Gegründet am 01.10.2002, ist das mittelständische Unternehmen 2E mechatronic GmbH & Co. KG ein selbständiges Mitglied der Narr-Gruppe in Kirchheim-Teck. Mit derzeit 70 Mitarbeitern ist man erfolgreich in den Bereichen Automotive, Industrieelektronik, Medizintechnik und Automatisierung tätig und konnte im letzten Jahr einen Umsatz von 10 Mio. Euro erzielen. Durch innovative Produkte und Fertigungstechnologien hat sich das Unternehmen national wie international einen Namen gemacht und ist heute ein wichtiger Zulieferer in der Automobilindustrie. Zur Produktpalette zählen unter anderem DIN-Steckverbinder, Präzisionsspritzgussgehäuse für ESP- und Seitenairbagsensoren, kapazitive Neigungssensoren, MID-Leuchtelemente sowie Strömungssensoren.

Mikrosysteme für die Industrie

Nach der Gründung von 2E mechatronic in Wernau ging der Weg nach oben recht schnell. Ein Jahr später erhielt das Unternehmen die erstmalige Zertifizierung nach ISO/TS 16949 und war zusammen mit Bosch, Festo, HSG-IMAT, LPKF und Mimot Verbundpartner des IMDAKT Projektes (innovative Mikrodrehgeber für die Automatisierungs- und Kraftfahrzeugtechnik). Mit der aktiven Beteiligung am AHMID-Projekt kam es zur Einrichtung einer neuen Produktionslinie für Heißpräge-MIDs, auf der dann ab 2004 die Serienproduktion der weltweit ersten, für die Automobilindustrie zugelassenen MID Baugruppe startete. Die Heißpräge-MIDs finden ihre Anwendung in der Sitzverstellung für Mercedes-Benz und Maybach und werden immer noch auf derselben Produktionslinie gefertigt. Im Jahr 2005 wurden im BMBF-Verbundprojekt MELAM 3D industrietaugliche Mess- und Prüftechnikstandards für die laserbasierte Fertigung multifunktionaler 3D-Packages entwickelt. Kurze Zeit später folgte die Großserienproduktion für Drehratensensorgehäuse für das von Robert Bosch entwickelte ESP-System. Die Kapazitäten reichten bald nicht mehr aus, deshalb wurde im Oktober 2009 der Firmensitz von Wernau nach Kirchheim-Teck verlegt. Und hier zeigte sich, dass nicht nur Qualität und Know-how Teil der Firmenphilosophie des Unternehmens sind, sondern auch der Umweltschutz. Das neue Produktions- und Verwaltungsgebäude hat einen wesentlich niedrigeren Energieverbrauch als konventionell gebaute Hallen. Produktionsabwärme, Geothermie und Photovoltaik sind in das ökologische Gesamtkonzept eingeflossen, so dass man den Energie- und Brauchwasserbedarf weitgehend selbst decken kann. Nach dem Umzug folgte schnell die Serienproduktion kapazitiver 360° Neigungssensoren, womit ein komplettes Mikrosystem angeboten werden konnte. Mit einem neuen LED Leuchtelement wurde dann ein laserstrukturiertes MID-Produkt erfolgreich in die Serienproduktion überführt.

Einstieg in Elektronik- fertigung

Angefangen hatte es mit dem Verbundprojekt AHMID zur Entwicklung einer automatisierten Fertigungslinie für Heißpräge-MID-Baugruppen. Die Fertigungslinie wurde in zwei Teilstrecken unterteilt, wobei auf der ersten Teilstrecke das Layout auf das thermoplastische Substrat mit einer Heißprägepresse aufgeprägt, und die Restfolie entfernt wird. Anschließend drückt ein Scara-Roboter die metallischen Steckkontakte in den Isolierkörper um dann zur optischen Kontrolle zu gelangen. Hier wird das Layout auf Fehler sowie die Steckkontakte auf Vorhandensein und korrekte Lage kontrolliert. Die iO-Teile werden der zweiten Teilstrecke übergeben, wo das Lot mittels Dispenser aufgebracht, und die SMD-Bauteile bestückt werden. Anschließend durchlaufen die Werkstücke eine Dampfphasenlötanlage bevor die fertigen MID-Baugruppen noch einer Funktionsprüfung unterzogen werden. Besonderes Augenmerk bei der Erstellung der Linie galt der Modularität und Flexibilität, die es ermöglichen, mehrere verschiedene Produkte zu produzieren. Und das war für das Unternehmen „der Einstieg in die Elektronikfertigung", so CEO Uwe Remer. „Die Linie, die wir damals im Rahmen des Verbundprojektes angeschafft hatten, steht und produziert auch heute noch." Eine der am Projekt beteiligten Partnerfirmen war IBL-Löttechnik, die die Heißpräge MID-Baugruppen-optimierte Dampfphasenlötanlage entwickelte und baute. Denn ein Hauptproblem bei der Herstellung von MIDs ist die thermische Belastung der Komponenten beim Löten sowie die Verarbeitung der MIDs in Trägern mit großer Masse. So können in der Serienfertigung durch die wärmetechnisch oft sehr ungünstige Geometrie der MIDs, verbunden mit metallischen Komponenten, starke Schwankungen der zu erwärmenden Masse auftreten. Insofern werden extreme Anforderungen an Variabilität und Zuverlässigkeit der Wärmeübertragung gestellt. Das geeignete Lötverfahren musste sowohl die sichere Handhabung hoher Stückzahlen ermöglichen, als auch garantieren, dass die Lötqualität und Qualität des MID-Substrates über lange Fertigungszeiträume möglichst geringen Schwankungen unterliegt. Und welches Verfahren könnte das besser als die Dampfphasentechnologie, die damals schon Kernkompetenz der IBL-Löttechnik war.

