Sauter: Lötbügel für die energieeffiziente Serienfertigung

Beim Thermodenlöten hängt die Qualität der Lötstelle direkt von der mechanischen Präzision des Lötstempels ab. Die Sauter GmbH gilt als europäischer Technologieführer beim Herstellen kundenspezifischer Stempel und hat bereits den 400. Lötbügel ausgeliefert.

Mit speziell an die Form der zu verlötenden Bauteile angepassten Lötstempeln lassen sich in der Elektronikfertigung auch komplexe Verbindungen herstellen. Das Verfahren gilt als robust und prozesssicher, stellt aber hohe Anforderungen an die Präzision der Thermoden, die daher aus einem nur schwer zu zerspanenden Material gefertigt werden müssen. Formenbau Sauter aus dem schwäbischen Hirrlingen gilt als der europäische Technologieführer und hat unlängst den 400. kundenspezifisch geformten Lötstempel ausgeliefert, mit dem Kabel an Batterieclips gelötet werden.

Die zentrale Herausforderung beim Bügellöten liegt darin, dass die Qualität der Lötstelle direkt von der präzisen geometrischen Form der Thermode abhängt. Üblich sind Genauigkeitsanforderungen im Bereich ± 0,01 mm (10 µm) bei einer Oberflächenrauheit von unter 0,2. Dies ist notwendig, um im Lötprozess die Einsinktiefe exakt und wiederholgenau einstellen zu können. So lässt sich in der Serienfertigung das Anschmoren von Kabelisolierungen genauso zuverlässig verhindern, wie eine mechanische Beschädigung von ungehäusten Chips, auch Dies genannt.

Hergestellt werden diese hochpräzisen Lötbügel aus niedrig gekohlten Werkstoffen, beispielsweise Wolfram-Kupfer-Legierungen. Diese mechanisch schwierig zu bearbeitenden Materialen sind erforderlich, damit sich der Lötstempel bei üblichen Arbeitstemperaturen von um die 300 °C nicht verformt und gleichzeitig auch die erforderlichen Anpresskräfte übertragen kann. Diese liegen nicht selten in der Größenordnung von 60 N, wobei die Auflagenflächen nur jeweils wenige Quadratmillimeter betragen.

Die Korrosionsbeständigkeit und Abriebfestigkeit der Lötbügel erklärt deren lange Standzeiten – aber auch die Herausforderungen bei der mechanischen Bearbeitung. Denn diese Legierungen sind zäh und verhalten sich abrasiv. Im Gegensatz zu vielen Metallen nimmt der Span die beim Fräsen entstehende Wärme nicht auf, was schnell zu einer Überhitzung der Werkzeuge und damit zu Friktionsprobleme an deren Schneiden führen kann. Die Folge sind Maßabweichungen und Teile außerhalb jeder Toleranz. Daher braucht es viel Erfahrung und einen geringen Vorschub, um diese Materialien hochpräzise und vor allem wiederholgenau zu bearbeiten.

Entsprechend fertigt Sauter nur die Rohlinge für die Lötstempel per CNC-Zerspanung. Die erforderlichen hohen Genauigkeiten werden durch eine anschließende Funkenerosion erreicht. Doch auch dieser Prozessschritt verläuft anders als bei üblichen Hartmetallen: Die Erodierzeiten der Wolfram-Kupfer-Legierungen sind sehr kurz, was ein hochkonzentriertes Arbeiten erforderlich macht.

Das Bügellöten ist eines der robustesten Reflow-Verfahren in der Elektronikfertigung. Reflow deshalb, weil auch hier eine vorher aufgebrachte Lotpaste wieder aufgeschmolzen wird. Um dies zu erreichen, wird der Lötbügel zunächst als Widerstand in einen elektrischen Stromkreis geschaltet und dadurch auf rund 300 Grad aufgeheizt, weshalb das Verfahren auch als Widerstandslöten bezeichnet wird. Die heiße Thermode wird auf die Lötstelle gedrückt, bis das Lot aufschmilzt. Anschließend wird die Heizung abgeschaltet; der Lötstempel bleibt aber auf der Lötstelle, bis das Lot erstarrt ist. Erst danach wird er abgehoben. Daher lassen sich mit diesem Verfahren beispielsweise auch federnde Teile prozesssicher verlöten.