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Andreas Schaper, Bereichsleiter SMT und Technologie von Ihlemann, führte das Wellenlötanlagen-Benchmark durch und hat für die Investition in drei PowerWave N2 von Seho gesorgt.
Um im harten EMS-Wettbewerb bestehen zu können, ist nicht nur eine fehlerfreie Produktion nötig, sondern auch eine hohe Flexibilität in den Fertigungsabläufen, weshalb Ihlemann auf Leanfertigung setzt.

Eine kontinuierlich hohe Produktqualität und die zuverlässige Abwicklung der Aufträge werden bei Ihlemann groß geschrieben. Rund 1000 verschiedene Produkte in unterschiedlichen Losgrößen fertigt der Elektronikfertigungs-Dienstleister. Mit qualitativ hochwertigen Baugruppen im Bereich der Industrieelektronik und Medizintechnik hat sich der EMS einen Namen gemacht, aber auch für die Fertigung von Leistungselektronik, vor allem für Windenergieanlagen, ist man sehr gut aufgestellt. „Ihlemann legt viel Wert darauf, die zu fertigenden elektronischen Baugruppen optimal mit den Kunden abzustimmen“, erläutert Andreas Schaper, Bereichsleiter SMT und Technologie von Ihlemann. „Das umfasst nicht nur eine fehlerfreie Produktion, die wir durch unsere 0-Fehler-Strategie umsetzen, sondern auch eine hohe Flexibilität in unseren Fertigungsabläufen.“

Lösungen rund um den Lötprozess

Die Produktion ist bei Ihlemann konsequent auf eine Leanfertigung ausgelegt. Mit modernstem Equipment ist sogar eine virtuelle Prozessentwicklung möglich und die in U-Zellen angeordneten Anlagen und Arbeitsplätze stellen schnelle Durchläufe sicher. Bei der Neuanschaffung von Wellenlötanlagen standen daher auch zwei Faktoren besonders im Fokus: möglichst viel Funktionalität auf möglichst geringer Stellfläche. Diese Anforderungen haben die Systeme von Seho erfüllt: Mittlerweile sind sukzessive drei PowerWave N2 von Seho in die Fertigung bei Ihlemann integriert. „Natürlich haben wir einen Benchmark durchgeführt“, berichtet Andreas Schaper und merkt weiter an: „Die PowerWave N2 hatte alles, wonach wir gesucht haben und sie passt sehr gut in unsere Fertigungsstrategie.“

Die PowerWave N2 ist mit einem geschlossenen Tunnelsystem ausgestattet und sorgt damit für eine stabile Stickstoffatmosphäre bei vergleichsweise niedrigen Verbrauchswerten. Löten in einer Stickstoffatmosphäre hat in den letzten Jahren deutlich an Aktualität gewonnen. Ein wesentlicher Grund ist der ungebrochene Trend zur Miniaturisierung von Baugruppen, der immer geringere Kontakt- und Leiterbahnabstände mit sich bringt. Entsprechend hoch sind die Ansprüche an die Qualität der Lötverbindungen. Die Benetzungscharakteristik des geschmolzenen Lotes ist entscheidend dafür, wie gut sich das Lot auf den Oberflächen verteilt und sich mit ihnen verbindet. Sie ist damit ausschlaggebend für die Qualität und Form der Lötverbindung. Eine Stickstoffatmosphäre erhöht die Benetzungskraft merklich und sorgt damit für eine deutlich höhere Qualität und Haltbarkeit der Lötverbindungen sowie für fehlerfreie Lötprozesse. Vor allem die typischen Lötfehler wie mangelnde Durchstiege, unzureichende Benetzung oder Lötbrücken lassen sich in einer Stickstoffatmosphäre eindrucksvoll reduzieren.

Mehr Anlagenverfügbarkeit

Durch die innovative Tunnelisolierung der Wellenlötanlage wird eine sehr hohe Energieeffizienz erreicht. Während mit den vorherigen Anlagen bei Ihlemann vergleichsweise hohe Vorheiztemperaturen eingestellt werden mussten, um die Baugruppen für den nachfolgenden Lötprozess vorzuwärmen, erlauben die neuen Stickstoffanlagen es, mit einem wesentlich niedrigeren Temperaturniveau zu arbeiten. Die Baugruppen werden dadurch im Prozess sehr viel schonender und homogener vorgewärmt, was besonders bei der Verarbeitung temperaturkritischer Bauteile von Vorteil ist.

