Die Hersteller elektronischer Baugruppen stehen momentan vor zahlreichen Herausforderungen – darunter die fortschreitende Miniaturisierung der zu verarbeitenden Bauteile, eine immer höhere Bauteildichte auf den zu bearbeitenden Leiterplatten und die steigende Varianz der verschiedenen Baugruppen. Um hier den Überblick zu behalten und Prozesse stetig verbessern zu können…

Erschienen in: EPP 11/2021
Autor: Julian Greß

Die Hersteller elektronischer Baugruppen stehen momentan vor zahlreichen Herausforderungen – darunter die fortschreitende Miniaturisierung der zu verarbeitenden Bauteile, eine immer höhere Bauteildichte auf den zu bearbeitenden Leiterplatten und die steigende Varianz der verschiedenen Baugruppen. Um hier den Überblick zu behalten und Prozesse stetig verbessern zu können, wird eine Rückverfolgbarkeit und genaue Prozessdatendokumentation in der Baugruppenfertigung immer wichtiger. Beim maschinellen Lötprozess, etwa beim Reflow-, Wellen- oder Selektivlöten, ist Traceability seit langem ein fester Bestandteil und nicht mehr wegzudenken. Mehr als die Hälfte aller neu ausgelieferten Maschinen sind mit einer Netzwerkanbindung und der notwendigen Software ausgestattet, die eine Rückverfolgbarkeit in Echtzeit ermöglichen.

Anders verhält es sich mit der Traceability bei der Nacharbeit von Baugruppen, z.B. nach dem Maschinenlötprozess. Zur Korrektur maschineller Lötstellen wird, abhängig von der Art des Bauteiles, entweder manuell handgelötet oder ein Reworksystem eingesetzt. Sobald jedoch mit einem Lötkolben nachgearbeitet wird, war bisher eine lückenlose Dokumentation des gesamten Lötprozesses nicht mehr möglich. Daher haben viele Elektronikfertiger komplett auf einen Handlötprozess verzichtet oder dieser war nur mit aufwändiger Sondergenehmigung zugelassen. Dies hat in vielen Fällen zur Folge, dass komplette Baugruppen verschrottet werden, sobald eine fehlerhafte Lötstelle entdeckt wird, was nicht nur aus ökonomischen, sondern auch aus ökologischen Gründen unbedingt vermieden werden sollte.

Genaue Dokumentation des einzelnen Lötvorgangs

Um eine Rückverfolgbarkeit auch beim manuellen Löten zu gewährleisten, muss jeder einzelne Lötvorgang genauestens dokumentiert werden. Dabei sind unter anderem die zu bearbeitende Baugruppe, die verwendeten Materialien (wie Lötspitze, Lötdraht und Flussmittel) sowie Prozesstemperatur und Lötdauer elektronisch zu erfassen und zur Nachverfolgung bereitzustellen.

Mit der i-CON TRACE bietet Ersa die erste Lötstation, die speziell für den Einsatz in einem digital vernetzten Umfeld und für die lückenlose Rückverfolgbarkeit beim Handlöten vorgesehen ist. Sie verfügt bereits im Auslieferungszustand über Connectivity-Features wie WLAN und Bluetooth. Sollte es Restriktionen bzgl. kabelloser Übertragungsverfahren an einem Produktionsstandort geben, steht optional eine kabelgebundene Kommunikation zur Verfügung. Hierfür kommt eine Netzwerkkarte zum Einsatz, mit deren Hilfe die Lötstation über eine Netzwerkleitung mit einem Server verbunden wird. Die Software zur Bedienung der Lötstation ist kostenfrei als Download verfügbar und muss nicht wie bisher üblich auf jedem einzelnen PC oder jedes mobile Endgerät installiert werden – die i-CON TRACE Software „Ersa TRACE Cockpit“ wird einmalig auf dem Kundenserver installiert. Sobald eine Lötstation in das Firmennetzwerk gehoben wird, können alle mobilen Endgeräte (PC, Tablet, Smartphone), die sich ebenfalls im Firmennetzwerk befinden und zudem die entsprechende Berechtigung besitzen, auf die Lötstationen zugreifen. Der Zugriff erfolgt einfach über einen gängigen Web-Browser (Google Chrome, Firefox, Microsoft Edge).

