Laserlöten von Power-LEDs

In aktuellen Beleuchtungslösungen kommen immer mehr Power-LEDs zum Einsatz. Einer der Vorreiter ist die Automobilindustrie, wo Hochleistungs-LEDs in Blink-, Brems- und Tagfahrlichtern selbstverständlich geworden sind und zunehmend in Scheinwerfern von Premium-Fahrzeugen zur Anwendung kommen.

Abhängig von der Konstruktion der Produkte sind unterschiedliche Lötverbindungen erforderlich, die nicht im Reflow-Verfahren gleichzeitig in einem Durchlaufofen gelötet werden können. Sie müssen einzeln gelötet werden.

Anlöten auf einen Schaltungsträger

Da von Power-LEDs eine große Kühlleistung abgeführt werden muss, finden hier als Schaltungsträger Keramiksubstrate oder auf Aluminium-Kühlkörpern aufgebrachte Folien Verwendung. Wegen der starken Wärmeableitung muss die Lötung sehr rasch erfolgen. Lot und Flussmittel können durch eine automatische Lötdrahtzuführung aufgebracht werden. Wahlweise ist auch eine Reflowlötung möglich, bei der nur ein Lotdepot aufgeschmolzen werden muss.

Verlöten von Power-LED-Modulen

Häufig werden Power-LEDs als Baugruppe bezogen und sind somit bereits auf einem Schaltungsträger aufgelötet. Dieser muss auf einen Kühlkörper montiert werden und mit der Ansteuerungselektronik verbunden werden. Auch diese Lötstellen müssen einzeln gelötet werden.

Die Laserlötmaschine

Laserlötmaschinen bestehen aus einem Laserlötwerkzeug, das durch vier programmierbare Achsen an beliebige Positionen gefahren werden kann, einer Werkstückzuführung und einer Sicherheits-Schutzumhausung zur Abschirmung der Laserstrahlung.

Das Laserlötwerkzeug von Wolf besteht aus 6 einzelnen kompakten Diodenlasern (Sixpack) mit einer Gesamtleistung von 60 W bzw. optional 120 W. Dabei bietet die Sixpack-Lösung einige Vorteile:

• Minimierung vagabundierender Laserstrahlung durch Reflexionen an der Lötstelle,

• Minimierung der durch Spalte zwischen Leiterplattenbohrung und Bauelementbeinchen hindurchtretenden Laserstrahlung sowie

• bessere Anpassung an spezielle Lötstellen durch Redundanz.

Die Kühlung der Diodenlaser erfolgt durch Peltierelemente, die ihrerseits mit Luft gekühlt werden. Damit entfällt ein aufwendiger Wasserkühlkreislauf.

Der Laserlötprozess

Der Laserlötprozess ist berührungslos und sehr gut reproduzierbar. Entscheidend für die Qualität der Lötung ist der Auftreffpunkt der fokussierten Laserstrahlung. Kleinste Abweichungen können zu Lötfehlern führen. Bei Produkten mit kleinen Lötstellen bzw. zu großen Toleranzen der Lage der Lötstellen muss das Lötwerkzeug nachgeführt werde. Hierzu hat Wolf eine Kamera mit automatischem Bildverarbeitungssystem im Lötwerkzeug integriert.

Bedarfsweise kann die Temperatur während des Lötprozesses mit einem Pyrometer überwacht werden.

Die typischen Lötzeiten beim Laserlöten liegen zwischen 1,0 und 2,5 s.

Bleifreie und bleihaltige Lote sind möglich. Laserlöten stellt hohe Anforderungen an die Qualität des Lotdrahtes. Der Flussmittelgehalt der Flussmittelseele muss konstant sein. Das Flussmittel darf beim Löten nicht zum Spritzen neigen. Flussmittelspritzer verschmutzen die Laseroptik, Werkstückaufnahmen und ggf. das zu lötende Produkt, falls eine vollständige Abdeckung während des Lötens nicht möglich ist. Es sollten nur geeignete, für das Laserlöten optimierte Lotdrähte verwendet werden.

(hb)