Kabelkonfektion - Quo vadis? Alternative Verbindungstechnik für Folienleiter (FFC)

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1 Kabelkonfektion - Quo vadis? November 2003 Alternative Verbindungstechnik für Folienleiter (FFC) Daniel Riner - Weldomat AG riner@weldomat.ch - WELDOMAT AG - Daniel Riner - Alternative Verbindungstechnik für Folienleiter 1

2 Einleitung Alternative Verbindungstechnik für Folienleiter (FFC) Vorstellung der Fügetechnik Gegenüberstellung zum Widerstandsschweissen Qualitäts- und Prozesssicherheit Voraussetzungen und Möglichkeiten Vorstellung von Fertigungsanlagen Diskussion WELDOMAT AG - Daniel Riner - Alternative Verbindungstechnik für Folienleiter 2

3 Einleitung Folienleiter als Signal- und Energieverteiler im Bordnetz Elektrik und Elektronik Steuergeräte Leuchtelemente Sensoren und Schalter Display Anforderungen an Verbindung (Kontaktierung) gute Stromübertragung hohe mechanische Festigkeit einfaches und prozesssicheres Verfahren WELDOMAT AG - Daniel Riner - Alternative Verbindungstechnik für Folienleiter 3

4 Einleitung Bisher angewendete Verbindungsverfahren stoffschlüssige Verbindungen Laserlöten, Widerstands-, Ultraschallschweissen formschlüssige Verbindungen Crimpen, Piercen Verfahren sind abhängig von Komplexität und Geometrie des Leitungssatzes Takt-, Rüst- und Standzeit der Betriebsmittel Investitionskosten WELDOMAT AG - Daniel Riner - Alternative Verbindungstechnik für Folienleiter 4

5 Vorstellung der Fügetechnik Geschichte mehr als 50 Jahre Erfahrung im Widerstandsschweissen und Widerstandslöten von Edel- und Buntmetallen bekannte Kinderkrankheiten in der Kontaktierung von Flachleitern Erfahrungsaustausch mit verschiedenen Herstellern von Bordnetzen mit Flachleitern Auswertung von gesammelten Erfahrungen Grundlagenversuche mit Kontaktierung von Flachleitern WELDOMAT AG - Daniel Riner - Alternative Verbindungstechnik für Folienleiter 5

6 Vorstellung der Fügetechnik. Einige Beispiele von Teilen und Komponenten, die von Weldomat AG mitentwickelt und / oder die auf Fertigungsanlagen von Weldomat AG produziert werden. WELDOMAT AG - Daniel Riner - Alternative Verbindungstechnik für Folienleiter 6

7 Vorstellung der Fügetechnik Anforderungen >>>> Idee elektrisch und mechanisch prozesssicher und reproduzierbar hohe Verfügbarkeit der Betriebsmittel möglichst geringe Investitionen schonendes Verfahren für die Leiter flexible Anwendung >>>>>> Widerstandslöten WELDOMAT AG - Daniel Riner - Alternative Verbindungstechnik für Folienleiter 7

8 Vorstellung der Fügetechnik Widerstandslöten Kontaktieren der Leiter unter Verwendung von Hartlot Liquidus-Temperatur der Lote ca. 800 C Liquidus-Temperatur der Cu-Leiter > 1000 C Arbeitsablauf Vorbereitung der Haupt- und Nebenleiter Aufbringen der Hartlotplättchen auf den Hauptleiter Montage / Positionierung der Nebenleiter Kontaktieren durch Widerstandslöten WELDOMAT AG - Daniel Riner - Alternative Verbindungstechnik für Folienleiter 8

9 Vorstellung der Fügetechnik - Flachleiter mit Hartlot- Plättchen - gelötete (kontaktierte) Leiter von vorne - gelötete (kontaktierte) Leiter von hinten - Hartlot 0.12 x 0.8 mm - Leiter 0.2 mm - Flachleiter (0.2 mm) auf Stecker verzinnt (0.5 mm) von vorne und von hinten WELDOMAT AG - Daniel Riner - Alternative Verbindungstechnik für Folienleiter 9

10 Vorstellung der Fügetechnik Kreuzverbindung Längsverbindung (quer) Längsverbindung (längs) Leiter 1.54 x 0.2 mm Leiter 1.54 x 0.1 mm Leiter 0.2 mm, Träger 0.5 mm 50x 100x WELDOMAT AG - Daniel Riner - Alternative Verbindungstechnik für Folienleiter 10

11 Gegenüberstellung zum Widerstandsschweissen Vorteile des Widerstandslöten: deutlich tiefere Liquidus-Temperatur keine Gefügeumwandlung grossflächige, plane Elektroden höhere Standzeiten schonende Behandlung der Leiter grössere Verbindungsfläche unempfindlicher gegen Restverschmutzung vom Abisolieren kleinere Streuungen (elektrisch und mechanisch) bessere Qualität stets Leitungsriss ausserhalb der Verbindungsstelle WELDOMAT AG - Daniel Riner - Alternative Verbindungstechnik für Folienleiter 11

12 Gegenüberstellung zum Widerstandsschweissen keine verzinnten Leiter nötig Nachteile des Widerstandslöten: Verwendung von zusätzlichem Hartlot zusätzlicher Arbeitsgang zusätzliche Betriebsmittel höhere Kosten geringfügig langsamer durch längere Lötzeiten WELDOMAT AG - Daniel Riner - Alternative Verbindungstechnik für Folienleiter 12

