Zuverlässige Baugruppenfertigung mit nuancierten Lotlegierungen

An die Zeiten der frühen Baugruppenfertigung, als es lediglich drei gängige bleihaltige Lotlegierungen gab, erinnert sich Frank Schröer gern. Jeder Elektronikfertiger hatte mehr oder minder die gleiche Legierung im Einsatz und wenn überhaupt, dann doch recht zügig zu lösende Probleme.

Mit der gesetzlichen Umstellung auf bleifreie Lote in der Elektronikfertigung im Jahr 2006 sah man sich plötzlich vor gänzlich neuen Herausforderungen gestellt, auf die es zunächst keine Antworten gab, weil schlicht die Erfahrung fehlte. So gab es bald einige neue Legierungen, die bessere Ergebnisse versprachen, als die bisherigen Produkte. Auch die Frage wie das Lötbad für bleifrei einzustellen sei, brannte unter den Nägeln, genauso wie die Frage nach dem richtigen Flussmittel. „Wir hatten Arbeit bis unters Dach“, erinnert sich der Geschäftsführer von Felder Löttechnik.

Heute gehört Felder Löttechnik zu den führenden Herstellern von Loten, Lotpasten und Flussmitteln in Europa. Zur rund 5000 Produkte zählenden Angebotspalette gehören ferner SMT-Weichlotpasten für das Reflowlöten, Elektronikflussmittel für den Wellenlötprozess genauso wie Weichlote und Hartlote für alle denkbaren löttechnischen Bereiche sowie eine abgerundete Palette an Lötzubehör bis zum Salmiakstein, Tinner oder Entlötlitze.

Für die Elektronikfertigung werden alle Lotlegierungen gefertigt, die konform der Norm DIN EN ISO 9453 sind. Parallel dazu hat sich ein Geschäftsbereich für Sonder-Weichlote etabliert, dass selbst entwickelte Legierungen – etwa mit niedrigen Schmelzpunkt, also LMPAs, für Sicherheitsanwendungen – umfasst. „Im Projektstatus sind unsere Kunden sehr dankbar, auch mal Kleinstmengen für Entwicklungsprojekte aus unserem Hause zu bekommen. Gemeinsam mit unseren Kunden und deren Anwendungstechnik kreieren wir die Legierung, die am besten zum jeweiligen Projekt passt“, erläutert Udo Grimmer-Herklotz, Anwendungstechnik von Felder Löttechnik.

Vom Kupferrohr zur Elektronikfertigung

Den Grundstein für diesen Erfolg legte der Umzug von Duisburg nach Oberhausen im Jahr 1986. Mit den neuen Räumlichkeiten kam auch der Wandel vom reinen Vertriebsbüro zum produzierendem Unternehmen, auch dadurch begünstigt, dass Alpha Metalls sich mit seinem Portfolio nur auf die Elektronikanforderungen konzentrieren wollte. Das restliche Produktspektrum übernahm Mitgründer und damaliger Geschäftsführer Uwe Felder. Am Anfang konzentrierte man sich darauf, Verbindungstechnik für die Kupferrohrinstallation oder auch auf Zink für die Bedachungstechnik zur Verfügung zu stellen. Es galt Metalle zu ziehen, wofür Drahtzüge gekauft wurden. Zudem wurde eine Schmelzanlage installiert und schließlich Legierungen selbst hergestellt.

Wie breit Felder aufgestellt ist, zeigen die zahlreichen Anwendungen außerhalb der Elektronikfertigung. Die Produkte finden sich beispielsweise in der Solar- und Haustechnik, in der Bedachung, in der Karosserietechnik und schließlich bei vielen Industrieanwendungen. Mit der erfolgreichen Ausrichtung war es notwendig, die Produktionsstätte kontinuierlich auf derzeit 7000 m² zu erweitern. Für Frank Schröer ist diese kontinuierliche positive und allen Marktschwankungen zum Trotz eine Bestätigung, die richtige Strategie gewählt zu haben: „Bei meinem Start vor 36 Jahren waren wir zu dritt im Vertrieb und wurden von zwei Damen in der Administration unterstützt. Im Lager hatten wir vier Mitarbeiter.“ Mit derzeit 115 Beschäftigten am Standort Oberhausen und etwa 9 Mitarbeitern im Tochterunternehmen Artenjak Zinn erzielt der Hersteller letztes Jahr einen Umsatz von etwa 45 Mio. Euro, wobei der Löwenanteil mit 40 Prozent aus der Elektronikindustrie resultiert.

