Handlöten

Prozesskontrolle verbessern und Betriebskosten optimieren

03.02.2007 | Redakteur: Claudia Mallok

Bei der Lötstation i-CON und dem Lötkolben i-Tool haben die Entwickler und Konstrukteure von ERSA alle Register gezogen. Das Ergebnis ist eine Lösung, welche die Qualität der Lötverbindungen erhöht, die Prozessstabilität steigert und die Betriebskosten senkt – trotz kleinem Prozessfenster und höheren Verarbeitungstemperaturen beim bleifreien Lötprozess. Und auch die Bediener profitieren von den leichten, ergonomisch geformten Werkzeugen.

Eine Ende 2004 veröffentlichte Studie von Baugruppenproduzenten zeigt, dass das bleifreie Handlöten schwieriger zu implementieren ist als bleifreie Wellen- oder Reflow-Lötprozesse. Der Grund: Wird konventionellem Lot das Blei entzogen, steigt der Schmelzpunkt, die Benetzungseigenschaften ändern sich, flüssiges Lot oxidiert schneller, die Oberflächenspannung ist höher und der hohe Zinnanteil macht das Lot „aggressiver“. Die Folge: Im Gegensatz zu den Prozessen mit Zinn-Blei-Lot sind bleifreie Lötprozesse schwieriger zu steuern, die Anforderungen an die Anlagen haben zugenommen und die allgemeinen Betriebskosten sind gestiegen. Die größte Herausforderung stellt jedoch die Qualitätssicherung beim Hand- und Reparaturlöten dar.

Die Qualität beim Bleifrei-Handlöten wird maßgeblich von drei Faktoren beeinflusst. Das sind die Auswahl geeigneter Lötwerkzeuge, hinreichende Schulung der Bediener sowie eine strikte Prozesskontrolle seitens des Managements. Entscheider sollten alle Prozessschritte bei der Baugruppenproduktion gründlich analysieren. Häufig wird versäumt, die Fertigung mit der Ausrüstung und dem Fachwissen auszustatten, das für eine erfolgreiche Implementierung von bleifreiem Handlöten erforderlich sind.

Zuverläsige Lötverbindungen beim Handlöten

Bei zu niedriger Temperatur der Lötspitze oder bei ungenügender Flussmittelaktivierung können die Lötstellen unzureichender benetzt sein. Die Folge sind kalte Lötstellen. Zu hohe Lötspitzentemperaturen führen ebenfalls zu Benetzungsfehlern sowie zu thermischen Schäden an Leiterplatten und Bauteilen. Weil die richtige Lötspitzentemperatur bei passender (nicht zu hoher) Wärmeübertragung entscheidend für zuverlässige Lötverbindungen ist, sind hohe thermische Stabilität und Wiederholbarkeit beim Handlötprozess gefordert.

„Die höheren Anforderungen von Bleifrei-Anwendungen an die Produktionsanlagen kommen bei Lötstationen noch stärker zum Tragen. Moderne Lötkolben arbeiten bereits mit Temperatursollwerten von 380 °C aufwärts. Die um 40 °C höhere Temperatur bei bleifreien Prozessen lässt konventionelle Lötstationen an ihrem Limit arbeiten. Das Kernproblem liegt an der Konstruktion der Lötkolben hinsichtlich der Echttemperatursteuerung der Lötspitze“ erläutert Mark Cannon President und COO bei ERSA in Wertheim.

Die meisten temperaturgesteuerten Lötkolben regeln die Temperatur des Heiz-elementes und nicht der Lötspitze. Dies kann zu Temperaturverlusten während des Handlötprozesses führen. Bei Punkt-zu-Punkt-Lötvorgängen führt die mangelnde Nachheizung der Lötspitze dazu, dass jede Lötverbindung kälter als die vorhergehende wird.

Speziell entwickelte 130- bis 290-W-Lötkolben mit intern beheizter Lötspitze, die Typ-K-Thermoelemente zur Messung des Wärmeverlusts im Vorderbereich der Lötspitze einsetzen, bieten die Nachheizleistung, die für Bleifrei-Handlötvorgänge bei niedrigeren Arbeitstemperaturen (zwischen 320 und 360 °C) notwendig ist. „Beim bleifrei Handlöten lässt sich wiederholbare Qualität zu akzeptablen Betriebskosten nur mit Lötstationen erzielen, bei denen die Lötspitzentemperatur geregelt wird und nicht die Temperatur des Heizelementes“, so der Experte.