13 Gegenüberstellung zum Widerstandsschweissen Widerstandslöten Widerstandsschweissen Zusatzmaterial Hartlot nein Arbeitstemperatur ca. 850 C ca C Gefügeumwandlung kaum ja, in und am Rand der Linse Elektrodenform 2 x plan (grossflächig) 1 x plan, 1 x kugelig Standzeiten Elektroden gut befriedigend (Ausbrüche) Verbindungsfläche optimal relativ kleiner Punkt Beschädigung der Leiter sehr gering mechanische Verformung Stromquellen meistens AC, auch MF mögl. meistens MF Prozessüberwachung ja (I, t, F, s) ja (I, t, F, s bedingt) Festigkeit / Streuung sehr gut / klein gut / mittel Reparaturmöglichkeit gut gering WELDOMAT AG - Daniel Riner - Alternative Verbindungstechnik für Folienleiter 13

14 Gegenüberstellung zum Widerstandsschweissen Widerstandslöten Widerstandsschweissen Verzinnung der Cu-Leiter nein 1 Leiter Elektroden-Anordnung oben + unten, beide oben oben + unten, beide oben Investition hoch, da zusätzlicher Prozess mittel Komplexität mittel mittel Technologie erprobt + verständlich erprobt + verständlich Als Löt-/Schweisseinheiten können pneumatische oder elektro-motorische Einheiten verwendet werden, wobei darauf zu achten ist, dass das Aufsetzverhalten der Elektroden vor allem beim Schweissen sehr schonend sein sollte. Grundsätzlich können die gleichen Einheiten zum Löten oder Schweissen verwendet werden. Als Einheit zum Aufbringen der Hartlotplättchen dienen kurvengesteuerte Kontaktschweissköpfe, die das Hartlot endlos als Tape (z.b x 0.80 mm) verarbeiten und Abfall los auf die richtige Länge zuschneiden und auflöten. WELDOMAT AG - Daniel Riner - Alternative Verbindungstechnik für Folienleiter 14

15 Qualitäts- und Prozesssicherheit Die Qualität der Kontaktierung ist abhängig von verschiedenen Parametern und Voraussetzungen Anlagenseitig: Strom I, Zeit t, Elektrodenmaterial und geometrie, Elektrodenkühlung, Art der Löteinheit, Wartung usw. Produktseitig: Materialpaarung, Güte der Abisolierung, Masshaltigkeit, usw. Allgemein: Wahl des Hartlots, Bedienpersonal, Qualitätsvorgaben und deren Einhaltung bzw. regelmässige Prüfung WELDOMAT AG - Daniel Riner - Alternative Verbindungstechnik für Folienleiter 15

16 Qualitäts- und Prozesssicherheit Um die Prozesssicherheit möglichst hoch gewährleisten zu können, werden folgende Parameter und Vorgaben überwacht: Anlagenseitig: Strom I, Zeit t, Kraft F, Nachsetzweg s, Vorgabezähler für Elektrodenstandmengen, Lage der Leiter usw. Produktseitig: Position, Grösse und Güte der Abisolierung, regelmässige Prüfungen (z.b. Schliffbilder, Zugversuche, elektrische Tests) usw. WELDOMAT AG - Daniel Riner - Alternative Verbindungstechnik für Folienleiter 16

17 Qualitäts- und Prozesssicherheit Bei unserer umfangreichen Versuchsreihe hat sich gezeigt, dass die mechanische Festigkeit bei gelöteten Verbindungen über 20 % höher liegt als bei geschweissten Verbindungen Bei gelöteten Verbindungen sind stets die Leiter gerissen. Bei den geschweissten ist entweder der Schweisspunkt ausgeknöpft oder die Randzone der Schweisslinse ist gerissen. WELDOMAT AG - Daniel Riner - Alternative Verbindungstechnik für Folienleiter 17

18 Voraussetzungen und Möglichkeiten Um eine zuverlässige Produktion zu erreichen sind u.a. folgende Voraussetzungen nötig: einfaches und durchdachtes Konzept des Bordnetzes zweckmässige Gestaltung der Einzelteile (z.b. Stecker, Buchsen, Gehäuse usw.) masshaltige Einzelteile und saubere Abisolierung Wahl des richtigen Hartlots Form und Material der Elektroden WELDOMAT AG - Daniel Riner - Alternative Verbindungstechnik für Folienleiter 18

19 Voraussetzungen und Möglichkeiten Folgende Möglichkeiten sind mit dem Widerstandslöten realisierbar: Leiterdicken runter bis 100 µm (76 µm in Erprobung) Leiterbreiten runter bis 1 mm Hartlotdicken runter bis 0.1 mm Hartlotbreiten runter bis 0.6 mm (Herstellung des Tapes) Bestückung von Hartlot auf Flachleiter oder Stanzgitter WELDOMAT AG - Daniel Riner - Alternative Verbindungstechnik für Folienleiter 19

20 Vorstellung von Fertigungsanlagen Der Einsatz von Fertigungsanlagen ist vielseitig: manuelle oder automatisierte Einzelarbeitsplätze oder Anlagen mit Transfersystemen und WT autonome Zellen oder integrierte Komponenten in vorhandene oder neue Anlagen Konzept, Automatisierung und Umfang nach Produkt- und Kundenanforderungen Lot-Bestückungseinheiten >> auf Stanzautomaten (Stanzgitter) WELDOMAT AG - Daniel Riner - Alternative Verbindungstechnik für Folienleiter 20

21 Vorstellung von Fertigungsanlagen Gerne zeigen wir Ihnen je eine Anlage zum Bestücken der Hartlot-Plättchen auf Flachleiter und zum Löten (Kontaktieren) von Flachleitern auf unserem Stand an der: Productronica 2003 vom 11. bis 14. November 2003 Halle B4 Stand 556 Neue Messe München WELDOMAT AG - Daniel Riner - Alternative Verbindungstechnik für Folienleiter 21