Vom mechanisch geführten Löten zum autonomen und reproduzierbaren Lötprozess
Kundenanforderungen und optimierte Unternehmenslösungen haben die letzten Jahre dazu beigetragen, das Löten auf ein neues Qualitätslevel zu heben. Entscheidend waren dabei nicht nur technische Entwicklungen, sondern auch die Entwicklungsmethodik.
Neue Kundenanforderungen führen zu neuen Entwicklungsaufgaben für Anlagenhersteller. Unabhängig davon verbessern diese mit eigener Forschung Prozessschritte, die dann die Fertigung der Kunden optimieren. Führt man beides methodisch zusammen, folgt eine Unternehmensausrichtung, die sich stark am Markt und an der Forschung orientiert und sich im dynamischen Markt der Elektronikfertigung bewährt hat. Die EUTECT GmbH arbeitet bei der Weiterentwicklung von Prozessmodulen nach dem Design of Experiments (DoE). Bei dieser Vorgehensweise handelt es sich um eine Methodik zur Planung und statistischen Auswertung von Versuchen und Testreihen. Dabei soll mit angemessenem Aufwand möglichst viel über die Zusammenhänge von Einflussvariablen und Ergebnissen erfahren werden. Aufgrund von Kundenanfragen, aber auch durch die interne Weiterentwicklung von Lötmodulen, werden unterschiedlichste Testreihen durchgeführt, um festzustellen, wie sich einzelne Prozessparameter verbessern lassen. Diese Experimente führen zu einer kontinuierlichen Verbesserung des Lötprozesses.
Der kontinuierliche Verbesserungsprozess (KVP) und die DoE-Methode werden hierfür als Werkzeug für die Qualitäts- und Prozessoptimierung herangezogen. Damit werden die Prozessrobustheit, Prozesssauberkeit und Reproduzierbarkeit über die 24x7-Fähigkeit hinaus abgesichert und garantiert.
„Das Henne-Ei-Prinzip hat dabei einen starken Einfluss.“
Oftmals befruchten sich Kundenanfragen und die weiterentwickelten Lötprozesse gegenseitig. Kundenprojekte sind häufig nur dann erfolgreich, wenn frühzeitig das zu lötende Kundenprototypenprodukt und die Prozessevaluation bzw. -entwicklung parallel aufgesetzt werden. Dadurch können zum Standard Operation Procedure-Zeitpunkt (SOP) die geplanten Total Cost of Ownership (TCO) abgesichert werden, da der Prozess nah am Serienprodukt entwickelt wurde. Somit führen viele Weiterentwicklungen zu Kundenanfragen und die wiederum zu einer Optimierung der Lötprozesse. „Wenn wir diese Entwicklung genauer betrachten, bewegen wir uns als Unternehmen in einem Kreislauf“, so Fehrenbach.
Bild 1: Nicht benetzbare Lotdüsen für einen besseren Lotfluss (Bild: EUTECT GmbH)
Eines dieser Lötmodule ist die Miniwelle IW1. Sie wird seit Anfang der 90er Jahre angeboten. Zu diesem Zeitpunkt wurde das Lot innerhalb des Moduls mittels eines Elektromotors mechanisch gepumpt. In der Folgezeit entwickelte man Beschichtungen und nicht benetzbare Lotdüsen (Bild 1) für einen optimierten Lotfluss. Stickstoffzuführungen, Massekontaktstifte für die Kontrolle der Wellenhöhe als auch eine optische Kontrolle folgten bis zur Jahrtausendwende.
Bild: 2: Induktionspumpe für eine bessere Lotförderung (Bild: EUTECT GmbH)
Ab 2004 wurde das Lot elektromagnetisch gefördert (Bild 2). Für ein möglichst schnelles, legierungsunabhängiges Aufheizen wurde ein selbstlernender Heizungsalgorithmus entwickelt. Eine Laserlötwellenhöhenregelung stellt dabei automatisch die Lotwellenhöhe nach. Weitere Entwicklungsschritte folgten mit der Bleifreivorgabe und später mit der kompletten Digitalisierung von Prozessschritten.
Der Wunsch nach Nachverfolgbarkeit führte dazu, dass Produktionsdaten gespeichert und zur Qualitätskontrolle ausgelesen werden. Diese Entwicklung führte natürlich auch softwareseitig zu einigen Anpassungen. So entwickelte man eine Reihe von Software-Werkzeugen und flexiblen Schnittstellen, die das Aufnehmen und Ausgeben von Daten für den Anwender vereinfachen. Diese Weiterentwicklungen von geregelten, reproduzierbaren Prozessen sind bis heute fortlaufend. Besonders mit Hinblick auf die Hochtemperaturfähigkeit von ≥ 450°C sowie hinsichtlich Standzeit und Ersatzteileffizienz wurde das Miniwellenmodul IW1 kontinuierlich weiterentwickelt und ist damit in puncto Service und Wartungsbedienbarkeit das am einfachsten funktionierende Produkt am Markt. In Summe zeigt dieses Beispiel, welche Entwicklungen mit einem integrierten „Kreislaufansatz“ möglich sind.