Neues Level dank Connectivity

Die Connectivity der i-CON TRACE bringt das Handlöten auf ein neues Level. Sie macht den Prozess transparent, nachverfolgbar und erlaubt die Dokumentation jedes einzelnen Lötvorgangs. Die Leiterplatte, das zu bearbeitendes Bauteil, die verwendete Lötspitze, die Prozesstemperatur sowie Lötdauer werden elektronisch erfasst und können nachverfolgt werden – für die eigene Dokumentation und gegenüber Kunden. Bestimmte Aufgaben, die bis dato nicht oder nur maschinell nachgearbeitet werden durften, können nun risikofrei mit der Hand bearbeitet werden.
Die Anbindung an ein MES (Manufacturing Execution System) erlaubt darüber hinaus die Einbindung und Speicherung der verwendeten Lötparameter in komplexe, vernetzte Fertigungsprozesse, die bereits über ein MES laufen. So kann bereits heute eine Aufzeichnung der gesamten Lötaufgabe über ein gewünschtes Dateiformat heruntergeladen und in ein übergeordnetes Leitsystem gespeichert werden. Für eine Echtzeitkommunikation zwischen den Lötstationen in der Fertigung und dem kundenseitigen MES bietet Ersa die Möglichkeit einer maßgeschneiderten Lösung mittels eines Gateways an.

Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Möglichkeit, alle wesentlichen Parameter des Lötvorgangs in Bezug auf die jeweilige Lötaufgabe durch qualifiziertes Personal zentral voreinstellen zu können. So kann z.B. für ein bestimmtes empfindliches Bauteil eine kundenspezifische Lötaufgabe erstellt und die jeweiligen Parameter vordefiniert werden. Sobald dieses Bauteil bearbeitet werden muss, wird die entsprechende Lötaufgabe zugewiesen und die Lötfachkraft kann erst beginnen, wenn alle Parameter für dieses entsprechende Bauteil ausgewählt und eingestellt sind. Dadurch wird die Prozesssicherheit wesentlich erhöht. Der Operator kann sich ganz auf das Löten konzentrieren – die Fehleranfälligkeit sinkt. Etwaige Fehlfunktionen, z.B. Löttemperatur außerhalb des Prozessfensters, defektes Heizelement, falsche Lötspitze in Relation zum Bauteil, werden vom System erkannt und angezeigt.

Auch die Geräteverwaltung wird durch das serverbasierte Softwarekonzept entscheidend vereinfacht. Firmware-Updates, Kalibrierungsintervalle, zukünftig sogar der Lötspitzenverschleiß – alles lässt sich überwachen und individuell nachverfolgen. Da jedes mobile Endgerät, das sich im Netzwerk befindet, mit jeder Lötstation im Netzwerk kommunizieren kann, werden Firmware-Updates zum Kinderspiel. Über einen PC im Büro des Produktionsverantwortlichen kann mit wenigen Klicks die Firmware jeder einzelner Station auf den neuesten Stand gebracht werden. Ein ähnliches Szenario ergibt sich für die regelmäßigen Kalibrierungsintervalle z.B. alle zwei Jahre. In vielen Fällen werden die einzelnen Lötstationen an unterschiedlichen Zeitpunkten im Jahr kalibriert. Die Kalibrierintervalle sind in der Software gespeichert und können ebenfalls für alle Lötstationen in einem Fertigungsbereich über einen zentralen PC eingesehen und sogar mit einer Erinnerungsfunktion versehen werden.

Bedienung: smart & bedarfsgerecht

Zweites wesentliches Merkmal ist das Bedienkonzept der i-CON TRACE. Mit nur einem Ein/Aus-Schalter sowie drei Leuchtdioden unterscheidet sich das Interface der Lötstation signifikant von allen anderen Industrie-Lötstationen mit ihren komplexen Einstellmöglichkeiten und einem Display. Aufgrund der Tatsache, dass sich die Software zentral auf einem Kundenserver und nicht auf jedem PC einzeln befindet, erfolgt der Zugriff und die Bedienung schnell, einfach und bedarfsgerecht über ein beliebiges mobiles Endgerät.

