In der Fertigung elektronischer Baugruppen können die Gewinnspannen eng sein. Dagegen sind die Folgekosten eines Produktversagens oft hoch. Zuverlässige Temperaturmesssysteme sind ein wichtiges Kontrollinstrument für diese Industrie. Sie helfen, die Produktivität zu erhöhen und die Betriebskosten zu minimieren. Datapaq Reflow Tracker liefern die detaillierten Temperaturdaten, die für eine akkurate Verfahrenseinrichtung nötig sind. Die speziell für eine leichte Bedienung optimierten Systeme eignen sich für den täglichen Einsatz.
Rob Hornsblow, Produktmanager, Datapaq
Das Aufschmelzen der Lotpaste ist ein kritischer Schritt bei der Fertigung gedruckter Leiterplatten. Die Temperatur muss ausreichend lange über dem Schmelzpunkt gehalten werden, damit das Lot vollständig schmilzt und die Fließ- und Lösungsmittel freigesetzt werden. Die Produkte dürfen jedoch nicht soweit erhitzt werden, dass Bauteile Schaden nehmen. Die Temperaturrampe darf nicht zu steil sein, andernfalls können Bauteile sich verfärben oder gar zerbrechen. Zu langsam darf die Erhitzung jedoch auch nicht erfolgen, da das Fließmittel sonst zu früh verdampft und das Lot austrocknet, bevor es schmelzen kann. Die Abkühlung muss so schnell sein, dass das Produkt sicher gehandhabt werden kann, darf aber nicht zu schnell sein, damit Bauteile nicht durch einen Temperaturschock geschädigt werden.
Das energieeffiziente Schmelzen der Lotpaste ohne Beschädigung der elektrischen Komponenten erfordert eine genaue Temperaturkontrolle. Reflow Tracker basieren auf Datenloggern und anwendungsspezifischen Hitzeschutzbehältern, die mit den Leiterplatten den Ofen passieren und detaillierte Temperaturprofile aufzeichnen.
Bei Bedarf werden die Daten per Funk an einen Rechner übertragen, sodass sich der Prozess in Echtzeit überwachen lässt. Die Systeme helfen Fertigungsingenieuren, die Ausschussraten zu senken und den Ertrag zu erhöhen. Das Software-Tool Easy Oven Setup (EOS) ermittelt für alle Produkte und Anlagen automatisch die richtigen Ofeneinstellungen. Damit sind wiederholte Probeläufe nicht mehr nötig, und es wird bei jeder neuen Einrichtung für neue Produkte merklich Zeit und Aufwand gespart.
Temperaturüberwachung und -analyse
Das Herz des Temperaturüberwachungssystems ist ein Datenlogger, der die Messwerte von bis zu zwölf Sensoren speichert, die strategisch auf dem Produkt platziert werden können. Der Logger hat ein aus einem massiven Metallblock gearbeitetes Gehäuse, braucht aber einen zusätzlichen Hitzeschutz, damit er den Ofen durchlaufen und ein Temperaturprofil aller Phasen erstellen kann. Behälter mit einer mikroporösen Keramikisolierung halten den Logger auf Betriebstemperatur.
Datapaq steckt langjährige Branchenerfahrung und viel Konstruktionsaufwand in die Perfektionierung von Hitzeschutztechnologien und die Entwicklung maßgeschneiderter Behälter für vielfältigste industrielle Anwendungen. Der Technologieführer bietet selbst für Anwendungen mit sehr starken Platzeinschränkungen leistungsfähige Hitzeschutzbehälter. Dazu zählt auch ein extrem kompakter Behälter für das Dampfphasenlöten, der nachlaufende Sensorkabel überflüssig macht und dadurch sowohl die Funktionalität als auch die Sicherheit weit erhöht. Komplettiert werden Reflow Tracker durch die Insight-Software, die mit automatischer Analyse, Ampelsignalen und programmierbaren Alarmen sofort klar und deutlich anzeigt, ob die Prozessparameter eingehalten wurden.
Bedienerfreundliche Prozesseinrichtung
Easy Oven Setup (EOS) ist ein wertvolles Software-Werkzeug insbesondere für Fertigungsingenieure. Herkömmlich erforderte die Ermittlung eines korrekten Temperaturprofils wiederholte Probeläufe mit unterschiedlichen Temperatur- und Geschwindigkeitseinstellungen. Reflow-Öfen enthalten mehrere Zonen, deren Temperatur unabhängig voneinander geregelt werden kann. Auch die Bandgeschwindigkeit lässt sich variieren. Um die Lieferantenvorgaben für Lotpaste und SMDs einzuhalten, braucht es Fachwissen und viel Geduld. EOS automatisiert die komplexe, zeitaufwändige Prozesseinrichtung und reduziert den Zeitaufwand auf ein Minimum. Nur drei Schritte sind nötig:
- Messlauf mit dem Reflow Tracker und dem Zielprodukt durch den einzurichtenden Ofen;
- Eingabe der Prozessparameter oder Auswahl aus einer bestehenden Liste;
- EOS errechnet die optimalen Ofeneinstellungen.
- Zur Veranschaulichung dient ein Beispielofen mit sieben Zonen. Es wurde ein Messlauf durchgeführt und ein Profil erstellt. EOS vergleicht die Temperaturdaten mit programmierten Parametern wie „Zeit über Temperatur“ und „Zeit bis Erreichen der Temperatur“ und markiert Abweichungen rot. Im Beispielfall hat die Software zwei Werte außerhalb der Toleranzen festgestellt: Die Schmelztemperatur wurde bei zwei Thermoelementen für weniger als die vorgegebenen 40 s gehalten. Traditionell würde man an dieser Stelle wieder zur Ofeneinrichtung zurückkehren und die Zonenwerte mit dem Ziel verstellen, im nächsten Messlauf ein korrektes Profil zu erreichen. Bis alle Werte stimmen, können Stunden vergehen. Mithilfe von EOS reicht es dagegen, die Prozessparameter in eine Maske einzugeben. Die Angaben können mehr oder weniger detailliert sein, je nach Bedarf. Sie können gespeichert und mit anderen Nutzern geteilt werden. Aus einer praktisch unendlichen Zahl möglicher Kombinationen von Zonentemperaturen und Bandgeschwindigkeiten berechnet EOS sodann automatisch jene, die das beste Temperaturprofil ergeben. Zehn mögliche Ofenrezepte werden samt Temperaturprofil angezeigt. Der Bediener kann entsprechend den spezifischen Produktionsanforderungen z. B. eine besonders schnelle Fördergeschwindigkeit, kombiniert mit hohen Temperaturen oder eine langsamere Produktion bei geringeren Temperaturen auswählen. Dafür wird einfach der Ofen mit den von EOS ermittelten Einstellungen programmiert, und schon kann die Produktion anlaufen.
Beispielfall
Fazit
Kein langwieriges Herumprobieren mehr bei der Einrichtung von
Reflow-Öfen – EOS macht kurzen Prozess. Die Software berechnet die optimalen Einstellungen für den untersuchten Ofen und simuliert die Auswirkungen auf das Temperaturprofil des Produkts. Damit können die Kapazitäten der Fertigungslinie für die Herstellung hochqualitativer Elektronikbaugruppen genutzt werden.
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