Löten Volltunnel-Wellenlötmaschine unter der Stickstoff-Haube

Nicht nur für das Reflow- auch für das Wellenlöten bietet die Inertisierung mit Stickstoff während des Lötprozesses große Vorteile. Ein neuartiges Begasungssystem, das ACD Elektronik und Linde gemeinsam entwickelten, nutzt dieses Prinzip nun erstmals auch für Volltunnel-Wellenlötmaschinen.

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Mit der Umsetzung der RoHS-Direktive (Restriction of certain Hazardous Substances) der EU in nationales Recht ist in vielen europäischen Ländern unter anderem der Einsatz von Blei in Lötlegierungen und elektronischen Komponenten verboten. Doch was die Umwelt schont, stellt nicht wenige Unternehmen vor Probleme. Besonders den Herstellern von Leiterplatten für Computer, Handys oder Industriesteuerungen fällt es immer noch schwer, die neuen Umweltvorgaben umzusetzen, ohne gleichzeitig den Produktionsablauf zu beeinträchtigen.

Das vordringlichste Problem sind dabei vor allem die höheren Löttemperaturen, die wegen der bleifreien Lötlegierungen erreicht werden müssen. Denn diese führen dazu, dass sich die negativen Auswirkungen von Sauerstoff auf den Lötprozess sehr viel deutlicher bemerkbar machen als bisher. Beispielsweise durch eine massivere Krätzebildung oder verstärkte Oxidation. Und das gilt für alle gängigen Lötverfahren in der Industrie, also vor allem für das Reflow- und das Wellenlöten.

Mit Schutzgas unter der Haube löten

Allerdings gibt es für dieses Problem auch bereits eine Lösung. Denn im Zuge der Umstellung auf bleifreies Löten hat sich sowohl für das Reflow- als auch für das Wellenlötverfahren die Inertisierung mit Stickstoff während des Lötprozesses aus verschiedenen Gründen als vorteilhaft erwiesen: So wird mit dem Einsatz des Schutzgases der Lotverbrauch deutlich reduziert und die Krätzebildung verringert sich. Der Instandhaltungs- und Reinigungsaufwand nimmt ab, ebenso der Verbrauch an aggressiven Flussmitteln – wodurch gleichzeitig Leiterplatten, Maschine und Absaugung weniger stark verschmutzen.

Der Gasehersteller Linde hat deshalb bereits vor einigen Jahren sein Teilinertisierungssystem Solderflex LIS (Local Inerting System) auf den Markt gebracht. Auch Wellenlötmaschinen lassen sich mit diesem System nachrüsten, wie das Beispiel des Mittelständlers ACD Elektronik zeigt.

„Wir setzen solche Stickstoffhauben in unserer Produktion ein, um mit Wellenlötmaschinen nun auch unter Schutzgas arbeiten zu können“, sagt Johann Mästele, Abteilungsleiter bei der ACD Elektronik im bayerischen Achstetten. Doch für die Volltunnel-Wellenlötmaschinen gab es bisher keine solche Lösung.

Im Rahmen einer Schulung bei Linde machte Mästele deshalb den Vorschlag, auch diese Anlagen zusätzlich mit einer LIS-Haube auszurüsten – mit dem Ziel, hier den Stickstoff ebenfalls noch effektiver für den Lötprozess zu nutzen. Diese Idee ließ ihn nicht mehr los und so stellte er sie schließlich dem zuständigen Produktmanager von Linde vor. Dem Experten erschien die Idee ebenfalls erprobenswert und so entschied man sich für einen praktischen Test dieses bisher einzigartigen Ansatzes.

Gemeinsam wurde ein Prototyp aufgebaut und in den Fertigungshallen des Mittelständlers, dessen Schwerpunkte in den Bereichen Automation, Computertechnik, Datentechnik und im Bereich der Automatisierungs- und Antriebstechnik liegen, einem halbjährigen Test unterzogen.

Gesteigerte Qualität bei geringerem Materialverbrauch

„Normalerweise tüfteln wir in unser Produktion ja nicht herum, das machen wir eher in unserer Entwicklungsabteilung“, schmunzelt Johann Bolkart, Geschäftsführender Gesellschafter der ACD Gruppe. „Das Wellenlöten spielt aber überall eine Rolle und wird entgegen vieler Prognosen sicher noch lange Zeit betrieben werden“, ist er überzeugt. Und da das Steigern der Qualität bei gleichzeitiger Kostensenkung eines seiner Kernanliegen ist, machte er für die Idee seines Abteilungsleiters eine Ausnahme und gab grünes Licht für die gemeinsame Entwicklung des Solderflex DIS (Double Inerting System), das mittlerweile auch international patentiert ist.

Weil die Stickstoffhaube Solderflex LIS bisher auf minimalen Gasverbrauch optimiert wurde, mussten für den neuen Anwendungsfall erhebliche konstruktive Änderungen und Anpassungen vorgenommen werden, sodass über die Haube ein für Tunnelmaschinen üblicher Gasdurchsatz von 15 bis 20 m³ /h gefahren werden kann. „Dies wurde mit einer zusätzlichen Gaslanze und der dafür erforderlichen Gaszuleitung erreicht“, erläutert Mästele.

Die wichtigste Messgröße für die Versuchsdurchführung war der Gasverbrauch. Erfasst wurden weiterhin der O2-ppm-Wert über der Lötzone, der Krätzeanfall und der Reinigungszyklus sowie die Lötqualität. Und das Ergebnis des ersten Prototyps war mehr als positiv: Es zeigte sich, dass die Anzahl der Schaltvorgänge für die Gasströmung deutlich zurückgegangen sind und sich der Schaltbereich stark verkleinerte.

Die Gasmenge konnte über einen Versuchszeitraum von mehr als sechs Monaten bei verbesserten Lötbedingungen auf rund 50 Prozent (etwa 8 m³/h) reduziert und der Zyklus der Grundreinigung für die Maschine von vormals einer Woche auf nahezu vier Wochen verlängert werden.

„Selbst beim guten, alten Wellenlötprozess lassen sich damit bei relativ geringen Aufwendungen weitere deutliche Verbesserungen im Lötverhalten und beim Materialverbrauch erreichen“, zieht Johann Bolkart eine positive Bilanz der Zusammenarbeit. Und für Abteilungsleiter Mästele war die konstruktive Zusammenarbeit ebenfalls eine wichtige Erfahrung, denn: „Ein solches Projekt lässt sich nur im Verbund optimal verwirklichen.“

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