Jungheinrich / Norderstedt

Anforderungen an den bleifreien Selektivlötprozess Hamburger Lötzirkel zu Gast bei Jungheinrich / Norderstedt Stefan Wurster (Vertriebsingenieur) ERSA GmbH, Wertheim stefan.wurster@ersa.de 09342-800 130

Inhalt 1. Einleitung 2. Vorstellung der Selektiv Lötsysteme 3. Technische Details 4. Zusammenfassung Seite 2

Typische Anwendungfür selektives Löten: Steckerleisten Seite 3

Typische Anwendung für selektives Löten: Anschlussklemmen, Buchsen Seite 4

Typische Anwendung für selektives Löten: Doppelseitige THT Bestückung

Typische Anwendung für selektives Löten: Steckerleiste! Keine Benetzung! Mit Selektivlöten ist es möglich einen sicheren Prozess ohne Benetzung der Halteschrauben zu gewährleisten Seite 6

Lötmasken für das selektive Wellenlöten - eine Alternative? Seite 7

Selektive Lötmasken Ein echter Kostenfaktor! Konstruktions- und Beschaffungszeiten Extrem kostenintensiv Extrem aufwändiges Handling Reinigung erforderlich Begrenzte Lebensdauer Seite 8

Selektive Lötmasken Flussmittel Verschmutzungen! Extreme Flussmittelrückstände unter den abgedeckten Bereichen können zu: - Elektromigration, Langzeit Effekte - Reduzierte SIR Werte - Reinigung und Nacharbeit - führen Seite 9

Selektive Lötmasken Hohes Potential für Lötfehler! 7 mm! Kleine, tiefe und enge Ausschnitte erfordern sehr hohe Lötwellen. Dies führt zu mehr Turbulenzen auf der Oberfläche und hat eine erhöhte Krätzeproduktion zur Folge. Die gestörten und schlechten Fließeigenschaften des Lotes über die unebene Maskenoberfläche, kann zu erhöhten Lötfehlerraten führen. Je nach Abdeckgrad der Lötmaske verhindert diese eine gleichmäßige Vorwärmung der Baugruppe. Seite 10

Die Ziele des selektiven Lötprozesses Höchste Qualität der Lötstellen Zero Defects No Clean Prozess Hohe Reproduzierbarkeit Präzision Einfaches Handling Wartungsarm Wirtschaftlich Seite 11

Durchsteigeverhalten bei unterschiedlichen Kontaktzeiten SAC 305 SAC 305 SnCu0,7Ni SnCu0,7Ni Bauteile mit hoher Masse Bauteile mit geringer Masse 1 m/min 1,4 m/min 1 m/min 1,4 m/min Seite 12

Selektive Lötstelle Seite 13

Allgemeine Übersicht miniaturisiertes Wellenlöten Lötroboter Lichtlöten Laserlöten Heissluft Miniflamme Tauchlöten Lottransfer Verfahren sequentielles Löten simultanes Löten Seite 14

Lötroboter - bekannter Prozess - mittlere Investitionskosten - Wärmeübergang ist schlecht und nicht definiert - schlechte Erwärmung der Lötstelle - Lötspitzenreinigung erforderlich - hoher Wartungsaufwand - hohe Zykluszeiten - Lotdrahtzufuhr problematisch - mechanischer Kontakt mit der Lötstelle Seite 15

Lichtlöten kontaktloser Prozess niedrige Investitionskosten keine mech. Teile im Arbeitsbereich schlechte Temperaturkontrolle Verschmutzung der Optik durch Flussmitteldämpfe hoher Wartungsaufwand Lebensdauer der Strahlquelle - Kosten schlechter Fokus Verbrennungen des Lötstopps durch Lagetoleranzen der LP Seite 16

Selektivlötsysteme Technologien Seite 17

Zyklus Zeit Zeit sequentielles Löten simultanes Löten Anzahl der Lötstellen Seite 18

Anforderungen der Produktion Hoher Durchsatz Geringe Flexibilität Hohe Flexibilität + + Geringer Durchsatz Simultane Systeme Sequentielle Systeme Seite 19