„Zwei der neuen Wellenlötanlagen sind mit einem Doppeltiegel ausgestattet, was uns komplett flexibel macht und wodurch wir auch kleinste Losgrößen kostengünstig für unsere Kunden fertigen können“, ergänzt Andreas Schaper. Beim Doppeltiegelkonzept von Seho ist der Löttiegel in zwei voneinander unabhängige Bereiche unterteilt, die thermisch voneinander getrennt sind. Damit ist es möglich, gleichzeitig zwei Lotlegierungen mit unterschiedlichen Schmelzpunkten, wie etwa bleihaltiges und bleifreies Lot, problemlos zu verarbeiten, ohne die Anlage umrüsten zu müssen. Ein weiterer Pluspunkt dieses Doppeltiegelkonzepts ergibt sich bei der Verarbeitung von Baugruppen im Bereich der Leistungselektronik. Um bei Dickkupferleiterplatten gute Lötergebnisse zu erzielen, ist ein entsprechend hoher Energieeintrag erforderlich. Bei derartig anspruchsvollen Applikationen lässt sich der Doppeltiegel in beiden Lötbadsektoren mit einer bleifreien Lotlegierung einsetzen, die jedoch auf unterschiedliche Temperaturen geheizt wird. Hierdurch ist es möglich, genügend Wärmeenergie an die Baugruppe zu bringen, ohne sie einem „Temperaturschock“ auszusetzen.

Auch wenn selbstredend eine stabil hohe Qualität der Lötergebnisse und die Prozesssicherheit ausschlaggebende Kriterien in der Fertigung bei Ihlemann sind, so sind dies dennoch nicht die einzigen Vorteile der neuen Wellenlötanlagen. Die Linienbetreuer heben vor allem den geringen Wartungsaufwand hervor. „Mit der Umstellung auf die Stickstofflötanlagen konnten wir die Wartung auf einen Bruchteil dessen, was vorher nötig war, reduzieren und natürlich ist auch der Lotverbrauch selbst gesunken.“ Durch die inerte Atmosphäre entstehen deutlich weniger Oxide. Dies führt zum einen zu wesentlich kürzeren Wartungszeiten und damit zu einer höheren Anlagenverfügbarkeit. Zum anderen wird aufgrund der geringeren Oxidentstehung auch der Lotverbrauch eindrucksvoll verringert.

Die Abläufe müssen stimmen

Die wachsende Individualisierung der Produkte, starke Verbrauchsschwankungen sowie ein permanenter Kosten- und Qualitätsdruck und kurze Produktlebenszyklen erfordern einen Umdenkprozess in der Fertigung. Hohe Automatisierungsgrade in der Produktion bedeuten ein hohes Investitionsvolumen. Bei einem Nachfragerückgang oder zyklischen Schwankungen bedeutet dies „totes Kapital“. Die Abläufe in der Fertigung sind zudem sehr unflexibel. Mit einem Lean Production-Konzept wird eine „atmende“ Fertigung erreicht, mit flexibler Reaktion auf veränderte Stückzahlen oder Varianten, um bei gleichbleibend hoher Qualität die Kosten zu minimieren.

Der Automatisierungsgrad wächst in einer Lean-Production-Umgebung entsprechend dem tatsächlichen Bedarf mit. Demnach wird er dem Produktlebenszyklus kontinuierlich angepasst. Ziel ist eine intelligente Automatisierung, keine Überautomatisierung, und damit das perfekte Zusammenspiel zwischen Mensch und Maschine. Der Grundsatz „keep it simple“ hat dabei Priorität. Die Prozesse müssen vom Bediener auf einen Blick erkannt werden: was macht die Maschine und warum? Die Lötanlagen von Seho sind darauf ausgelegt und lassen sich neben der üblichen Traceabilitiy-Anbindungen auch problemlos an übergreifende MES-Netzwerke anbinden. „Mit Seho haben wir einen Partner an unserer Seite, der unseren Qualitätsanspruch mit uns lebt“, unterstreicht Andreas Schaper. „Wir fahren mit dieser Technologiepartnerschaft hervorragend und sind für die heutigen und kommenden Anforderungen unserer Kunden äußerst flexibel aufgestellt.“

SMT Hybrid Packaging 2015: Halle 7, Stand 139

Flexibles Maschinenkonzept

Das Stickstoff-Wellenlötsystem PowerWave N2 wurde für die Fertigung von mittleren bis großen Serien entwickelt. Ergänzend bietet der Anlagenhersteller ein breit gefächertes Seminarprogramm, das umfassendes Prozesswissen und detaillierte Maschinenkenntnisse mit dem Ziel vermittelt, die Produktqualität und Rentabilität in der Elektronikfertigung zu steigern.