Punktgenau, schnell und reproduzierbar Löten

Dank temperaturgeregeltem Diodenlaser und kraftgeregeltem Drahtvorschub ist das reproduzierbare Löten bei hoher Miniaturisierung und Packungsdichte keine Herausforderung mehr.

Mit den steigenden Packungsdichten auf immer kleiner werdenden elektronischen Baugruppen steigen auch die Anforderungen an das Löten dieser Bauteile. Um beispielsweise empfindliche Bauteile vor Hitzeeinwirkung zu schützen, ist ein punktgenaues und schnelles Löten notwendig. EUTECT setzt daher seit Jahren temperaturgeregelte Diodenlaser und kraftgeregelte Drahtvorschübe für ihre kundenspezifischen Lötanlagen ein.

Für Matthias Fehrenbach, Geschäftsführer der EUTECT GmbH, liegen die Vorteile des geregelten Laserlötens klar auf der Hand: „Im Gegensatz zu anderen selektiven Lötverfahren erfolgt die Energieeinbringung nicht über direkten, mechanischen Kontakt zur Lötstelle. Gerade bei den engen Platzverhältnissen auf der Leiterplatte kommt für uns nur das Laserlöten in Frage.“

Punktgenau und regelbar: Die Vorteile des Diodenlasers

Ein besonderes Augenmerk fällt dabei auf die Laserstrahlquellen, welche in verschiedene Kategorien eingeteilt werden. Unterschieden werden Gas-, Festkörper- und Halbleiterlaser. Dabei gibt das laseraktive Medium die Wellenlänge sowie die Strahlqualität vor. Die Strahlqualität ist entscheidend für die Fokussierbarkeit und die Energiedichte des Lasers.

In der Elektronikindustrie werden geringe oder mittlere Energiedichten von bis zu 100 W benötigt. Dabei müssen die Lötstelle und das Lot effizient und homogen erwärmt werden, ohne das Material zu verbrennen. Um eine gute Verbindung zwischen den Oberflächen zu schaffen, muss das Lot die Laserenergie gut absorbieren und in Wärme umsetzen.

Bei EUTECT hat sich der Diodenlaser durchgesetzt, da er eine Reihe von Vorteilen bietet: Einer davon ist, dass der Laserstrahl eng fokussiert und exakt positioniert werden kann. Zusammen mit der hohen Strahlqualität erfolgt die Energieeinbringung lokal begrenzt und punktgenau, wodurch eine thermische Belastung der Bauteile in der näheren Umgebung reduziert werden kann; Lötstellen von nur 190 μm stellen kein Problem dar. „Dieses ist gerade bei eng bestückten Leiterplatten oder beim Löten von Bauteilen in Kavitäten wichtig“ führt Fehrenbach aus.

Beim gesamten Lötprozess ist der Temperatur-Zeit-Verlauf von entscheidender Bedeutung. Der Diodenlaser besitzt eine regelbare Ausgangsleistung, die stufenlos bis in einen Bereich von 10 kHz eingestellt werden kann. Bei Temperatur­schwan­kungen im Lötprozess kann der Laser schnell mit angepasster Leistung reagieren. Hierfür ist ein Temperatur­mess­system koaxial in der Laseroptik integriert, welches den Wärme­eintrag bezüglich der prozess- und produktspezifischen Vorgaben regelt.

Alle Verlaufsänderungen werden vom System aufgezeichnet und sind für Qualitätssicherungsmaßnahmen abrufbar. Die ebenfalls in der Optik fest integrierte Kamera wird durch das EUTECT Software Modul ERICA unterstützt, welches automatisch die IO und NIO Videos verwaltet.

Die SWF LL S151 inline beispielsweise arbeitet mit einem temperaturgeregelten Diodenlaser und dem von EUTECT patentierten Drahtvorschub Sensitive Wire Feeder (SWF). Die Maschine wird in verschiedenen Ausbaustufen und individuellen Konfigurationen als vollautomatische Serienfertigungsmaschine eingesetzt. Durch den geregelten Drahtvorschub wird der Draht adaptiv und kontrolliert dem Lötprozess zugeführt. „Gerade bei der hohen Miniaturisierung in der Elektronikindustrie sind saubere und genau reproduzierbare Lotmengen sowie eine reproduzierbare Lötstellenausprägung wichtig“, erklärt Fehrenbach.

Sauber und kontrolliert Dank geregeltem Drahtvorschub

Ermöglicht wird dies durch das patentierte Actio-Reactio-Prinzip des Drahtvorschubs. Durch diese Funktion wird das Knicken des Drahtes vermieden und Bauteil- und Handlingtoleranzen werden ausgeregelt. Ebenso werden dabei Referenzpunkte definiert, um kontrolliert reproduzierbare Mengen an Draht zu fördern. Der SWF kann Drähte mit einer Geschwindigkeit von über 200 mm/s fördern oder ziehen.

Eine neue Generation von Kraftsensor und die Steigerung der Regelungstechnik ermöglichen ebenfalls eine noch sensiblere und schnellere Regelung der Vorschubkraft und erhöhen dabei die Reproduzierbarkeit der einzubringenden Drahtmenge beim Laserlöten.

Durch diese intelligente Sensortechnik wird der Draht stabil und kontrolliert in den Lötprozess eingeführt. Somit ist eine maximale Prozess­sicherheit immer gewährleistet. Dabei können alle Prozessschritte durch die C6-Regelung aufgezeichnet werden, was eine 100%-Datenerfassung im Sinne der Nachvollziehbarkeit ermöglicht.

Beim Einrichten des Lasers kann der Bediener den Temperaturverlauf über die Zeit oder die reine Laserleistung vorgeben. Alle Temperaturprofile sind frei konfigurierbar, um einen besser kontrollierbaren Prozess und eine Optimierung der Produktionstaktzeit zu erreichen. Die im Strahlengang eingespiegelte Prozesskamera ermöglicht eine schnelle Einrichtung sowie eine optimale Prozess­visualisierung sowie Dokumentation in Form von automatischer Videofunktion. Die Rüstzeit und die damit einhergehenden Kosten können dadurch gering gehalten werden.

Alle Betriebsdaten werden in Echtzeit erfasst, um Rückschlüsse auf alle prozessbeeinflussenden Größen abzuleiten. Somit sind eine Rückverfolgbarkeit als auch eine maximale Prozesssicherheit (Temperatur, Laserleistung, Kraft, Drahtmenge, Geschwindigkeit, Video und Zeit) gewährleistet. Des Weiteren können alle Prozessdaten über die Automatisierungsschnittstellen in die kundenseitige Infrastruktur integriert werden, wodurch Integrationskosten eingespart werden.