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In Zeiten von Klimawandel, Friday for Future-Demonstrationen und emotional geführten Diskussionen über die Schadstoffreduktion müssen Fertigungsunternehmen in allen Industriebereichen über Prozessoptimierung nachdenken. Dies gilt auch für den Lötprozess in der Elektronikfertigung. Über die Möglichkeiten des ressourcensparenden Lötens sprach Doris Jetter mit Axel Wolff, Key Account Manager und Leiter des Büro Nord der Asscon Systemtechnik-Elektronik GmbH.
Herr Wolff, sehen Sie die Diskussionen über ökologisch nachhaltigere Produktionsprozesse
in der Elektronikindustrie angekommen?
Aus meiner Sicht ist das schwierig einzuschätzen. Ich weiß, dass sich viele Hersteller und Zulieferer der Elektronikindustrie mit ökologisch verträglicheren Prozessen und Produkten befassen. Allein im Bereich der Flussmittel zum Beispiel gibt es mittlerweile eine ganze Reihe von Herstellern, die wasserbasierende Flussmittel anbieten. Und auch auf der Seite der Maschinenbauer geht es in eine ökologische Richtung. Ich glaube aber, dass auf Seiten der Elektronikhersteller dieses Thema noch nicht ganz angekommen ist.
Wie meinen Sie das?
In den Verkaufsgesprächen spielen nachhaltige, grüne Argumente bis dato nur eine untergeordnete Rolle, obwohl sich Elektronikhersteller aktiv mit diesem Thema auseinandersetzen müssten, denn auf sie werden bezüglich der Energiekosten erhebliche Veränderungen zukommen. Es ist ein wenig wie mit der DSGVO 2018: jeder hat schon mal was davon gehört, so richtig wissen tut es keiner und am Ende ist man dann schwer überrascht, wenn es soweit ist. Denn um die Klimaziele zu erreichen, wurde durch das Kyoto-Protokoll der weltweit erlaubte Ausstoß an CO2 begrenzt. Allerdings wurde nicht nur die Menge an CO2-Ausstoß begrenzt, sondern auch die Berechtigung zum Ausstoß von Emissionen limitiert.
Was bedeutet dies beispielsweise für EMS-Unternehmen?
Über die künftigen Emissionsrechte wird bestimmt, wie viel Kohlendioxid ein Unternehmen, beispielsweise ein EMS-Dienstleister, in die Atmosphäre abgeben darf. D.h., die Tonne CO2 ist für einen bestimmten Zeitrahmen genau definiert. Aus diesem Grund müssten sich Unternehmen schon jetzt mit der Frage der Emissionsreduzierung befassen und die notwendigen Schritte dazu einleiten.
Welche konkreten Schritte sind das für Sie?
Zum einen ist es ganz klar das Einsparen von Ressourcen, wie beispielsweise Strom. Aber auch der Einsatz einer Maschine für verschiedene Aufgaben oder Prozesse kann helfen, Ressourcen zu schonen. Nachhaltiges Fertigen fängt bei der Prozessmodularität an und hört bei Stromeinsparungen auf.
Inwieweit kann die von Ihnen angesprochene Prozessmodularität Nachhaltigkeit unterstützen?
Das Dampfphasenlöten ist ein idealer Prozess für die Fertigung von Prototypen und Serienprodukten auf einer Anlage, denn beide Baugruppenarten lassen sich auf einer Dampfphase löten. Das bedeutet, dass ich nur eine Maschine benötige. Schon das reduziert den Stromverbrauch. Des Weiteren ist es der Prozess der Dampfhase selbst. Die Prozessflüssigkeit Galden wird zum Sieden gebracht und in den aufsteigenden Dampf wird die zu lötende Baugruppe eingetaucht. Die Wärmeübertragung, die durch die Dampfmenge, die Menge der zu kondensierenden Flüssigkeit sowie die zu übertragende Wärmemenge geregelt wird, wird über das Lötprofil gesteuert. Dabei können nahezu grenzenlos viele Lötprofile eingesetzt werden, wodurch der Anwender eine große Flexibilität erhält. Diese wird umso größer, da der Aufheizvorgang der Baugruppe völlig unabhängig von Form oder Layout der Leiterplatte ist. Besonders für die Losgröße 1 oder bei häufig wechselnden Layouts ist dies wichtig, da der Einstellaufwand für Profile, wie beim Reflow-Ofen, entfällt. Somit sind nur wenige Lötprogramme notwendig und layoutspezifische Werkstückträger entfallen in Gänze.
