Mit Inkrafttreten der RoHS-Legislative haben neue Alternativen die traditionell verwendeten bleihaltigen Lote ersetzt. Das hat nicht nur den Markt der Lotlieferanten bewegt, sondern auch bei den Elektronikfertigern den Bedarf an Unterstützung enorm erhöht. Lothersteller wurden so vom reinen Metalllieferanten zum Anlagenberater (bei den Tiegelmaterialien) und Dienstleister (für den Lotwechsel). Auch wurde es zunehmend wichtiger, in Wellen-, Selektiv- und Tauchlötanlagen sowie beim Hot-Air-Leveling die Lotzusammensetzung zu überwachen: Die Zusammensetzung verändert sich durch den Löt- und Beschichtungsprozess und wird bestimmt durch die zu verlötenden Oberflächen und durch den Kupfer-Abtrag der Substratmaterialien (Leiterbahnen, Drähte, Kontaktflächen).

Die Überwachung dient erstens dazu, qualitätsrelevante Aspekte einzuhalten: Durch das veränderte Prozessfenster sahen bleifreie Lötstellen anfangs aus wie schlechte verbleite Lötstellen und es fehlte in jeder Produktionsstätte an Erfahrung im Handling. Zweitens soll die Überwachung Rechtssicherheit gewährleisten: Die Gefahr der Kontamination durch verbleite Bauteile, Leiterplatten oder Litzen war allgegenwärtig. In der teils mehrjährigen Umstellungszeit wurden in vielen Betrieben auch verbleite Bauteile und Leiterplatten aus Lagerbeständen mit bleifreien Loten gelötet. Oftmals wussten die Produzenten gar nicht, welche Oberfläche aus Asien angeliefert wurde. Dadurch wurde Blei in das Lot gelöst und reicherte sich an. Besonders kritisch ist, wenn Nachsatzlegierungen vertauscht werden und verbleites Lot in den Prozess gerät.

Bild 1: In ihren drei Laboren analysiert die Firma Balver Zinn die eingesendeten Proben.

Bild 1: In ihren drei Laboren analysiert die Firma Balver Zinn die eingesendeten Proben.Balver Zinn

Um den eigenen Kunden eine maximale Unterstützung zu bieten, hat der Lothersteller Balver Zinn (BZ) seine Laboratorien umfangreich ausgebaut (Bild 1) und neben vielen für den Hersteller neuen Untersuchungsmethoden, wie Schliffpräparationen, Klimasimulationen und elektrischen Prüfungen, auch einen anspruchsvollen und schnellen Analysenservice aufgebaut. Kunden senden Proben aus ihren Lottiegeln; BZ stellt sogar die benötigten Kokillen für die Probenahme zur Verfügung. Innerhalb weniger Stunden erhalten die Kunden ihre Analysenergebnisse als digitale Post. Auf Wunsch sind dabei Grenzkriterien hinterlegt und Abweichungen farblich markiert. Viele Kunden lassen sogar Lote anderer Hersteller gegen Gebühr analysieren; für Balver-Zinn-Lote ist der Service kostenlos. Als grobe Orientierung für die Obergrenze ist je 25 kg Lot eine kostenfreie Analyse erhältlich.

Bild 2: Die Entwicklung der Probenanzahl bei Balver Zinn zeigt, wie wichtig die Analysen für die Kunden sind.

Bild 2: Die Entwicklung der Probenanzahl bei Balver Zinn zeigt, wie wichtig die Analysen für die Kunden sind.Balver Zinn

10.000 Proben jährlich

Zurzeit betreut BZ mehr als 1000 Anlagen weltweit mit zirka 10.000 Proben jährlich (Bild 2). Um solche Datenmengen effizient managen zu können, war ein komplexes Labor-Informations- und Managementsystem (LIMS) nötig. Bereits 2003 investierte das Unternehmen in eine entsprechende Lösung. Alle Messgeräte aus den Laboratorien übergeben die ermittelten Daten automatisch an eine zentrale, serverbasierte Datenbank. Von hier aus werden auch die Dokumente erstellt und versendet. Das konsequente Eliminieren von manuellen Eingaben verkürzt nicht nur die Bearbeitungszeiten, sondern verringert auch Fehler bei der Übertragung.

Auf einen Blick

Bei der Anlieferung stimmt die Qualität der Lotlegierung noch. Beim Löten und Beschichten verändern aber die zu verlötenden Oberflächen sowie die Substratmaterialien das vorhandene Lot. Da das Prozessfenster beim bleifreien Löten sehr eng ist, sind regelmäßige Analysen gefragt. Balver Zinn hat dafür ein komplexes System mit einem Labor-Informations- und Managementsystem eingerichtet und gibt den Kunden per Web-Access zugriff auf seine Analysen.