Felder Löttechnik hat nach eigenem Bekunden das größte Lieferprogramm und bevorratet Waren im Wert von über 8 Mio. Euro. Standardprodukte liefert der Hersteller in der Regel aus dem Lagervorrat. Marisa Robles

Die ambitionierte Produktentwicklung sowie eine enge Zusammenarbeit mit Herstellern wie Fuji Electric aus Japan führten stetig zu Neuentwicklungen. Ab Anfang der 1990er lief die komplette Eigenproduktion von Weichloten in Stangen- und Drahtform, flussmittelgefüllte Drähte und Lotpasten. „Wir haben schnell erkannt, dass es ohne den Elektronikmarkt nicht geht, um weiter wachsen zu können. Allerdings mussten wir uns erst an die Anforderungen der Elektronikfertiger herantasten“, erläutert Schröer die frühen Anfänge. Heute werden rund 40 Prozent der Lötmittel für die elektronische Baugruppenfertigung produziert.

Besonders hervorzuheben sind hierbei die bleifreien patentierten NiGe-Elektroniklote, allen voran die Sn100Ni-Familie. „Über unsere NiGe-Elektroniklotserie bieten wir unseren Kunden bereits die Möglichkeit mit dem kleinstmöglich-erforderlichen Silberanteil zu löten“, erläutert Schröer und merkt weiter an: „Hierzu ist dann nicht der komplette Lotbadaustausch erforderlich, da wir mit unserem System an die erforderliche Silber-Konzentration herantasten können. Neue Legierungen sind in unterschiedlichen Projekten in Arbeit.“

Die große Herausforderung bei den Legierungen lautet, hochwertigere Produkte für RoHS-konforme Lötungen zu entwickeln, die gleichzeitig immer kostengünstiger werden. Und während in Japan die Umstellung auf die bleifreie Produktion ohne politischen Druck vonstatten ging, bezog man insbesondere in Europa und durchaus auch in den USA eine eher abwartende Stellung.

Spätestens seitdem Sony sein erstes bleifreies Produkt, einem Camcorder lancierte, schrillten auch hierzulande die Alarmglocken. „Dieser Marketinggage war dann der Wettbewerbsdruck, der wie ein Lauffeuer durch Japan eilte und schließlich Europa und den Rest der Welt erreichte“, berichtet Udo Grimmer-Herklotz, der seit seinem Start bei Felder Löttechnik vor 24 Jahren in Forschungsprojekten engagiert ist.

Über den Tellerrand hinausblickend, ist der Mittelständler beispielsweise in einem Gemeinschafts-Forschungsprojekt unter anderem mit der RTWH Aachen und weiteren Instituten befasst, Lotlegierungen im Druck- und Spritzgußverfahren im Kunststoff zu integrieren, um dreidimensionale leitende Strukturen herzustellen. Darüber hinaus ist das Unternehmen noch in zwei großen und einigen kleineren Forschungsprojekten aktiv.

Ressourcen zu schonen ist für Frank Schröer unabdingbar, weshalb auch recyceltes Zinn zum Einsatz kommt. Marisa Robles

Ressourcenschonendes Recycling

Aktiv ist Felder Löttechnik hinsichtlich Umweltschutz, verdeutlicht Schröer: „Wir sehen uns hier klar in der Verantwortung, mit den zur Verfügung stehenden Ressourcen sparsam und schonend umzugehen. Schließlich sind wir seit Jahren gemäß ISO 14001:2015 zertifiziert. Wir arbeiten also ständig – insbesondere mit dem Recycling von Metallabfällen – am Umweltschutz.“ Alle Abfälle werden strikt getrennt und vornehmlich über Remondis entsorgt. Gleichzeitig werden alle Abwässer separat gesammelt und über ein Entsorgungsunternehmen wiederaufbereitet.

Darüber hinaus werden stetig Prozessabläufe verbessert, um eine optimierte Auslastung und Einsparungen durch Ausschussreduzierung zu erzielen. Kontinuierlich im Visier ist auch der Maschinenpark, der durch energieeffiziente Maschinen ständig erweitert wird. Auch wurden erste Hybrid-Fahrzeuge in die Fuhrpark-Flotte aufgenommen, mit dem Ziel, vollständig auf umweltfreundliche Antriebe umzustellen.

