Best Practice: Herkules-Resotec
Absolute Qualität in LED
0-ppm-Fehlerstrategie mit Vakuum-Reflowlöten
Wenn es um hochanspruchsvolle lichttechnische Baugruppen für die Automobilindustrie oder Mikroprozessorsteuerungen im Maschinenbau geht, kommt schnell ein Name ins Spiel: Herkules-Resotec. Das Unternehmen aus Baunatal entwickelt, programmiert und fertigt kundenspezifische Lösungen für OEM- und Serienprodukte auf Automotive-Niveau. Dazu setzen die Nordhessen seit Mitte 2019 erneut auf Ersa Hardware: eine Vakuum-Reflowlötanlage EXOS 10/26.
Zero parts per million als Ziel, wenig Luft für Kompromisse. Benötigt der EMS-Dienstleister Herkules-Resotec auch nicht: „Unsere Stärke ist es, die Ideen der Kunden so in Elektroniken umzusetzen, dass erfolgreiche Produkte auf Basis absolut verlässlicher Funktionalität entstehen“, sagt Günter Reginka, einer von drei Geschäftsführern. Dreh- und Angelpunkt dieses Ansatzes sind modernste SMD-Bestückungslinien, auf denen Losgrößen-unabhängig Baugruppen in reproduzierbarer Topqualität gefertigt werden. Vor allem Kunden aus der Automobilwelt schätzen die Verlässlichkeit der Baugruppen aus dem Hause Herkules-Resotec, aber auch allgemeiner Maschinen- und Anlagenbau, Druck-Nachbearbeitung, Medizintechnik und Industrieelektronik.
Automotive-Kernkompetenz in Baunatal ist die LED-Verarbeitung – von Tagfahrlichtern über Blinker, Bremsleuchten und Rücklichter bis zu Ambiente-Beleuchtung fertigt Herkules-Resotec Qualität in Großserie. Bei den Industrieprodukten kommen massereiche Bauelemente der Leistungselektronik dazu, etwa Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOS-FET) und Bipolartransistor (IGBT). Dafür muss die Herstellung der Reflowlötverbindung im gesamten Prozess sicher beherrscht werden, denn die Entwicklung der Bauelemente mit zunehmender Miniaturisierung stellt hohe Anforderungen. Bei Herkules-Resotec herrschen dank der 2018 eröffneten Produktionshalle mit idealem Material- und Arbeitsfluss beste Produktionsbedingungen.
Wesentlicher Einfluss: Voidanteil in der Lötstelle
Neben der elektrischen Verbindung ist bei LEDs und Leistungsbauteilen das Wärmeableitverhalten entscheidend. Hochleistungs-LEDs erzeugen im Betrieb eine sehr hohe Energiedichte, die überwiegend über die Fläche der Lötstellen in die Leiterplatte abzuführen ist. Wesentliche Einflussgröße dabei ist der Voidanteil der Lötstelle – je nach Größe und Lage reduzieren diese „Voids“ den Querschnitt der Fügestelle, was etwa bei BTC-Leistungshalbleitern oder LEDs zu erheblich verminderter Wärmeabfuhr führt. Bezogen auf thermische Grenzwerte der Bauteilhersteller definieren Entwickler die maximal zulässigen Voidanteile einer Lötstelle, um die maximale Betriebstemperatur der Bauelemente nicht zu überschreiten. Die gängige Obergrenze beträgt 25% – bei Überschreiten können Bauteile beschädigt und die Lebensdauer der Komponenten verkürzt werden. Eine bessere Ableitfähigkeit durch verringerten Voidanteil auf 10 bis 15% wirkt diesem Effekt entgegen.
Highlights Ersa EXOS 10/26
- Perfekte Synchronisierung und Übergänge durch vierteiligen Transport
- Wartungsfreundlicher und schmiermittelfreier Rollentransport im Vakuummodul
- Optimale Zugänglichkeit der Vakuumkammer durch Antriebe von oben
- Optimale Temperaturprofile durch mittelwellige Heizstrahler im Vakuummodul
- Höchste Maschinenverfügbarkeit durch schnelle Entnahme der Transporteinheit im Vakuummodul
- Innovatives Ersa SMART ELEMENTS Reinigungssystem
Herkules-Resotec und Ersa: Hohes Know-how-Potenzial
Vor diesem Hintergrund investierte Herkules-Resotec in einen Reflowofen mit Vakuumlötkammer: eine Ersa EXOS 10/26 mit elf konventionellen Heizzonen, drei Heizungskreisen für die Vakuumkammer und vier Kühlzonen. Überzeugt hat die modular aufgebaute Anlage durch Features wie viersegmentiges Transportsystem mit Einlauf, Vorheizzone mit Peak-Zone, Vakuummodul und Kühlmodul mit jeweils eigenem Transport.
Ebenso die mittelwelligen Strahler im Vakuumprozess mit stabilen Temperaturprofilen – die Wärmeübertragung der EXOS, basierend auf der technisch weiterentwickelten Ersa Mulitjet-Konvektionstechnologie, garantiert ein minimales ΔT mit geringstmöglichem Energieaufwand. In der Vakuumkammer selbst kommt ein stabiler, leicht wechselbarer und schmiermittelfreier Rollentransport zum Einsatz – beste Voraussetzungen für wartungsarmen Transport und null Schmiermittelniederschlag auf der Baugruppe.
Nahezu die gesamte Löttechnik der Elektronikfertigung bei Herkules-Resotec stammt von Ersa – den Anfang markierte eine Wellenlötanlage EWS 330, ab 2004 wurden HOTFLOW 2 Anlagen installiert. Ab 2014 folgte im 2-Jahres-Takt je eine HOTFLOW 3/14, bevor die EXOS 10/26 den Herkules-Resotec-Maschinenpark erweiterte. Dank intelligenter Features lässt sich mit der EXOS 10/26 besonders wirtschaftlich „void-free“ produzieren – bei einer darauf produzierten LED-Baugruppe sank die Voidrate von 8,5% auf beeindruckende 0,5%!
Als Pilotanwender der EXOS 10/26 lieferte Herkules-Resotec wichtige Hinweise zu Produktivität, Traceability, Service und Wartung. Bei der Produktivität etwa muss die Vakuumlötanlage den gleichen Durchsatz wie der klassische Reflowprozess erreichen. Stichpunkt Wartungsfreundlichkeit: Die gesamte Vakuumeinheit mit Pumpe, Filtern und Ventilen ist größtenteils in den Maschinenraum integriert, der zusätzliche Footprint macht weniger als 2 m2 aus – anstehende Wartungsarbeiten können bequem außerhalb der Elektronikproduktion erfolgen, die komplette Einheit ist auf einem separaten, beweglichen Modul montiert. Stillstandzeiten sinken auf ein absolutes Minimum.
Datenbasis für transparente Produktion
Absolutes Muss für Herkules-Resotec war „Traceability“ – das Management Execution System (MES) ermöglicht eine Rückverfolgbarkeit bis auf Bauteilebene. Bei der EXOS zählen neben den Ofenzonen-Temperaturen auch das erreichte Vakuumlevel sowie eingesetzte Prozesszeiten dazu – alle Daten stellt die MES-Datenschnittstelle bereit. Weitere wichtige Anforderung war die Predictive Maintenance, bei der sich Wartungsintervalle an Durchsatz und Leistung anpassen. Die Reflowanlage „weiß“ genau, wie lange die Vakuumpumpe aktiv war und meldet, wenn ein Ölwechsel ansteht. Elementar für einen Dreischichtbetrieb wie Herkules-Resotec!