„Duothermlöten“ Nominierung für den Innovationspreis Berlin-Brandenburg

1 Löten auf Folienleitern

Der Anteil elektrischer und elektronischer Komponenten im heutigen Automobil steigt stetig. Damit tragen die Kupferkabel inzwischen erheblich zum Gewicht eines Fahrzeugs bei. Einen Ausweg bieten sogenannten Folienleiter, bei denen die elektrischen Leitungen auf eine Folien aufgedruckt werden oder bei denen dünne Kupferbahnen zwischen zwei Folien einlaminiert werden. Diese Folienleiter reduzieren nicht nur das Gewicht, sie lassen sich zudem an Stellen verlegen, die den Kupferkabeln aus Platzgründen verschlossen waren. Jedoch stellt das Löten auf Folienleitern besondere Anforderungen an die Verfahren und Prozeßführung. So liegen die maximalen Temperaturen, mit denen das Basismaterial beaufschlagt werden kann, nur gering über den benötigten Löttemperaturen. ATN hat Maschinen und Verfahren entwicklet, um auf diesen temperatursensiblen Materialien zu löten.

2 Löten der Randverschaltung bei Solarmodulen

Ein qualitätsbestimmender Prozeß bei der Herstellung von Solarmodulen ist das Verlöten der Randverschaltung, um die einzelnen Solarzellen miteinander elektrisch zu verbinden.

Um einen für das Löten erforderlichen Kontakt zwischen den Kontaktbändern zu erreichen, müssen die beiden Fügepartner mechanisch zusammengedrückt werden.

Diese ist mit dem Lötkolben nur bedingt zu erreichen, da das Lot erst erstarrt, wenn der Lötkolben wieder von der Lötstelle entfernt wird. Andere Verfahren wie Widerstandsschweißen oder Thermodenlöten sind problematisch bezüglich der Prozeßsicherheit und Reproduzierbarkeit, da der Wärmeeintrag durch Verschmutzung und Verschleiß der Werkzeuges erhebllich beeinflußt wird.

Die Systeme von ATN (zum Patent angemeldet) sehen hingegen vor, daß die Erwärmung der Lötstelle mit einem stromdurchflossenen Induktor, kontaktlos, erfolgt und eine Kraft auf die Lötstelle mit einer Andruckplatte aus einem elektrisch nichtleitfähigem Material erfolgt. Mit der nichtleitfähigen Andruckplatte kann, ohne unmittelbare Beeinflussung des mittels des Induktors bewirkten Lötprozesses, solange ein Druck bzw. eine Kraft auf die Lötstelle ausgeübt werden, bis nach Beendigung des Lötens die Lötstelle ausreichend abgekühlt ist. Da kein direkter Kontakt zwischen Lötstelle und Induktor besteht, ist dieser weder einem Verschleiß noch Verschmutzungen unterworfen.

3 „Montage von Hochleistungs-LEDs“

Mit der Entwicklung von Hochleistungs-LEDs ist wurde eine Basis für effiziente und leistungsstarke Beleuchtungen entwickelt. Jedoch stellt die enorme konzentrierte Leistung besondere Anforderungen an das Design und die Fertigung dieser Beleuchtungen. Neben der elektrischen Verbindung ist die thermische Ankopplung zur Ableitung der elektrischen Verlustwärme entscheidend. Daher werden diese Hochleistungs-LEDs oft direkt auf einem Kühlkörper oder auf Metallkernplatinen appliziert. Dieses stellt wiederum erhebliche Anforderungen an die Löttechnik, insbesondere, da der Grundkörper der LEDs nicht über 150°C erwärmt werden sollte.

Eine prozeßsichere Lösung dafür sind die Induktionslötsysteme von ATN, bei denen die Wärmeenergie berührungslos übertragen wird.

4 Duothermlöten mit dem Flüssiglotdispenser

Zusammen mit der TU Berlin wurde ein neuartiges Lötverfahren entwickelt, mit dem in der Serienfertigung von Elektronikprodukten besondere Lötstellen schnell, sicher, kostengünstig und mit höchster Präzision gelötet werden können. Mit diesem Lötverfahren und den realisierten Werkzeugen können auch zukünftig noch Lötaufgaben bewältigt werden, denen die heutigen Lötverfahren nicht mehr gerecht werden.

Das Prinzip des Flüssiglotdispenser beruht darauf, dass einer Heizkammer mit einem automatischen Lotdrahtvorschub Standard-Lotdraht zugeführt wird. In der Heizkammer schmilzt Lotdraht auf. Das flüssige Lot wird von nachgefördertem Lotdraht durch eine Kapillare gepresst. Dadurch bilden sich an ihrer Austrittsöffnung Lottropfen, die auf die Lötstelle aufgetragen werden. Mit dem automatischen Lotdrahtvorschub kann die Fördermenge des flüssigen Lotes sehr präzise vorgegeben werden.

Beim Duothermlöten mit Flüssiglotdispenser erreicht das Lot die vorgewärmte Lötstelle in flüssigem Zustand. Deshalb sind geringere Prozesstemperaturen an der Lötstelle erforderlich und thermische Wechselwirkungen bei der Lotzufuhr werden nahezu vollständig verhindert. Auch die Problematik beim Aufschmelzen an der Lötstelle entfällt.

Die wesentlichen Vorteile des neuen Lötverfahrens sind:

• kürzere Prozesszeiten, weil das Lot bereits aufgeschmolzen ist,
• höhere Prozesssicherheit, weil Lot und Lötstelle voneinander unabhängig erwärmt werden,
• bessere Lötergebnisse, weil Flüssiglot präziser dosiert werden kann,
• geringere Prozesskosten, weil Lotdraht kostengünstig ist als z.B. Lotpaste,
• zukunftsrobuste Technologie, weil das Verfahren auch zukünftige Lötaufgaben bewältigt (Miniaturisierung, neue Werkstoffe),
• hohes Technologiepotenzial, weil für das Punktlöten neue Anwendungsfelder eröffnet werden.

Insgesamt wird Punktlöten flexibler, wirtschaftlicher und die Qualität von Lötverbindungen wird deutlich gesteigert.

Das Verfahren wurde für den Innovationspreis Berlin-Brandenburg nominiert.