Die Zertifizierung gemäß ISO 14001:2015 bedingt auch ein umfassendes Rücknahmesystem für Abfälle aus NE-Metallen. Dazu ist Felder berechtigt, kann das Unternehmen doch die Genehmigung der Bezirksregierung aufweisen, die es Felder erlaubt, Metallabfälle der Kunden zurückzunehmen, zu recyceln und dem Lotkreislauf wieder zuzuführen. Um die Abfälle, die zum Großteil aus der Elektronikindustrie stammen, kümmert sich das Tochterunternehmen Artenjak Zinn aus Loffenau. Dort werden die Abfälle aufgearbeitet, verblockt und die Legierungen in Produkten verarbeitet, die zum größten Teil im Bedachungssektor zum Einsatz kommen.

Ungeachtet dessen hat Felder keine Berührungsängste mit recyceltem Zinn: „Wir sehen die Bevorzugung von „fairen“ Lieferanten als besondere Aufgabe unseres Einkaufs. Generell ist es uns sehr wichtig, dass wir uns die Produktionsbedingungen unserer Lieferanten ansehen und bewerten.“ In der Folge hat Felder die Zusammenarbeit mit bekannten südamerikanischen Anbietern verstärkt und plant für 2020 einen weiteren Ausbau der Zusammenarbeit. „Aber auch Reinzinn aus dem elektrolytischen Recyclingprozess, die vorwiegend aus Europa kommen, wollen wir verstärkt in Bereichen einsetzen, die dies zulassen.“

Grundpfeiler des Erfolgs war der Umzug von Duisburg nach Oberhausen. Am neuen Standort waren immer wieder bauliche Maßnahmen erforderlich, so dass die Produktionsfläche heute 7000 m² umfasst. Marisa Robles

Zum Service gehört auch das Analyselabor, merkt Grimmer-Herklotz an: „Für unsere Kunden führen wir kostenlose Analysen von deren Lotbädern durch. Aber wir übergeben unseren Kunden nicht nur „nackte Zahlen“, sondern empfehlen bei Bedarf auch Vorgehensweisen zur Korrektur.“ Die Überwachung der Lotbäder sei sehr wichtig, weshalb Kunden zu jeder Lieferung ein entsprechendes Analysenzertifikat mit kompletter Analyse erhalten. Für eine höhere Kundenbindung will Frank Schöer auch durch ein Schulungszentrum sorgen, das derzeit noch im Aufbau begriffen ist: „Hier werden wir Schulungen zu unterschiedlichen Anwendungsbereichen anbieten.“

SMTconnect: Halle 4, Stand 228

Lesen Sie auf der nächsten Seite das exklusive Interview zu den Patenten EP 2218540B1 und US8999519B2 von Nihor Superior hinsichtlich der Zusammensetzung der Lötverbindung, die zur electronica 2018 angekündigt wurden.

Interview mit Frank Schröer, Geschäftsführer, und Uwe Grimmer-Herklotz, Applikationstechnik von Felder Löttechnik

Frank Schröer (l.) und Uwe Grimmer-Herklotz (r.) von Felder Löttechnik. Marisa Robles

In diesem Jahr feiert Felder Löttechnik sein 40-jähriges Bestehen. Was ist Ihr Alleinstellungsmerkmal gegenüber dem Wettbewerb?

Frank Schröer: Wir haben das größte Lieferprogramm und bevorraten Waren im Wert von über 8 Mio. Euro – Standardprodukte liefern wir in der Regel aus unserem Lagervorrat. Dadurch können wir flexibel und intensiv auf Kundenwünsche eingehen. Wir sehen uns deshalb als Problemlöser für unsere Kunden. Auch im Dienstleistungsbereich punkten wir einer kostenlosen Überwachung der Lotbäder über unseren Analysenservice. Darüber hinaus haben die Genehmigung der Bezirksregierung, die Metallabfälle unserer Kunden zurückzunehmen, zu recyceln und dem Lotkreislauf wieder zuzuführen.

Gemeinhin heißt es, dass die Innovationstreiber für Lotlegierungen vor allem aus Japan kommen. Inwiefern sehen Sie das auch so? Immerhin hat sich die von Nihon Superior stammende Legierung SN100C als Standard-Lotlegierung etabliert.