Den thermischen Prozess konsequent steuern

Mit dem i-Tool stellt ERSA einen der kleinsten, leichtesten und leistungsstärksten Lötkolben vor. Hiermit lassen sich nicht nur die Qualität und Produktivität beim Handlöten sicherstellen und verbessern, sondern auch die Betriebskosten enorm senken. Im Vergleich zu hochpreisigen Heizpatronen-Lötspitzen bietet die patentierte Technologie nahezu vergleichbare Leistungsfähigkeit. Und das mit wechselbaren Dauerlötspitzen zu vergleichsweise niedrigen Kosten.

Die digitale Regelstation i-CON, speziell für den bleifreien Lötprozess konzipiert, hat das moderne „One-Touch“-Bedienkonzept mit einer neuen i-Op-Steuerung und vielen nützlichen Funktionen. Merkmale sind hohe Leistung und schnelles Auf- und Nachheizen des Heizelementes, präzise Temperaturkontrolle an der Lötspitze, leichter und schneller Lötspitzenwechsel sowie einfache Bedienung und Programmierung der Station.

Das Heizelemnet heizt so schnell nach, dass alle Lötverbindungen mit nahezu identischer Temperatur hergestellt werden. Hierfür nimmt ein Sensor die aktuelle Temperatur sehr nahe an der äußersten Lötspitze auf . Außerdem befindet sich im Handgriff des Lötkolbens ein Mikroprozessor, der die Temperaturkalibrierung speichert. Damit lässt sich jeder Lötkolben unabhängig von der Lötstation kalibrieren.

Versteckter Kostenfaktor Lötspitzen

Zudem sollte man die finanziellen Aspekte beim Einsatz von Hochtemperaturlötspitzen mit Heizkartuschen nicht außer Acht lassen. Diese Spitzen sind ausgesprochen teuer und haben nur kurze Standzeiten. Da in bleifreien Handlötumgebungen der Lötspitzenverschleiß sehr hoch ist, ist der regelmäßige Austausch von Lötspitzen einer der größten Kostenfaktoren. Mit austauschbaren Standardlötspitzen können die Einsparungen bei den Betriebskosten pro Lötstation bis zu sieben Mal höher sein als mit her kömmlichen Lötspitzen.

Reproduzierbare Lötstellen, Produktivität und geringe Betriebskosten

Ein Prozessfensteralarm, informiert den Anwender, sobald er außerhalb eines definierten Prozessfensters arbeitet. Somit kann man jede Lötverbindung mit der korrekten Temperatur setzen. Ein Überschwingen der Temperatur wird strikt verhindert, sodass weniger Komponenten beschädigt werden. Zudem lassen sich alle Systeme sperren. Die Kalibrierungsdaten sind im Lötkolben gespeichert, damit ist die Kalibrierung unabhängig von der Regelstation möglich und jeder Anwender kann sein individuell kalibriertes i-Tool mitführen.Maximale Produktivität wird durch die extrem kurzen Aufheizzeiten erreicht. Weiterhin lassen sich die Kalibrierungszeiten mit den optionalen i-Set-Tools enorm verkürzen – in weniger als 5 Sekunden kann eine Station konfiguriert und gesperrt werden.

Die langlebigen Dauerlötspitzen sind im Vergleich zu Kartuschenheizelementen anderer leistungsstarker Lötkolben sehr preiswert. Weil nur die Lötspitze und nicht auch das Heizelement ausgetauscht wird. Und auch die Kosten für die Konfiguration der Stationen, Wartung und Kalibrierung lassen sich deutlich senken.

Detaillierte Informationen zum Lötstation i-CON sowie der Lötkolben i-Tool sind in der Broschüre zusammengefasst, die unten als Download-Datei zur Verfügung steht.

Viele weitere Informationen und Beiträge zum Thema bleifreie Fertigungsprozesse finden Sie im Marktreport Bleifrei sowie den weiterführenden Links.

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