Laserlöten – Einfach, wirtschaftlich und geregelt

Durch die gute Fokussierbarkeit der Laserstrahlung ist der Energieeintrag örtlich sehr begrenzt und punktgenau. Eine schlanke Strahltaille ermöglicht auch ein Löten an schwer zugänglichen Stellen. Aus diesen Prozessvorteilen heraus wird das Laserlöten dann angewendet, wenn ein thermischer Einfluss auf benachbarte Bauelemente oder Gehäuseteile verhindert werden muss, oder wenn die zu lötenden Komponenten selbst temperaturempfindlich sind.

Ein optimierter Temperaturzeitverlauf ist beim selektiven Löten von großer Wichtigkeit, um fehlerlose Lötergebnisse und damit eine ideale Benetzung zu erzielen. Durch die schnelle Regelbarkeit der Ausgangsleistung ist man mit Diodenlasern in der Lage, die Löttemperatur exakt zu regeln. Dies kann im Zusammenspiel mit einer berührungslosen Temperaturmessung erfolgen, welche über ein in den Strahlengang eingespiegeltes Pyrometer realisiert wird.

Die Anforderungen an Qualität und Reproduzierbarkeit in der Elektronikfertigung können nur durch stabil automatisierte Verbindungstechniken realisiert werden. Diese erfordern neben der Modifizierung vorhandener Technologien auch die Kombination von autarken Prozesssystemen zu intelligenten und modularen Komplettsystemen. Eine interdisziplinäre Kompetenz bezüglich Prozesstechnologien und Systemfunktion ist daher Voraussetzung für Prozesssicherung, höchste Effektivität und Wertschöpfung im Verbindungsprozess. Mithilfe des Pyrometers wird der Wärmeeintrag des Lasers auf die produkt- und prozessspezifischen Anforderungen in Echtzeit im kHz Bereich geregelt und für die Qualitätssicherung erfasst.

Der selektive Lötprozess mit Diodenlaser erfordert Zusatzwerkstoffe wie bspw. Lotdraht und Lotpaste. Eine bewährte Zusatzlotbereitstellung ist die Zuführung von Lotdraht. Um einen reproduzierbaren, stabilen und qualitativ hochwertigen Prozess herzustellen, sollte dieser, ähnlich wie die Laserlichtquelle, nicht gesteuert sondern geregelt sein, also als Regelgröße in der Echtzeitkommunikation als Schlüsselparameter genutzt werden können. Geregelte Drahtzufuhr bedeutet, dass die Zufuhr, sobald der Draht auf einen Widerstand der Prozessoberfläche stößt, oder mit einer zuvor definierten Kraft auftrifft, kontrolliert wird und im Bedarfsfall automatisch stoppt. Somit werden Bauteiltoleranzen überbrückt, ein Drahtknicken verhindert und gleichzeitig für jeden Prozess ein optimaler Referenzpunkt definiert. Es lassen sich kontrollierte, reproduzierbare Mengen an Draht geregelt in die Prozessstelle fördern.

Die intelligente Kombination von temperaturgeregelten Diodenlasersystemen und der geregelten Drahtzufuhr ergeben Verbindungsprozessmodule, die den hohen Prozess- und Qualitätsansprüchen moderner Fertigungen gerecht werden.

Um die Stärken der modularen Schlüsselprozesse zu vereinen, lassen sich die Prozessparameter prozesspunktspezifisch und mit dem Fokus auf eine besonders intuitive Bedienung sehr einfach über eine einzige Mensch-Maschine-Schnittstelle an einem Touchpanel verändern, beobachten und protokollieren. Die so grafisch darstellbaren Temperaturprofile lassen sich frei definieren und dienen dem Regelkreis bestehend aus Pyrometer und Diodenlaser als Sollvorgabe. Um den Lötprozess vollständig reproduzierbar zu gestalten, lassen sich im Regelkreis des Zusatzwerkstoffes die Drahtvorschubgeschwindigkeit, die Drahtmenge und die Drahtanpresskraft neben weiteren Parametern intuitiv editieren. Das Duo aus Laser und Drahtvorschub lässt durch die intelligente Kombination und grafische Darstellung aller verfügbaren Prozessparameter sehr präzise Aussagen über die Vorgänge im Lötprozess sowie eventuelle Fehlerfälle wie ein am Prozess vorbeilaufender Draht etc. zu. Weiterhin wird die Prozesseinrichtung durch ein Live-Kamerabild mit Fadenkreuz für die präzise Einrichtung des aktuellen Prozesspunktes erleichtert.