Die Lötverfahren Einfach Miniwelle Mehrfach Miniwellen BE - spezifisch Hohe Flexibilität durch programmierbare XYZ Bewegung der Lötwelle Individuelle Lötparameter für jede Lötstelle Keine Vorzugsrichtung für das Löten Schutzgasatmosphäre Sequentielles - Kurze Taktzeiten durch simultanen Lötprozess Kontinuierlicher Energietransfer Düsen sind einzeln wechselbar Verschmutzungen auf den Lötwellen können abgespült werden Schutzgasatmosphäre Simultanes Selektivlöten Seite 20

1. Vorstellung der Selektiv Lötsysteme Das Lötverfahren Miniwellenlöten am Beispiel Ersa Versaflow Multiwellenlöten am Beispiel Ersa Multiwave Kombinination unterschiedlicher Verfahren Stand-Alone Systeme Seite 21

Sequentielles Selektivlötverfahren erklärt am Beispiel der ERSA Versaflow Oberheizungen Oberheizungen Fluxer Vorheizung Lötmodul 1 Vorheizung Lötmodul 2 - Simultanes Bearbeiten von 3 (5) LP s Option - Volle In-Line Fähigkeit / LP s verbleiben im Transportsystem - Keine Bewegung der LP s wärend der Bearbeitung - Hohe Flexibilität durch programmierbare Bewegung von Fluxer / Lötaggregat - Keine Vorzugsrichtung für das Löten durch allseitig abfließende Lötwelle - Individuelle Löt- und Fluxparameter für jede Lötstelle - Zusätzliche Unter- und Oberheizungen - Reduzierung der Taktzeit um max. 50% bei Einsatz des optionalen 2. Lötmodules Seite 22

1. Vorstellung der Selektiv Lötsysteme Das Lötverfahren Miniwellenlöten am Beispiel Ersa Versaflow Multiwellenlöten am Beispiel Ersa Multiwave Kombination unterschiedlicher Verfahren Stand-Alone Systeme Seite 23

Simultanes Selektivlötverfahren erklärt am Beispiel der Ersa Multiwave Oberheizung Fluxer Vorheizung 1 Vorheizung 2 Lötaggregat - System für kurze Taktzeiten (15-20s) - Simultane Bearbeitung von 3 (4) LP s - Volle In-Line Fähigkeit / LP s verbleiben im Transportsystem - Keine Bewegung der LP s wärend der Bearbeitung - Kontinuierlicher Energie Transfer durch das fließende Lot - Stempellöten ist durch die Einstellung der Lötwellenhöhe simulierbar - Rückstände auf den Lötwellen können vor dem Löten abgespült werden - Zusätzliche Unter- und Oberheizungen verfügbar Seite 24

Sequentielles & Simultanes Lötsystem erklärt am Beispiel der Versaflow Highspeed Oberheizung Oberheizung Fluxer Vorheizung Lötmodul 1 Vorheizung Lötmodul 2 - Die Kombination beider Lötverfahren garantiert hohen Durchsatz, kurze Taktzeiten und hohe Flexibilität - Simultane Bearbeitung von max. 6 LP s - Volle In-Line Fähigkeit / LP s verbleiben im Transportsystem - Keine Bewegung der LP s wärend der Bearbeitung - Stempellöten ist durch die Einstellung der Lötwellenhöhe simulierbar - Rückstände auf den Lötwellen können vor dem Löten abgespült werden - Zusätzliche Unter- und Oberheizungen verfügbar Seite 26

Sequentielles und/oder Simultanes Selektiv Lötsystem: Beispiel Ecoselect

Sequentielles und/oder Simultanes Selektiv Lötsystem: Beispiel ecoselect Manuelle Beladeposition

Sequentielles und/oder Simultanes Selektiv Lötsystem: Beispiel ecoselect Vorheizung: Dynamische IR- Hellstrahler

Sequentielles und/oder Simultanes Selektiv Lötsystem: Beispiel ecoselect Doppellötaggregat mit einstellbarem Düsenabstand zum Löten von Nutzen-LPs Seite 31

Inhalt 1. Vorstellung der Selektiv Lötsysteme 2. Technische Details 3. Zusammenfassung Seite 32

2. Technische Details Flussmittelauftrag Vorheizung Lötaggregate Programmierung Steuerung Optionen Seite 33

Multidrop Fluxer Quelle: ERSA Flux test spray pattern Sehr präziser Flußmittelauftrag Keine Zerstäubung des Mediums Keine Verschmutzung benachbarter Bereiche No clean Prozess Individuelle Flußmittelmengen pro Lötstelle programmierbar Seite 34

OPTION: Zweiter Sprühkopf Zwei getrennte Flußmittelsysteme erlauben die Verwendung unterschiedlicher Flußmittel in der Produktion. Die Auswahl kann für jede Lötstelle im Lötprogramm getroffen werden. Seite 35

Reduzierung der Flussmittelrückstände ohne Reduzierung der Flussmittelmenge 40 % 40 % mod.