Udo Grimmer-Herklotz: Das ist nicht ganz korrekt. Mit dem SN100C gibt es eine Legierung auf der Basis von Sn und Cu (mit Ni und Ge) mit einer recht überschaubaren Produktpalette. Hingegen bieten wir von Felder bereits seit 2005 Legierungen nach dem japanischen Fuji-Patent. Wir haben hieraus eine ganze Palette bleifreier Legierungen kreiert und produzieren diese seither erfolgreich für den europäischen Markt.

Könnten Sie das bitte konkretisieren?

Udo Grimmer-Herklotz: Wir haben hier die Möglichkeit Sn-Cu-Legierungen mit Ni und Ge und zusätzlichen Silbergehalten von >0 bis 4,0 % zu produzieren. Japanische Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass die beste und zugleich kostengünstigste Alternative für eine SAC387 oder SAC305 Legierung, unser ISO-Tin Sn98Ag+ mit 1,2 % Silbergehalt ist. In den Anwendungsgebieten, wo kein oder nur ein geringer Silbergehalt erforderlich ist, bieten wir unser ISO-Tin Sn99Ag+ mit 0,3 % Silber oder unser silberfreies Sn100Ni+ an. Wir haben allerdings auch die Lizenz von Nihon Superior für das SN100C, unter anderem für EMS-Anbieter die durch Kundenvorgaben zur Verwendung dieses Lotes verpflichtet sind.

Wir drehen kurz das Rad der Geschichte zurück: In der Hochzeit der Bleifrei-Umstellung zwischen 2003 und 2006 kamen in Japan reine Zinn-Kupfer-Lote gar nicht so zum Tragen wie hier in Europa. Der Zusatz von Silber versprach hingegen große Vorteile, da anfänglich ähnliche Eigenschaften erreicht wurden wie sie bleihaltige Legierungen hatten.

Frank Schröer: Das hat man in Japan in der Tat schnell erkannt, weshalb Fuji ursprünglich bereits 1997 ein Patent in Japan angemeldet hatte, das eine SnAgCu-Lotlegierung mit mindestens 1 % oder 1 % bis 4 % Silberanteil vorsah. Fuji erkannte damals schon, dass die beste und günstigste Lotlegierung jene mit 1 % Silberanteil ist. Im Anschluss reicht Fuji in 1998 die Patenanmedlung in Deutschland und USA ein und korrigierte den Silberanteil auf größer 0 % bis 4 %. Das ist ein sehr wichtiger Aspekt, denn Fuji ließ sich die Bandbreite ab 0,001 % bis hin zu 4 % Silberanteil patentieren. Damit war eine solide Basis geschaffen, um weitere Entwicklungen in der bleifreien Technologie voranzutreiben.

Udo Grimmer-Herklotz: Aber die Konkurrenz, sprich Nihon Superior, schläft nicht und so ging dieser Hersteller her und meldete zunächst ein Patent in Japan für eine Silberfreie SnCu-Lotlegierung an, um ein Jahr später die SnCuNiGe-Legierung – also mit den Zusätzen Nickel-Germanium anzumelden.

Das hört sich an, als hätte Ihre Lottechnologie Sn100Ni+ wie eine Bombe eingeschlagen.

Frank Schröer: Als wir mit Sn100Ni+ durchstarteten, wurden wir schon damit konfrontiert, dass wir dieses Lot überhaupt nicht verkaufen dürfen. Gerade im europäischen Ausland wurden die EMS mit der Aussage konfrontiert, dass wir hier ein Patentverstoß begangen hätten. Schließlich wurden uns Klagen angedroht.

Udo Grimmer-Herklotz: Dem kann man im Prinzip nur Fakten entgegensetzen, also die entsprechenden Patente und Claims. Und da war ganz schnell klar, dass Nihon Superior mit einem Silbergehalt von 0% arbeiten darf, was dann in der Lotlegierung Sn100C resultierte und wir nach unserer Lizenz entsprechend größer 0% bis kleiner unter 4% fertigen dürfen. Daran hat sich bis heute nichts geändert. Im Gegenteil. Wir haben die wesentlich größeren Möglichkeiten mit diesem Patent, denn wir konnten erstens unsere Sn100Ni+ als Alternative zu Sn100C auf den Markt bringen. Das hat die ganze Situation damals doch sehr entspannt, weil Kunden mit unserer Lotlegierung eine Second Source erhielten. Zweitens hatten wir zudem die Möglichkeit, SnAgCu-Legierungen mit Ni und Ge herzustellen und das Ganze mit jedem möglichst sinnvollen Silberanteil. Zunächst mit 3,8 %, dann auch 3 % Silber.