Durch innovative Kombination aus berührungslos geregeltem Wärmeeintrag und Kraft-Weg-geregeltem Lotdraht ist es möglich, alle für den Lötprozess maßgeblichen Stellgrößen nicht nur zu überwachen, sondern diese auch in Echtzeit und so reproduzierbar zu regeln. Das konsequente Übertragen der Innovationstreiber Baugröße, Wirtschaftlichkeit und Modularität führte zur modularen Kombination des SWF-Lasermoduls in eine Mini-Desktopzelle als Rahmen-Prozessautomatisierung.

Aufgrund der geregelten Prozesse stehen dem Nutzer alle nötigen und relevanten Prozess- sowie Produktionsdaten zur Verfügung. Mit welchen er hinsichtlich Prozess und Taktzeitoptimierung oder auch Produktveränderungen reale Stellgrößen für optimalen Nutzwert zur Verfügung hat. Der Nutzer sieht und weiß somit was er getan hat, was er tut und was er tun muss um effizienter zu werden. Weiter können diese Prozess- sowie Produktionsdaten als Betriebsdaten erfasst oder über kundenspezifische Schnittstellen zur Qualitätssicherung verarbeitet und weitergeleitet werden. Somit kann der Nutzer seinem Kunden eine auf reale Prozessdaten basierende transparente Historie über den Produktionsprozess vorlegen.

Durch die Kombination von geregeltem Drahtvorschub und geregeltem, berührungslosem Wärmeeintrag ist es möglich, selbst schwer zugängliche Lötstellen mit wärmeempfindlichen benachbarten Bauteilen prozesssicher zu löten. Dabei setzen die Intuitivität der Prozesseinrichtung, die vollständige Regelbarkeit und die Prozessüberwachung aller Parameter ebenso Maßstäbe wie die flexible und einfache Einrichtung neuer zu bearbeitender Musterbauteile in Kleinserien. Weiter ist durch die automatische Betriebsdatenerfassung die Fähigkeit für Industrie 4.0 automatisch gegeben.

Das 3.InnovationsForum steht zeitgemäß unter dem Informations- und Wissenstransfer zum Erhalt und Ausbau der Wettbewerbsfähigkeit einer Elektronikfertigung in Deutschland mit dem Fokus Variantenmanagement von Bauteilen. Hierzu ist das alte Sprichwort „Tue Gutes und rede darüber“ mehr als aktuell. Lassen Sie uns das InnovationsForum nutzen, um gemeinsam über unser Gutes zu sprechen. Denn nur in direkter Kommunikation und enger Zusammenarbeit mit den Anwendern und Kunden werden aus Erfahrungen, Ideen und Entwicklungen dann Projekte, und aus Projekten gemeinsame Erfolgsgeschichten. Innovation und Wandel im Dialog und Kommunikation sind die Grundlage für nachhaltigen Erfolg. Wir freuen uns Ihnen unseren Beitrag zu diesem Erfolg vorzutragen und im Dialog verständlich zu machen.

Matthias Fehrenbach ist seit dem Jahr 2010 Mitglied der Geschäftsführung bei der EUTECT GmbH in Dußlingen, darüber hinaus leitet er die Entwicklungsabteilung im Unternehmen.

EUTECT ist der schwäbische Spezialist für Verbindungstechnik. Mit einer Erfahrung von über 30 Jahren arbeiten wir weltweit für Kunden aus den Branchen Automotive, Consumer Elektronik, Medizintechnik und alternative Energien. In enger Kooperation mit unseren Kunden entwickeln wir für jedes Vorhaben die optimale Lösung. Unsere technologische Spitzenposition gewährleistet Entwicklung, Konstruktion, Fertigung, Prozess-Inbetriebnahme sowie Service aus einer Hand. Unsere Leistungen für perfekte Verbindungen sind bei Beratung und Entwicklung, Laserlöten, Selektivlöten, Thermodenlöten, Induktionslöten, Prozessautomation