IR - Unterseitenheizung Individuell programmierbare Temperatur und Zeit für jede LP Hohe Reproduzierbarkeit Hohe Effektivität Seite 38

OPTION: Konvektions - Oberheizung Schonende gleichmäßige Erwärmung der Baugruppen Keine Überhitzung temperaturempfindlicher Bauteile Empfohlen für VOC freie Flußmittel

Vorwärmung von Multilayer Baugruppen mit IR von unten LP Unterseite - Oberflächentemperatur T 30K Kritisch! 160 C LP Oberseitentemperatur Lange Vorheizzeit 140s IR Heizung nur von unten, mit maximaler Leistung (100%)! Seite 40

Vorwärmung von Multilayer Baugruppen mit reduzierter IR von unten LP Unterseite - Oberflächentemperatur T 20K Hoch! 150 C LP Oberseitentemperatur Sehr lange Vorheizzeit 190s IR Heizung nur von unten, mit reduzierter Leistung (65%)! Seite 41

Preheating Multilayer Boards with top side convection & bottom side IR LP Unterseite - Oberflächentemperatur T 10K Nicht kritisch! 140 C LP Oberseitentemperatur Kurze Vorheizzeit 110s Vorheizung von unten und oben, mit reduzierter Leistung (65%)! Seite 42

Flexible Miniwellen Lötaggregate Hohe Flexibilität durch frei programmierbaren XYZ Bewegungsablauf Stickstoff Schutzgasatmosphäre Individuelle Lötparameter für jede Lötstelle Keine Vorzugsrichtung für das Löten bei benetzbaren Düsen Quelle: Baitech.ch Seite 44

Prozesskontrolle des Lötaggregates Ziel: Stabilität und Reproduzierbarkeit Löwellenhöhe nitrogen Lotniveau Temperatur Pumpoffset Seite 45

Elektromagnetische Lotpumpe Wartungsfrei Elektromagnetischer Antrieb Keine bewegten Teile Konstante Fördermenge Präzise Lötwellenhöhe Fein justierbar Pumprohr ist das einzige Bauteil im Lottiegel Keine Justage beim Einbau in den Tiegel erforderlich Seite 46

VERSAFLOW Lötdüsen - keine bevorzugte Abfließrichtung V O R T E I L E Ungerichteter, gleichmäßiger Lotfluss über die gesamte Düsenoberfläche. Permanenter Energietransfer in die Baugruppe und die Lötstelle durch stetig fließendes Lot. Keine Ausrichtung der Bauteile (Stecker, Pinreihen) zur Lötdüse erforderlich. Keine Layout Beschränkungen für die Orientierung von Bauteilen. Lötbadtemperatur: 275-290 C Seite 47

VERSAFLOW Lötdüsen - keine bevorzugte Abfließrichtung V O R T E I L E B A C D Zum Löten eines quadratischen PGAs sind nur vier Positionen zu programmieren. Die Düse bewegt sich beim Löten von: A nach B B nach C C nach D D nach A Es ist nicht erforderlich weder die Baugruppe noch die Lötdüse zu drehen (Zeitersparnis!) noch irgendwelche Winkel zu programmieren. Seite 48

Abstände zwischen Selektivlötstellen und benachbarten SMDs Keine Lotdiebe erforderlich und minimale Freiräume! X Bitte beachten Sie die Layout Empfehlungen für ERSA VERSAFLOW Seite 49

VERSAFLOW - Lotabriss mit benetzbaren Lötdüsenoberflächen V O R T E I L E Der Lotabriss, wenn sich die Lötstelle von der Lötwelle trennt, wird positiv von der Adhesionskraft F 4 unterstützt, die durch die benetzbare Düsenoberfläche erzeugt wird. Zusätzlich zur Schwerkraft F 3, ermöglicht die Adhesionskraft einen besseren Lotabfluss von den Lötstellen, formt diese perfekt und ohne Brücken. F 1 = Benetzungskraft F 2 = Kapillarkraft F 3 = Schwerkraft F 4 = Adhesionskraft Seite 50

