29.08.2022
Gestartet im Bade- und Schlafzimmer des Wohnhauses vor knapp 35 Jahren, ist VOIGT electronic heute ein moderner EMS-Dienstleister mit großer Leidenschaft und Know-how für die Elektronikfertigung. Das Produktspektrum reicht von Komponenten für Biogasanlagen bis hin zur Medizintechnik. Mit der 2021 vorgestellten VERSAFLOW ONE von Ersa wurde nun die THT-Fertigung modernisiert und zusätzliche Kapazitäten geschaffen.
April, April!? Nein – die Gründung der VOIGT electronic GmbH am 1. April 1989 war kein Aprilscherz, sondern der Startschuss einer Erfolgsgeschichte, wie man sie eher aus den USA kennt. Der Ursprung dieser Geschichte liegt in der ehemaligen DDR – genauer gesagt in Erfurt. Nach einem Behördenmarathon von neun Monaten hielt Matthias Voigt endlich die Gewerbegenehmigung in den Händen und startete sein Unternehmen zur Herstellung von Leiterplatten. Von den Anfängen in den Wohnräumen des Elternhauses mit Produktionsequipment Marke Eigenbau – eine umgebaute Hängeregistratur diente zum Beispiel zur Belichtung des Fotolacks für die Leiterplatte – entwickelte sich VOIGT electronic zu einem modernen EMS-Dienstleister, der für die Elektronik brennt. Dabei hat man sich nie auf eine Branche spezialisiert, sondern ist bis heute breit aufgestellt. Das Familienunternehmen fertigt Komponenten für Messgeräte-, Kommunikations- und Industrieelektronik – sowie für Bahn- und Verkehrstechnik, die weltweit eingesetzt wird. Das Erfolgsgeheimnis: VOIGT lebt Elektronik. Man versetzt sich in den Kunden und sein Produkt hinein, um es zu verstehen und optimal zu fertigen. So werden Produkte bei Bedarf auch in enger Abstimmung mit dem Kunden fertigungstechnisch optimiert und die Qualität sichergestellt. Mit Aufkommen der SMD-Technologie in den 1980er Jahren hat sich die Entwicklung in der Elektronik rasant verändert. Mischbestückung mit THT-Komponenten und beidseitiger SMD-Bestückung nimmt stetig zu und ist Stand der Technik. Das klassische Lötverfahren für gesteckte Bauteile ist der Wellenprozess.
Mit diesem Verfahren stieß man bei VOIGT nun jedoch an gewisse Grenzen. Das Portfolio beinhaltet zwar Produkte, die sich gut zum Wellenlöten eignen, beispielsweise Baugruppen mit großem THT-Anteil auf vierlagigen Leiterplatten. Das sind vorwiegend Langläufer, die schon lange Jahre gefertigt werden. Viele neue Kundenprojekte sind allerdings keine guten Wellenlötprojekte mehr – hier hat man es mit Baugruppen für die Messtechnik oder Testsysteme zu tun, bestehend aus Multilayern mit bis zu 16 oder 18 Lagen mit großer Bauteilvarianz in bottom-terminierter Bestückung. Das heißt, sämtliche Anschlüsse liegen auf der Unterseite der Platine. Zudem haben die Erfurter auch viele kleinteilige Aufträge im Orderbuch: Neben Serien bis zu 1.000 Stück auch Prototypen und Losgrößen von 20 bis 25 Baugruppen pro Serie. Bis zu zwölf Produktwechsel am Tag sind zu bewältigen. Somit startete VOIGT ein Projekt zur Evaluierung und Ersatzbeschaffung der bestehenden Wellenlötanlage. Hier ging es auch um eine Bewertung, ob der Wellenlötprozess noch zum Produktspektrum passt oder durch einen Selektivlötprozess ersetzt werden kann.