Das heisst also, dass durch die Modularität mehrere, verschiedene Anlagen entfallen. Wir schaut es bei dem Stromeinsparungspotential aus?
Grundsätzlich ist es so, dass wir mit unseren Dampfphasenlötsystemen weitaus weniger Strom verbrauchen als heutige Reflow-Öfen. Ein handelsüblicher Reflow-Ofen mit 10 bis 12 Prozess-Zonen verbraucht im Durchschnitt zwischen 15 und 22 kW/Std. Ein Dampfphasenlötsystem von Asscon benötigt dagegen lediglich ca. 5,5 kW/Std.
Was bedeutet dies für einen EMS-Dienstleister in Zahlen?
Ein Reflow-Ofen hat in der Regel Anschlusswerte von 60 – 90 kW. Unsere Dampfphasen liegen dagegen bei max. 25 kW. Die ungleich viel höhere Infrastruktur zum Einschalten eines Reflow-Ofens für die Bereitstellung des hohen Anschlusswertes in Höhe von 60 – 90 KW vernachlässigt man bei dem konstanten Stromverbrauch, aber bei der Erweiterung eine SMT Fertigung oder bei einem Gebäudeneubau sind schnell mehrere zehntausend Euro fällig. Beim Stromverbrauch schaut es, wie ich schon gesagt habe, sehr ähnlich aus. Hinzu kommt aber auch die Zeit, in der Profilwechsel durchgeführt werden können und in denen der Ofen läuft und Strom verbraucht, ohne eine Baugruppe zu löten. Bei den Asscon Dampfphasen schaffen wir Profilwechsel in 5 Minuten, bei Reflow-Öfen kann das aber schon mal schnell mehr als 60 – 75 min. dauern, gerade im High Volume-Betrieb. Dies bedeutet, dass ein EMS-Dienstleister mit mehrfachen Rüstwechseln pro Tag direkt, aber auch indirekt seinen Stromverbrauch steuern und reduzieren kann.
Wie schaffen Sie es technisch gesehen,
diese Werte zu erreichen?
Wir schaffen es, die Produktionszeiten sowie die aufgewendete Energie zu reduzieren, indem wir einen sehr effizienten definierten, homogenen Wärmeeintrag, der durch die kondensierende Flüssigkeit gewährleistet wird, erreichen. Der Gesamtenergiebedarf der Dampfphase ist daher gegenüber einem Reflow-Ofen signifikant niedriger. Wir gehen hier von einem Faktor 3 – 5 aus. Eine Vielzahl an Berechnungen für Kunden ergaben mindestens 20.000 Euro Einsparung pro Jahr je Inline-Dampfphase. Und dabei ist der Wirkungsgrad sogar noch höher als bei einem Reflow-Ofen.
Dies bedeutet aber auch, dass Fertigungsunternehmen ihren Energiebedarf für die kommenden Jahre jetzt schon wissen müssen?
Das stimmt. Bei der heutigen Anschaffung eines neuen Lötsystems, sollte der Gesamtenergiebedarf in die Entscheidung mit einfließen, denn das Thema Energieeinsparung wird insbesondere Industrieunternehmen in den nächsten Jahrzehnten massiv begleiten. Deshalb bieten wir in unserem Democenter in Königsbrunn das Evaluieren des Lötprozesses, inklusive der Auflistung des Energiebedarfs an. An Hand von einem Energievergleichsrechner zeigen wir auf, welche Stromeinsparungen mit der Dampfphase möglich sind. Somit kann der Kunde seinen Energiebedarf für den Lötprozess auf die kommenden Jahre ausrechnen.
Gilt dies für alle Asscon Dampfphasen im Vergleich zu Reflow Öfen?
Ja, denn das Funktionsprinzip der beiden Lötkonzepte ändert sich nicht aufgrund der Größe der Maschinen.
Herr Wolff, vielen Dank für Ihre Zeit.
Kontakt zu Asscon
ASSCON Systemtechnik-Elektronik GmbH
Messerschmittring 35
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