VERSAFLOW - Lotabriss mit benetzbaren Lötdüsenoberflächen Standard Abriss Manipulierter Abriss formt konvexe Lötstellen formt konkave Lötstellen Seite 51

Schnell wechselbare Magnetdüsen Lötdüse in Arbeitsposition (ohne Stickstoffring) Lötdüse abgenommen Wartungsfreundlich Schnellwechsel während der Produktion Schnelle Umstellung auf andere Lötdüsengröße Einfache, sichere Handhabung Seite 52

Schnell wechselbare Magnetdüsen Wartungsfreundlich Schnellwechsel während der Produktion Schnelle Umstellung auf andere Lötdüsengröße Einfache, sichere Handhabung Seite 53

Simultanes Lötmodul mit Mehrfachdüsen Geringer Wartungsaufwand durch Stickstoffatmosphäre Produktspezifische Lötdüsen Düsenplatte einfach wechselbar Seite 54

Simultanes Lötmodul mit Mehrfachdüsen Benetzbare Oberflächen für bessere Fließeigenschaften, gute Konturenstabilität und verbesserte Abrissverhältnisse Seite 55

Lötdüsenplatte Düsenplatte für 4 fach Nutzen Düsenplatte ist mit Schnellverschlüssen im Lottiegel fixiert und schnell wechselbar. Seite 56

CAD Assistent - CAD Daten oder Foto basierende Programmierung 1. Schritt: Importieren der gescannten Baugruppe ERSA CAD Assistent Kommerzieller Fotoscanner Seite 58

CAD Assistent - CAD Daten oder Foto basierende Programmierung 2. Schritt: Zoomen in die Details Seite 59

CAD Assistent - CAD Daten oder Foto basierende Programmierung 3. Schritt: Layer auswählen - Fluxen Definieren und Zeichnen: Verbindungsbahnen Flux Bahnen Flux Punkte Seite 60

CAD Assistent - CAD Daten oder Foto basierende Programmierung 4. Schritt: Layer auswählen - Löten Definieren und Zeichnen: Verbindungsbahnen Lötbahnen Lötpunkte Seite 61

Steuerungskonzept mit Touch Screen Kompaktsteuerung auf Basis eines IPC Integrierte CNC - Achscontroller Modemanschluss für Fernwartung Netzwerkfähig über Ethernet Anschluß Seite 63

Lotdrahtzufuhr Der Lotniveausensor kontrolliert im Zusammenspiel mit der Lotdrahtzufuhr den Pegel im Lottiegel und hält diesen konstant. Seite 65

Barcode Scanner Identifikation unterschiedlicher LP s mittels Barcode Automatische Aktivierung des entsprechenden Lötprogrammes Mischproduktion oder Fertigung von Losgröße 1 möglich Seite 66

Visualisierung des Lötprozesses im Miniwellen Lötmodul CCD Kamera zur Beobachtung des Lötprozesses für eine bessere Prozesskontrolle Beleuchtung über Halogenstrahler Seite 67

Applikationen Seite 68

Typical Application - Terminals on Power Electronic PCBs 10 mm Extreme high mass components, with high demand on soldering heat. Achievable only with top side heaters Seite 69

Typical Application - Connectors on Automotive Modules Non wetting area Only Selective soldering enables soldering of connectors without touching the mounting screws. No coverage needed! Seite 70

Typical Application - Connectors on Automotive Modules Non wetting area Only Selective soldering can solder the connector without touching the plastic housing! Seite 71

Inhalt 1. Vorstellung der Selektiv Lötsysteme 2. Technische Details 3. Spezielle Anforderungen für den Einsatz bleifreier Lote 4. Zusammenfassung Seite 72

Selektive Lötsysteme garantieren Verbesserte Lötqualität Verbesserte Prozesskontrolle Hohe Reproduzierbarkeit Reduzierte Lohnkosten Höhere Fertigungskapazität Weniger ionisierbare Rückstände Seite 73

Partnerschaft! Herausforderungen in der Elektronikfertigung Seite 74

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Seite 75