Vorteile des Selektivlötprozesses sind zum einen der Wegfall von Lötmasken, die beim Wellenlöten SMD-Bauteile auf der Leiterplattenunterseite davor schützen, dass sie in der Lötwelle wieder aufgeschmolzen und weggespült werden. Auch bei Kleinstserien werden sie benötigt. Für jedes Produkt müssen sie speziell angefertigt werden und sind natürlich ein Zeit- und Kostenfaktor. Es ist ein stetes Abwägen – bestellt man zu wenig Masken, entstehen Wartezeiten, weil sie nach einem Lötprozess noch nicht schnell genug gereinigt und wieder einsatzfähig sind. Zu viele Masken möchte man aus Kostengründen auch nicht haben.
Ein weiterer Vorteil ist die Flexibilität im Selektivlötprozess: Die einzelnen Bauteile einer Platine können mit individuellen Parametern gelötet werden, während man beim Wellenlöten gezwungen ist, Kompromisse einzugehen. Heizung und Benetzungszeit in der Lötwelle können nur für die gesamte Baugruppe gesetzt werden. Hier gilt es, den besten Mittelwert zu finden, um empfindliche Bauteile zu schonen und dennoch eine ausreichende Benetzung der Bauteilanschlüsse mit hohem Wärmebedarf zu erreichen, so dass eine zuverlässige Lötverbindung entsteht. Da im Selektivlötprozess die Leiterplatte zudem nur an den zu lötenden Stellen mit Flussmittel und Lot benetzt wird, gibt es weniger Rückstände auf der Leiterplatte. Das vermindert den Reinigungsaufwand deutlich und wirkt sich positiv auf die Wirtschaftlichkeit aus.
Die jeweiligen Vorteile von Wellen- bzw. Selektivlötprozessen sind im Anteil der THT-Bauteile der zu verarbeitenden Baugruppen zu suchen. Bei Baugruppen mit gemischter SMT- und THT-Bestückung ist die klassische Wellenlötanlage dann im Vorteil, wenn die SMT-Bestückung ausschließlich auf der Oberseite der Baugruppe ist. In diesem Fall ist der Wellenlötprozess sehr wirtschaftlich, da keine Lötmasken für die Verarbeitung erforderlich sind. Ist hingegen die Unterseite der Baugruppe ebenfalls mit SMDs bestückt, bei gleichzeitig geringem Anteil von THT-Bauteilen, ist das Selektivlöten im Vorteil, da die Wirtschaftlichkeit allein durch den Wegfall von Lötmasken wesentlich höher ist. „Selbstverständlich ist die Qualität entscheidend. Aber in diesem Fall stand für uns der Output fast noch mehr im Vordergrund. Am Ende des Tages muss ich eine bestimmte Anzahl Baugruppen gefertigt haben, ansonsten schaffe ich meine Lieferzeiten nicht“, beschreibt Fertigungsleiter Frank Koppetsch die Anforderungen. „Zudem erfahren wir derzeit einen Wachstumsschub“, ergänzt Geschäftsführerin Sabine Voigt. „Die neue Anlage sollte unsere Produktion zukunftssicher machen und einen Puffer für weiteres Wachstum bereithalten.“
Seit drei Jahren hat VOIGT electronic eine ECOSELECT 4 von Ersa in Betrieb. Daher war es ein logischer Schritt, für die neue Produktionsanlage wieder den Wertheimer Lötspezialisten zu kontaktieren. „Wir legen großen Wert auf langfristige Partnerschaften. Auf Lieferantenseite heißt das, wir brauchen Partner, die nicht nur das Equipment liefern, sondern uns auch technologisch mitnehmen, um gerüstet zu sein für die Zukunft. Das bekommen wir bei Ersa“, sagt Firmengründer Matthias Voigt. Dieses Maschinenprojekt war eine klassische Win-Win-Situation für VOIGT electronic und Ersa: Zur Productronica 2021 wurde die VERSAFLOW ONE in den Markt eingeführt. Diese kompakte Selektivlötanlage ist das neue Ersa Einstiegsmodell ins High-End Selektivlöten. VOIGT electronic wurde einer der Beta-Tester für die VERSAFLOW ONE. Dadurch hatte VOIGT die Möglichkeit, für die anstehende Investition den Prozess nicht nur anhand einer Testbaugruppe zu bewerten, sondern ganze Produktionsserien durch die Maschine zu schicken. Unter realen Bedingungen fand man so heraus, ob die bestehende Welle wirklich durch eine Selektivlötanlage ersetzen werden kann.