Ökonomisch-ökologischer Gewinn für jede Elektronikfertigung

Über eine Mobile App für Smartphones und Tablets kann die i-CON TRACE auch ohne Anbindung in ein Firmennetzwerk wie eine herkömmliche Stand-alone-Lötstation genutzt werden. Das Programm zur Steuerung der Lötstation läuft auf dem mobilen Endgerät – relevante Informationen wie Soll- und Ist-Temperatur werden via Bluetooth oder WLAN auf einem Smart Device angezeigt und können dort auch geändert werden. Dies eröffnet dem Anwender eine bedarfsgerechte, smarte Bedienung.

Nicht nur in Sachen Connectivity und neuem Bedienkonzept setzt die i-CON TRACE mit neuen Features Maßstäbe – auch bei der Hardware ist Ersa neue Wege gegangen, um tausendfach bewährte Technologien auf eine neue Stufe zu heben. So sind bei der i-CON TRACE weiterhin sowohl Heizelement als auch Lötspitze separat voneinander wechselbar, ohne dass es zu Einbußen bei der Lötperformance kommt. Der Lötkolben bietet mit maximal 150 W eine enorme Leistung und die von Grund auf neu designten Lötspitzen bringen diese punktgenau dorthin, wo sie gebraucht wird – zur Lötstelle. Durch die Tatsache, dass die Lötspitzen unabhängig vom Heizelement gewechselt werden können, muss jedes Verschleißteil auch nur dann erneuert werden, wenn es wirklich erforderlich ist. Dies reduziert die Kosten über den gesamten Lebenszyklus der Lötstation signifikant und spart zusätzlich Material und Ressourcen. Die i-CON TRACE ist somit nicht nur ökonomisch, sondern auch ökologisch ein Gewinn für jede Elektronikproduktion.

Um für die verschiedenen Lötanwendungen auch immer die passende Lötspitze zur Hand zu haben, bietet Ersa eine Vielzahl unterschiedlicher Formen und Größen von Lötspitzen. Selbst für spezielle Anwendungen sind maßgeschneiderte Spitzenformen kein Problem. Tip´n´Turn ist das patentierte Konzept für die Vereinigung von Heizelement und Lötspitze, welches einen Spitzenwechsel in Rekordzeit ermöglicht. Jede Spitze verfügt über einen Bajonettverschluss, der in Verbindung mit dem multifunktionalen Ablageständer einen besonders schnellen und sicheren Wechsel der Lötspitze erlaubt. Der Lötkolben samt Spitze muss nur in eine der dafür vorgesehenen Öffnungen platziert und um ca. 10° gedreht werden – schon kann man die alte Lötspitze entfernen und eine neue, passende Spitze aufbringen. Dies kann selbst ohne den Ablageständer per Hand erfolgen. Sogar im heißen Zustand.

Lückenlose Rückverfolgung für das Handlöten

Mit der i-CON TRACE als „The Missing Link“ wird die Lücke in puncto Industrie 4.0 und Traceability in der industriellen Elektronikproduktion endlich geschlossen – und erlaubt zukünftig die vollständige Rückverfolgung auch für den Handlötprozess. Mit dem einzigartigen Softwarekonzept und der intuitiven und smarten Bedienoberfläche ist der manuelle Lötprozess so sicher wie nie zuvor. Zusammen mit der enormen Power und den geringen Betriebskosten bringt die Ersa i-CON TRACE Ihren Handlötprozess auf ein neues Level. Überzeugen Sie sich selbst und lernen Sie die i-CON TRACE auf der Productronica 2021 kennen!

Vorteile der Rückverfolgbarkeit

Ressourcen schonen durch Nacharbeit:
Mit einer hohen Kontrolle über den Handlötprozess können selbst Leiterplatten weiterverwendet werden, die nach dem maschinellen Löten fehlerhafte Lötstellen aufweisen und mittels Lötkolben nachbearbeitet werden müssen.

Gezielte Ursachenanalyse:
Das „Tracen“ von elektronischen Baugruppen vereinfacht zum einen die Analyse potenzieller Probleme bereits vor der Auslieferung des Produkts. Zum anderen ist es möglich, bei retournierten Baugruppen das Ausmaß des Problems genauer zu bestimmen und seine Ursache zu isolieren.

Kontinuierliche Verbesserung:
Die Rückverfolgbarkeit liefert Informationen, die zu einem schlanken Fertigungsprozess beitragen, Verschwendung minimiert und Serienverbesserungen fördert.

Weiterführende Links

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Julian Greß
Product Manager Soldering Tools

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