Fachartikel "Laserlöten"

Sieben Vorteile des Laserlötens auf einen Streich

Laserlöten

Laserlöten ist ein wichtiger Speziallötprozess mit deutlichen Vorteilen: Er ist berührungslos, wartungsarm und verfügt über eine hohe Leistungsdichte. Seine Bedeutung nimmt deshalb stark zu.

Turck duotec setzt Laserlötwerkzeuge des Herstellers Wolf Produktionssysteme ein. Der Laserlötprozess ist sehr gut reproduzierbar. Bei der Erwärmung durch die Strahlung kommt es besonders auf ein gutes Absorptionsverhalten an der Lötstelle an. Der Anteil der absorbierten Strahlung ist bei kurzen Wellenlängen am höchsten. Mit einer Wellenlänge von 808 nm, nahe am sichtbaren Licht, sind Hochleistungsdiodenlaser besonders geeignet.

Entscheidend für die Qualität der Lötung ist der Auftreffpunkt der fokussierten Laserstrahlung. Kleinste Abweichungen können zu Lötfehlern führen. Bei Produkten mit kleinen Lötstellen oder zu großen Toleranzen der Lage der Lötstellen muss das Lötwerkzeug nachgeführt werden. Hierzu kann eine Kamera mit automatischem Bildverarbeitungssystem im Lötwerkzeug genutzt werden.
Das Lot kann in Drahtform mit Flussmittelseele während des Lötens zugeführt werden. Alternativ kann das Lot in Form von flussmittelhaltiger Lotpaste oder in Form eines Lotdepots an der Lötstelle bereits vor dem Löten vorhanden sein.

Die typischen Lötzeiten beim Laserlöten liegen zwischen 1,0 und 2,5 s. Sowohl bleifreie als auch bleihaltige Lote können verarbeitet werden. Laserlöten stellt hohe Anforderungen an die Qualität des Lotdrahtes. Der Flussmittelgehalt der Flussmittelseele muss konstant sein. Das Flussmittel darf beim Löten nicht zum Spritzen neigen, denn die Spritzer verschmutzen die Laseroptik, Werkstückaufnahmen und eventuell das zu lötende Produkt, falls eine vollständige Abdeckung während des Lötens nicht möglich ist. Deshalb sollten nur für das Laserlöten optimierte Lotdrähte verwendet werden.

Laserlöten reduziert Zahl der Arbeitsschritte

Eine Leiterplatte mit verschiedenen Komponenten, die diverse Fertigungsschritte erfordert.
Eine Leiterplatte mit verschiedenen Komponenten, die diverse Fertigungsschritte erfordert.

Die Abbildung 2 zeigt eine Leiterplatte mit unterschiedlichen Fertigungs- und Technologieschritten, wie sie aktuell häufig gefordert werden. Bisher sind mehrere Arbeitsschritte notwendig, um dieses Produkt zu fertigen. Mit dem Laserlötverfahren eröffnen sich für Turck duotec aber neue Perspektiven, die sieben Vorteile umfassen.

Vorteil 1: Weniger Verfahrensschritte
Von bis zu sechs Prozessschritten, die alle individuelle Handhabungszeiten erfordern, ist eine Reduzierung auf nur zwei Prozessschritte möglich, nämlich den SMT-Prozess mit dem nachgelagerten Reflow-Löten und den Prozess des Laserlötens. Alle Lötstellen in Abbildung 2 lassen sich durch Laserlöttechnologie problemlos löten - beginnend mit den einzelnen Pins, die flach auf die Leiterplatte aufgelötet werden, über die Batteriekontaktfeder, die als Stanzteil ausgeführt ist, bis zu den Leitungen oder Steckern.

Vorteil 2: Knifflige Lötstellen erleichtern
Eine Kehlnahtlötung zweier Leiterplatten, die im Winkel zueinander stehen, ist ebenfalls möglich. Die Platinen müssen nicht aufwendig zueinander positioniert werden und können somit sicher elektrisch und mechanisch zueinander gefügt werden. Durch das Verfahren des Laserkopfes kann die Fixierung der Baugruppen zueinander statisch erfolgen. Lediglich bei der Dimensionierung der Lötpadgrößen und der Oberfläche der Pads muss auf gewisse Rahmenbedingungen geachtet werden.
Die Lötung eventuell erforderlicher Stanzformteile ist ebenfalls möglich. Auch hier sollte auf die konstruktiven Rahmenbedingungen und die richtige Materialwahl geachtet werden. Durch die zuschaltbaren Laserdioden der Lötwerkzeuge, die ebenfalls einzeln positionierbar sind, eröffnen sich neue Möglichkeiten, selbst unterschiedlichste Lötpads schnell zu erwärmen.

Vorteil 3: Einfache Handhabung
Durch die Physik des Laserlötens werden Bauteile oder Bauelemente keiner mechanischen Belastung während des Lötprozesses ausgesetzt. Die einzelnen Bauteile müssen nicht aufwändig eingelegt und durch Werker fixiert werden. Die Teile werden nur in eine dafür vorgesehene Aufnahme eingelegt. Dies ist bei Leitungen und speziell bei Flachbandkabeln von Vorteil.

Vorteil 4: Simples Tooling
Wird nur eine einzige Löttechnik genutzt, benötigt man auch nur eine Vorrichtung für alle Lötaufgaben. In diese Vorrichtung werden, beginnend mit der Leiterplatte, alle weiteren zu lötenden Bauelemente eingelegt. Dies reduziert nicht nur die Einmalkosten für ein Produkt, sondern wirkt sich kostenmäßig auch auf den Serienfertigungsstart aus.

Vorteil 5: Hohe Genauigkeiten
Beim Fügen von Bauteilen kann durch das kontaktfreie Verfahren eine Genauigkeit der Positionierung des zu lötenden Bauelements auf die Leiterplatte von 0,1mm erreicht werden. Dies ist besonders interessant beim Löten von LEDs, die im Nachgang durch ein Gehäuse geführt werden, oder beim Fügen von zwei Leiterplatten im 90-Grad-Winkel zueinander.

Vorteil 6: Geringe Prozesszeit
Die Handling-Zeiten verkürzen sich durch diese Fertigungsmöglichkeit erheblich, da alle Bauelemente nur einmal gegriffen und im Anschluss komplett in der Lötanlage zueinander gefügt werden. Bei höheren Stückzahlen besteht die Möglichkeit, mehrere Vorrichtungen parallel zu bestücken und diese in der Anlage löten zu lassen.

Vorteil 7: Individuelle Lösungen
Turck duotec entwickelt kundenspezifische Lösungen, die im Hinblick auf die Kosten sowie auf den praktischen Einsatz hin optimiert sind. Der Kunde profitiert dank der Verbindung von jahrzehntelanger Erfahrung mit moderner, projektgerecht eingesetzter Technik.

Der Artikel ist in der ELEKTRONIKPRAXIS Nr. 17 am 08.09.2014 erschienen.

Lesen Sie hier weitere Artikel zur Turck duotec GmbH.

Zurück