Frank Schröer: Daran angelehnt haben wir uns intensiv mit diesem Bereich zwischen 3% und 0,3% Silber beschäftigt. Gemeinsam mit unseren Kollegen aus Japan haben wir weitere Untersuchungen durchgeführt und kamen dabei auf einen optimalen Wert von 1,1 % bis 1,2 % Silberanteil.

In Anzeigen und Artikeln von Nihon Superior und auf der Homepage von Balver Zinn wurde seit November 2018 ein neues Patent vorgestellt, das auch die SN100C-Lötstelle bis 2028 schützt. Was genau missfällt Ihnen daran, so dass Sie in Ihrem Kunden-Anschreiben den Fake Alert ausgelöst haben?

Frank Schröer: Zum einen, weil dieses Patent nicht für SN100C-Legierungen oder deren Verbindungen wirksam ist. Zum anderen, dieses Statement ob beabsichtigt oder nicht den Kunden vermittelt, dass bei der weiteren Nutzung von SN100C nach dem 15. März 2019 – dem Tag, an dem das Patent für diese Legierungszusammensetzung ausläuft – auch weiterhin Patentgebühren entrichtet werden müssen. Das ist so nicht hinnehmbar, da die Patentschrift etwas ganz Anderes zum Ausdruck bringt.

Und was genau?

Frank Schröer: Es ist schon interessant, dass es bald 10 Jahre brauchte, zwischen Antragstellung am 20. Oktober 2008 und Patenterteilung am 13. Dezember 2017. Das kommt nicht von ungefähr. Denn im Antrag ging es um ein Lot mit einem Cu-Anteil von 0,01 % bis 7,6 %. Damit wäre im Prinzip alles abgedeckt gewesen, was in der Löttechnik tatsächlich an Zinn-Kupfer-(Nickel)-Loten verwendet wird. Hingegen legen am Ende die Claims – also die Patentrechte und Patentansprüche – etwas ganz anders fest. Das Patent wurde für eine Lötstelle bewilligt, die mit einem Lot gelötet ist, das aus 0,01 % oder 7,6 % Kupferanteil zuzüglich Nickel und Rest-Zinn besteht.

Das ist ein himmelweiter Unterschied! Denn es gibt nur zwei Legierungen, die dieses Patent betreffen: Erstens, eine Legierung mit 0,01 % Kupferanteil und zweitens eine Legierung mit 7,6 % Kupferanteil. Beide Lote werden, nebenbei bemerkt, gar nicht in der Elektronikindustrie eingesetzt. Ein weiterer Aspekt ist der Kontext, in dem die Legierungen stehen. Denn die zur electronica 2018 veröffentlichten EU- und US-Patentschriften sagen unisono, dass hier „eine Lötverbindung, gelötet mit einer Legierung bestehend aus…“ patentiert ist und nicht eine Lötverbindung bestehend aus irgendwelchen Legierungen.

Um es auf den Punkt zu bringen: Der Patenthalter versucht hiermit den Lotanwender zu verunsichern und so weiter an Nihon Superior und Balver Zinn zu binden. Da der Patentschutz für die Lotlegierung Sn99,25Cu0,7Ni0,05 beziehungsweise SN100C am 15.03.2019 abgelaufen ist, kann ab diesem Datum theoretisch jeder Lothersteller dieses Lot lizenzfrei anbieten – eventuell wird das Lot einen anderen Namen tragen müssen, da Sn100C eine registrierte Warenmarke ist und auch weiterhin bleiben wird. Der Inhalt bleibt dennoch identisch, da das Lot ja auch nach EN ISO 9453 genormt ist. Patentschriften sind für jeden frei einsehbar. Wir empfehlen jedem Anwender, sich selbst von dem „sehr begrenzten“ Patentschutz der genannten Patente EP 2218540B1 und US8999519B2 zu überzeugen. Wir stellen jedem Interessenten gerne die Patentschriften zur Verfügung.

Das Interview führte Marisa Robles, Chefredakteurin Productronic