstellenausprägung ist die komplexe mechatronische -SPC-Prozess-Überwachung und Inspektion sorgfältig zu erfassen. Das oft sehr enge Prozessfenster lässt nur bestimmte Anwendungsgebiete zu.
Die Laserlötung eignet sich für die AVT von Flexfolien und Leiterplatten auf LEDs. Dabei wird auf ein vorhandenes Lotdepot oder mittels geregelter Lotdrahtzuführung die Laserenergie temperaturgeregelt eingebracht. Entsprechend den thermischen Massen und der typisch geforderten homogenen Lötstellenausprägungen ist die komplexe mechatronische SPC-Prozessregelung und -überwachung ausschlaggebend. Die AOI-Inspektion der Lötstellen ist durch die erkennbaren Meniskusstrukturen in vielen Fällen gut spezifizierbar.
Analytik zur AVT in den Grenzflächen
Für die Umweltsimulation und Analytik der AVT stehen verschiedene normierte Verfahren zur Verfügung. Die Grenzflächen werden optisch und mechanisch auf ihre Qualitätsausprägung bewertet. Dabei richtet sich die Qualitätsbewertung z.B. auf die Geometrie und Struktur der Lotfüllung, Benetzungswinkel, Leaching, Zustand der intermetallische Zone, eingelagerte intermetallische Phasen, Voids, Gaseinschlüsse und Hohlräume, Rissbildungen, Delaminierung, Lifting, Corner Cracking etc.
Mit dem Modulbaukasten des Unternehmens können sowohl Standard- als auch Spezial-LED- Verbindungstechniken mit zugehöriger Prozessüberwachung prozesssicher verarbeitet werden. Für die optimale Lösung der LED-Verbindungstechnik durch Evaluierung oder serienreife Fertigung von A-B-C-Mustern, steht ein technologisch umfangreiches und innovatives Technikum sowie Prozess-Consulting zur Verfügung.
SMT Hybrid Packaging
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Unsere Webinar-Empfehlung
Applikationen aus dem Bereich der Leistungselektronik gewinnen immer mehr an Bedeutung. Die Inspektion dieser Applikation lässt sich mit der bewährten Standardtechnologie der 3D-Messtechnik bewerkstelligen.
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