Reduktion des Stickstoffverbrauchs beim Konvektionslöten durch den patentierten mechatronischen Vorhang von Rehm Thermal Systems

In der Elektronikfertigung stellt die Geometrievielfalt der Komponenten eine Herausforderung dar: Unterschiede in der Baugruppenhöhe erfordern eine variable Durchlaufhöhe in Konvektionslötanlagen. Aktuelle Entwicklungen zeigen einen Bedarf für größere Durchlaufhöhen aufgrund des Trends zur E-Mobilität, was wiederum den Stickstoffverbrauch für die Prozessinertisierung erhöht. Rehm Thermal Systems reagiert auf diese Problematik mit einer innovativen Lösung: dem mechatronischen Vorhang. Dieser passt sich automatisch der Höhe der Baugruppen an, reduziert den Energie- und Stickstoffverlust und ermöglicht Einsparungen im EcoMode. Die Effektivität dieser Technologie wird durch die signifikante Reduzierung des Stickstoffverbrauchs unterstrichen.

Stand der Technik
Aufgrund der Geometrievielfalt elektronischer Komponenten schwankt die Baugruppehöhe im Bereich von 5 bis 30 mm. Diese Unterschiede führen zu der Anforderung, dass die Durchlaufhöhe bei einer Konvektionslötanlage mit 30 mm nach oben und 20 mm nach unten spezifiziert wird. Zusätzlich ist aufgrund der E-Mobilität auch eine Notwendigkeit für Durchlaufhöhen von 50 bis 100 mm nach oben erkennbar. Diese Vorgabe führt dazu, dass die offene Fläche im Ein- und Auslauf der Konvektionslötanlage immer größer wird und dadurch der Verbrauch des zur Prozessinertisierung notwendigen Stickstoffs drastisch zu nimmt. Insbesondere wird dieser Effekt beim Löten von Baugruppen mit unterschiedlichen Höhen am unteren und oberen Limit deutlich erkennbar. Als Beispiel dafür kann das ,,Hühnerfutter" auf der ersten Seite dienen. Das Histogramm in Abbildung 1 zeigt beispielhaft die Verteilung der Bauteilhöhe aus einem Produktmix an einer SMT-Linie.

Abbildung 1: Verteilung der Bauteilhöhe aus einem Produktmix

Das Histogramm verdeutlicht, dass es durchaus Baugruppen mit der Gesamthöhe von max. 30 mm gibt und die Anlage die notwendige Flexibilität bieten muss, aber deren Menge ist sehr gering. 90 % der Bauteile sind nicht höher als 7 mm und somit wird es ersichtlich, dass für diese Produktgruppe die obere und untere Durchlaufhöhe überdimensioniert ist, wodurch mehr Stickstoff aus der Anlage entweicht als dies bei an dieser Höhe optimierten Ausführung der Vorhänge der Fall wäre.
Lösungsansatz
Um sowohl die maximal geforderte Durchlaufhöhe als auch den stets optimalen Stickstoffverbrauch bei niedrigeren Baugruppen zu realisieren, wurde von Rehm Thermal Systems der mechatronische Vorhang patentiert, entwickelt und in Serie überführt. Dabei werden im Ein- und Auslauf des Ofens bewegliche Vorhänge installiert, welche in Abhängigkeit der Baugruppenhöhe stets den optimalen Abstand zur Baugruppe garantieren.

Abbildung 2: Automatische Einstellung des oberen und unteren Vorhangs an verschiedene Baugruppenhöhen

Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass bei Produktionsunterbrechungen die Anlage in den EcoMode versetzt wird, wobei die Vorhänge vollständig den Ein- und Auslauf schließen. Dadurch entweicht weniger Wärme und Stickstoff aus der Anlage, wodurch die Einsparungen des EcoModes nochmals gesteigert werden.
Benefit
Die Abbildung 3 zeigt die, durch die Maßnahmen erzielten, Einsparungen. Es handelt sich dabei um eine Baugruppe mit 244 mm Breite, 305 mm Länge und 7 mm Höhe. Bei 500 ppm Restsauerstoff werden durch diese Maßnahme ca. 27 % und bei 1000 ppm ca. 20 % des Stickstoffs eingespart.

Abbildung 3: Vergleich des N2-Verbrauchs für 500 und 1000 ppm Restsauerstoffzielwertes
Diese Untersuchungsergebnisse zeigen, dass der mechatronische Vorhang in der Lage ist sowohl die Anlagenflexibilität als auch die immer strängenden Anforderungen an die Ressourceneffizienz zu realisieren.