Balver Zinn betreibt drei Laboratorien, die alle über das LIMS verbunden sind: Eines im Stammwerk Garbeck, eines in Balve und eines in den Niederlanden bei der Tochtergesellschaft Cobar. Als Messgeräte stehen drei Funken- und ein Flammenspektrometer, Viskosimeter (T-Bar, Spiralpumpe und Platte-Platte) und TGA bereit sowie mehrere Mikroskope (bis 1000-fache Vergrößerung) für Schliffpräparationen, dazu Umweltanalytik (Wasser- und Rauchgasanalyse), eine Zerreißmaschine bis 50 t und verschiedenste Öfen und Lötmaschinen.

Die Datenbank läuft auf den Servern in Garbeck. Die Messgeräte, die digitale Ergebnisse erzeugen, geben über Schnittstellen die Daten automatisch an die Datenbank weiter. Die restlichen Daten pflegen die Labormitarbeiter über Eingabemasken ein. Alle Messergebnisse werden mit den Produktions- und Lieferqualitäten abgeglichen: Die Datenbank verzeichnet derzeit 700 Qualitäten aus nationalen und internationalen Normen, rechtlichen Vorgaben oder Lieferspezifikationen.

Web-Access

Bild 3: In der Tabellenansicht sieht der Anwender die Resultate aller Analysen, die er in Auftrag gegeben hat.

Bild 3: In der Tabellenansicht sieht der Anwender die Resultate aller Analysen, die er in Auftrag gegeben hat.Balver Zinn

Viele Kunden, gerade aus dem Automotive-Bereich, haben die Kontrolle ihrer Lotbäder durch regelmäßige Analysen fest in die Qualitätsdokumentation verankert. Vor zwei Jahren implementierte BZ dafür das Produkt Web-Access (Bild 3), das den Kunden einen Online-Zugriff auf alle bisher erstellten Analysen gewährt. Der Anwender kann die Ergebnisse im Browser analysieren, drucken oder exportieren.

In anlagenbezogenen Grafiken kann der Kunde sogar Trends einzelner Elemente, beispielsweise Kupfer, darstellen und Abweichungen schnell erkennen (Bild 4). Grenzwertüberschreitungen sind dabei immer ein Anlass für Aktionen: Das reicht von der Anpassung des Temperaturprofils über den Teil- oder Vollaustausch des Lotes bis hin zu Rückrufaktionen bereits gefertigter Baugruppen. Beim Web-Access kann der Bediener mit einem Klick Grafiken aller seiner Maschinen erzeugen und sogar geöffnet lassen. Sobald BZ eine neue Analyse freigibt, aktualisiert sich diese Grafik.

Bild 4: Die grafische Verlaufsdarstellung veranschaulicht, wie sich die Lotzusammensetzung bei jeder Analyse verändert hat.

Bild 4: Die grafische Verlaufsdarstellung veranschaulicht, wie sich die Lotzusammensetzung bei jeder Analyse verändert hat.Balver Zinn

Beim Aufbau des Online-Zugriffs hat BZ sehr viel Wert auf Datensicherheit gelegt. Jeder Kunde erhält nur auf seine eigenen Analysen und Anlagen Zugriff. Die Online-Datenbank ist von der Produktivdatenbank entkoppelt und befindet sich in einer demilitarisierten Zone (DMZ): Dabei handelt es sich neben dem öffentlichen Internet und dem geschützten Intranet von BZ um einen dritten Bereich, auf den eine Firewall nur gezielte Zugriffe von außen und innen gestattet. Alle im Unternehmen anfallenden Ergebnisse gehen zunächst in die interne Produktivdatenbank. Nach einer letzten Kontrolle und Freigabe durch einen Labormitarbeiter werden die Service-Analysen an die zweite Datenbank in der DMZ übergeben. Nach der Freigabe stehen die Analysen dem Kunden sofort zur Verfügung. Die Verbindung funktioniert nur in diese Richtung, von Außen gibt es keinerlei Verbindungen in die interne Datenbank, um Angriffe aus dem Internet wirksam abzuwehren.

Ausbau geplant

Geplant ist für die Zukunft noch ein Ausbau des Onlinedienstes mit einer Berechnung, wann eine Grenzwertverletzung zu erwarten ist. Der Bereichsverantwortliche würde also eine zeitliche Wahrscheinlichkeit für eine Grenzwertüberschreitung (eine Prognose) erhalten. Dieses Feature ist primär für Produktionen mit hohen Stückzahlen gedacht. Ebenso in Planung befindet sich ein SMS-Meldesystem, mit dem Verantwortliche noch schneller alarmiert werden können.

Balver Zinn bietet seine Fachkompetenzen und Möglichkeiten aus den Laboratorien auch als Dienstleister für Untersuchungen und Schulungen an.

Productronica 2013: Halle A4, Stand 451