Sanftes Löten der MIDs

Der große Vorteil der Dampfphase ist der sehr effiziente Transfer von Wärme durch kondensierenden Dampf einer inerten Flüssigkeit. Und eben diese kontrollierte Wärmeübertragung stellt einen wesentlichen Schlüssel zur erfolgreichen Umsetzung der MID Fertigung dar. Das von IBL patentierte Verfahren zur gesteuerten Wärmeübertragung in der Dampfphase eröffnete die Möglichkeit, die Wärmeübertragung für temperatursensible Baugruppen so zu variieren, dass kleinstmöglicher Verzug und Thermospannungen realisierbar sind. Das Soft-Vapour-Phase (SVP)-Verfahren ermöglicht eine gezielte Veränderung der Wärmeübertragung in der Dampfphase, somit kann je nach zu lötendem Produkt, die Wärme mal schneller oder langsamer übertragen werden. Als Besonderheit galt hier das Handling der Komponenten in der Lötanlage, die MIDs benötigen eigene Trägersysteme für einen Transport und Bearbeitung. Demzufolge wurde im Rahmen des Projekts ein sehr flexibler, maschinenintern geschlossener Werkstückträger entwickelt, der es erlaubt, gezielt auf die geometrischen Randbedingungen bei der MID-Fertigung zu reagieren. So besteht die Möglichkeit, sowohl große MIDs als Einzelteile oder gleich mit mehreren MIDs beladene Werkstückträger, zuzuführen. Beim Lötprozess arbeitet jeder der Arbeitsbereiche funktionell unabhängig. Im Lademodul wird ein leerer Werkstückträger beladen und fährt in die erste Prozesskammer. Hier wird das Lötgut vorgewärmt und die Baugruppe auf eine Temperatur von typischerweise zwischen 80 und 140° C gebracht. Dann kommt der Transport in die Dampfzone, wo die gesteuerte Wärmeübertragung zum Löten bei einer konstanten Temperatur von 230° C erfolgt. Wenn sich die Temperatur des Lötobjekts dem Schmelzpunkt der Lotpaste nähert, darf es zu keiner Oxidation der Lötstelle kommen, um eine optimale Benetzung zu erhalten. Dank der Dampfphase mit ihrer Schutzgasatmosphäre steht eine optimale Lötumgebung zur Verfügung. Die dritte Prozesskammer ist mit einem Kühl- und Wärmetauschersystem ausgestattet, um eine sanfte Abkühlung der Baugruppen durch Umluftkühlung zu garantieren. Im Entlademodul wird die gelötete Komponente auf ein Band übergeben, und der Werkstückträger ist wieder leer. Die automatisch einstellbaren Werkstückträger sorgen für Flexibilität mit gleichzeitig hohem Durchsatz. Seit ca. 10 Jahren ist die Dampfphasenlötanlage, wie übrigens auch die anderen Systeme der Fertigungslinie, im Einsatz und bringt höchste Präzision und Prozessqualität. Durch ständige Upgrades wird das System auf dem neuesten Stand gehalten, der gute Service des Lötmaschinenherstellers tut sein Übriges.

Der Netzwerkgedanke von 2E mechatronic prägt die gesamten Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten und erstreckt sich konsequent über die Personal- und Lieferantenkette bis zum Kunden. Die Vielzahl der bereits durchgeführten Projekte bestätigt den Erfolg des Engagements in der Zusammenarbeit mit wissenschaftlichen Forschungsinstituten. Und auf dieser Tradition beruht ein großer Teil der technologischen Kompetenz des schwäbischen Unternehmens. (dj)

productronica, A4.458

www.ibl-loettechnik.de ; www.2e-mechatronic.de

IBL Löttechnik, Königsbrunn & 2E mechatronic, Kirchheim unter Teck