Für die VERSAFLOW ONE stehen vier Ausstattungsvarianten zur Verfügung. Dank dieser fixen Konfigurationen ist die VERSAFLOW ONE in nur zwei bis vier Wochen lieferbar. Die Kernprozesse Fluxen – Heizen – Löten wurden von den Premium-Modellen VERSAFLOW 3/45 und VERSAFLOW 4/55 übernommen. Das heißt, auch in der VERSAFLOW ONE stehen die Features Lotniveauüberwachung mit automatischer Lotdrahtzuführung, Überwachung der Lötwellenhöhe oder die regelmäßige automatische Düsenaktivierung zur Verfügung. Dazu gehört ebenfalls der dreigeteilte Stiftkettentransport mit 3 mm Randauflage und automatischer Breitenverstellung, der sich schnell auf unterschiedliche Leiterplattenformate anpassen lässt. Das Lötmodul ist mit einem oder zwei Löttiegeln erhältlich – Besonderheit hier: die x-Variabilität. In der maximalen Ausbaustufe verfügt die Anlage über zwei Lötmodule. Mit der VERSAFLOW ONE ist zudem eine Energieeinsparung von 10% in der Vorheizung gelungen. Die Glasabdeckung wurde durch ein Gitter ersetzt, durch das die Wärme ohne Absorptionsverlust direkt an die Baugruppen gelangt. Durch eine Veränderung des Abstands konnte die Anzahl der IR-Strahler reduziert und die Performance der Heizung erhalten bleiben.
„Unsere Mannschaft ist äußerst schnell mit der Anlage zurechtgekommen,“ berichtet Fertigungsleiter Koppetsch von den Erfahrungen mit der Anlage. Alle Ersa Selektivlötanlagen haben ein ähnliches Bedienkonzept, das äußerst intuitiv und benutzerfreundlich ist. Zudem profitierte VOIGT schon von den Vorkenntnissen aus der Bedienung der bestehenden ECOSELECT 4. Denn wie alle Ersa Anlagen wird auch die VERSAFLOW ONE mit der Bediensoftware ERSASOFT 5 gesteuert. Der darin integrierte Editor CAD-Assistent 4 macht die Erstellung der Lötprogramme kinderleicht und schnell. Selbstverständlich lassen sich die Programme zu einem Produkt auch abspeichern und sind so bei Bedarf schnell verfügbar. Beide Features sind in Betrieben mit häufigen Produktwechseln enorm wichtig.
Lötqualität und Durchsatz der VERSAFLOW ONE haben überzeugt, aber auch die Wartungsfreundlichkeit und der geringe Stickstoffverbrauch. „Für den ordentlichen Betrieb einer Wellenanlage benötigt man aus unserer Sicht einen Stickstofftunnel“, erklärt Frank Koppetsch. „Da wir unseren Stickstoff selbst erzeugen, hätten wir für eine Welle in eine größere Anlage investieren müssen. Für die Stickstoffabdeckung des Lötbads in der VERSAFLOW ONE beträgt der Verbrauch lediglich 2 m3/h. Das können wir mit unserem Stickstoffgenerator sehr gut abdecken.“ So hat man sich bei VOIGT electronic entschlossen, die VERSAFLOW ONE nach der Testphase als Ersatz für die Wellenlötanlage zu übernehmen. „Wir sind nun in der Fertigung noch flexibler und haben den gewünschten Kapazitätspuffer. Die Wartung ist deutlich einfacher und schneller als bei unserer alten Wellenlötanlage. Wir sind in diesem Bereich nun hervorragend für die Zukunft aufgestellt, zumal sich unsere ECOSELECT 4 ja bei Bedarf noch zu einer VERSAFLOW Anlage ausbauen lässt“, resümiert Frank Koppetsch.
