Für Fertigungsprozesse mit kleinen und mittleren Stückzahlen im Bereich Elektro-, Medizin- und Sensortechnik hat das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT einen automatisierten Laserlötprozess etabliert, der die Flexibilität sowie die Prozessgeschwindigkeit der Fertigung erheblich steigert. Im Hinblick auf die fortschreitende Miniaturisierung der Baugruppen bietet dieser Prozess großes Potenzial.

Die Fertigung hochintegrierter elektrotechnischer Komponenten am Produktionsstandort Europa erfordert neben einer hohen Qualität vor allem ein Höchstmaß an Flexibilität, um gegenüber den Kostenvorteilen in Billiglohnländern konkurrenzfähig zu sein. Fertigungseinrichtungen müssen möglichst ohne Umstellung auf unterschiedlichste Produkte übertragbar sein. Zudem sind für eine weitgehend mannlose Fertigung schnelle, hochautomatisierte Fertigungsverfahren notwendig. Diesen Anforderungen sehen sich vor allem kleine und mittelständische Unternehmen ausgesetzt, die mit kleinen und mittleren Stückzahlen Marktsegmente für hochintegrierte Elektrotechnik-Bauelemente besetzen, die von Massenfertigungseinrichtungen nicht bedient werden können. Beispiele sind innovative Produkte der Medizin- oder auch Sensortechnik, bei denen ein wesentlicher Fertigungsschritt die Kontaktierung von lackisolierten Spulendrähten an Anschlusspads auf einer Platine darstellt.

Derzeit werden bei diesen Produkten aufgrund fehlender Automatisierungseinrichtungen häufig die Kontaktierungen in einem manuellen Lötprozess durchgeführt. Aufgrund der Komplexität des Prozesses und der Geometrie der Bauteile ist der Fertigungsprozess nur schwer reproduzierbar. Die Qualität der Lötverbindung hängt stark von der durchführenden Person ab. Damit die isolierende Lackschicht vom Draht entfernt wird, ist es erforderlich, dass der heiße Lötkolben mehrfach mit einem gewissen Anpressdruck über den einzelnen Draht geführt wird, so dass der Isolierlack schmilzt und die blanke Drahtoberfläche mit dem flüssigen Lot unmittelbar in Kontakt kommt. Diese Methode ist nicht nur sehr zeitraubend, sondern sie birgt auch die Gefahr, dass insbesondere bei sehr dünnen Lackdrähten < 100 µm der anzuschließende Drahtabschnitt abreißt oder dass keine einwandfreie elektrische Kontaktierung zustande kommt. Alternativ wird die Abisolierung des Drahtes chemisch oder mechanisch durchgeführt. Beide Verfahren sind unzureichend. Sie beinhalten komplexe Prozessketten und können gerade im Hinblick auf eine Miniaturisierung der Baugruppen sowie eine in den Fügeprozess integrierte zwingend erforderliche Entlackung der Drähte (z.B. bei Abisolierung direkt an der Baugruppe) nicht angewendet werden.

Zur Erhöhung von Prozessgeschwindigkeit und Reproduzierbarkeit hat das Fraunhofer ILT einen automatisierten Laserlötprozess entwickelt, der nicht nur die Fertigungsflexibilität steigert, sondern auch ein hohes Potenzial zur weiteren Miniaturisierung bietet. Bei diesem Prozess finden die Entlackung und die Kontaktierung in einem einzigen Prozessschritt statt. Zum einen wird beim laserstrahlbasierten Lötprozess durch eine integrierte, auf pyrometrischen Sensoren basierenden Prozessüberwachung und -regelung die Reproduzierbarkeit des Verfahrens erheblich gesteigert. Zum anderen bietet das berührungslose Laserlötverfahren erhebliche Miniaturisierungspotenziale im Vergleich zu konkurrierenden Verfahren, da die Abmessungen der Anschlusspads auf einige hundert Mikrometer reduziert werden können. Mit einem automatisierten Laserlötprozess für isolierte Anschlusskontakte bei nahezu freier Wahl der Anschlussgeometrien kann die Flexibilität der Fertigung bis hin zur Stückzahl 1 erhöht als auch die Reaktionszeit bei wechselnden Produktanforderungen verringert werden. Mittelständische Unternehmen im Bereich der Elektronikfertigung können auf die Expertise des Fraunhofer ILT unmittelbar zurückgreifen.