Für die Entwicklung einer neuen Generation von Vakuumlötanlagen benötigte die iew induktive Erwärmungsanlagen GmbH aus Gumpoldskirchen ein Hochvakuumsystem, das sowohl robust als auch effizient ist. Gemeinsam mit Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions entwickelte das Unternehmen ein Anlagenkonzept, das eine Turbomolekular-Vakuumpumpe mit einer Vorpumpe kombiniert. Damit wird ein Endvakuum von bis zu 8×10-6 hPa (mbar) gewährleistet. Es ermöglicht reproduzierbare Lötverbindungen, weil unter diesen nahezu gasfreien Bedingungen Oxidation verhindert, die Wärmeübertragung präzise kontrolliert und die Bauteile mit der Lötlegierung besonders gleichmäßig verbunden werden. Gleichzeitig reduzieren die ölfreien Vakuumpumpen den Wartungsaufwand und verhindern Verunreinigungen im Prozessraum.
Ein Anbieter für Vakuumlöten und Induktionserwärmung
Hervorgegangen aus einer Diplomarbeit zum Thema Induktionserwärmung, wurde das Unternehmen 1996 von Dipl.-Ing. Martin Schweikhart als Ingenieurbüro Schweikhart gegründet. Bereits ein Jahr später erfolgte die Umbenennung in iew induktive Erwärmungsanlagen GmbH. Mit rund 20 Mitarbeitern beliefert iew heute Kunden weltweit. Neben individuell konfigurierbaren Induktionserwärmungsanlagen machen die Vakuumlötanlagen einen stetig wachsenden Anteil des Umsatzes aus. Das Unternehmen ist laut Pfeiffer Vacuum weltweit der einzige Anbieter, der beide Verfahren aus einer Hand liefert.
Die Systeme werden unter anderem beim Löten von Hochleistungsdiamantwerkzeugen, beim Schrumpfen, Glühen und Härten von Metallen sowie in der Prüftechnik und Forschung eingesetzt. Im Geschäftsfeld Vakuumlöten entfallen rund 80 % der Anwendungen auf die Werkzeugtechnik. Auch Hersteller von Messtastern sowie Unternehmen aus der Medizintechnik zeigen großes Interesse an der Löttechnik.
Vakuumlöten unter optimalen Bedingungen
Der Vakuumlötprozess beginnt mit der Vorbereitung der Bauteile, die je nach Anwendung aus Hartmetall, polykristallinem Diamant oder Keramik bestehen. Nach dem Auftragen der Lötpaste werden die Werkstücke in einer Quarzglas-Vakuumkammer positioniert. Anschließend wird die Kammer evakuiert, bis ein Druck von etwa 5×10-4 hPa (mbar) erreicht ist. Dadurch werden Sauerstoff, Stickstoff und Feuchtigkeit aus dem Prozessraum entfernt – entscheidend, um Oxidation und Verunreinigungen an den Lötstellen zu verhindern.
Während des Lötvorgangs übernehmen Infrarotstrahler die Erwärmung der Bauteile. Zunächst werden sie homogen vorgeheizt, damit keine Spannungen im Material entstehen. Sobald die Löttemperatur erreicht ist, senken die Vakuumpumpen den Druck weiter auf etwa 5×10-5 hPa (mbar). Dieses Hochvakuumniveau minimiert die Wärmeleitung durch Restgase und sorgt für ein gleichmäßiges Aufschmelzen der Lötlegierung bei typischerweise rund 700 bis 900 °C.
Nach Abschluss des Lötprozesses wird das Vakuumniveau weiter erhöht – auf etwa 8 bis 9×10-6 hPa (mbar). In dieser Umgebung können die Werkstücke kontrolliert abkühlen, ohne dass Sauerstoff oder Stickstoff mit der Oberfläche reagieren. Erst wenn die Temperatur auf etwa 150 °C gesunken ist, wird Umgebungsluft langsam wieder eingelassen, um einen schonenden Druckausgleich zu erreichen.
Das Zusammenspiel aus Temperaturregelung und Hochvakuumbedingungen ermöglicht reproduzierbare Ergebnisse, dichte Lötverbindungen sowie eine hohe Produktqualität. Die Anlagen sind für den industriellen Dauerbetrieb ausgelegt und bieten eine lange Lebensdauer sowie geringe Wartungsanforderungen.
Maßgeschneiderte Vakuumtechnik statt Anlagen von der Stange
Im Jahr 2016 begann iew mit der Entwicklung erster Prototypen für Vakuumlötanlagen, die später in zwei Ausführungen verfügbar sein sollten – eine kompakte Variante für kleinere Losgrößen und eine größere Anlage für den industriellen Serienbetrieb. Ziel war es, eine zuverlässige und ressourcenschonende Alternative zu herkömmlichen Systemen zu schaffen, die häufig mit Öldiffusionspumpen arbeiteten. Beim Hochfahren musste das Öl erst auf Betriebstemperatur gebracht werden, und im Prozess bestand stets die Gefahr, dass Öldämpfe in die Vakuumkammer gelangten und Oberflächen kontaminierten. Zudem waren Wartung und Reinigung aufwendig.
Als Antwort auf diese Probleme entstand mit Unterstützung von Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions ein kompaktes Hochvakuumsystem, das ohne Diffusionspumpen auskommt und effizienter arbeitet. Die Systemarchitektur kombiniert Turbomolekular-Vakuumpumpen mit trockenen oder ölgeschmierten Vorpumpen – je nach Prozessanforderung. Diese Kombination sorgt für stabile Druckverhältnisse bis in den Bereich von 8×10-6 hPa (mbar) und ermöglicht damit reproduzierbares Löten bei geringem Energie- und Wartungsaufwand.
In der kleineren Anlagenvariante werden eine Hipace-Turbopumpe und eine ölfreie Scroll-Vakuumpumpe der Hiscroll-Serie eingesetzt, ergänzt durch Vakuummessgeräte, Staubabscheider und Ventile. Für höhere Durchsätze nutzt die größere Anlage eine Hipace-Turbopumpe in Verbindung mit einer ölgeschmierten Duovane-Drehschieber-Vakuumpumpe. Alle Komponenten sind für den Betrieb unter wechselnden thermischen Belastungen mit gelegentlichem Schmutzanfall ausgelegt.
Simon Riefling, verantwortlich für den internationalen Vertrieb bei iew, sagt, das Unternehmen habe sich im Jahr 2018 für die Systeme von Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions entschieden, weil das Unternehmen für Qualität und Service steht. „Wir sehen Produkte von Pfeiffer wir immer wieder an Universitäten, Hochschulen und in renommierten Unternehmen“, sagt er. Für iew verkörpere Pfeiffer Zuverlässigkeit, daher setze sein Unternehmen die deutschen Vakuumpumpen in seinen Vakuumlötanlagen ein, um die Qualität sicherzustellen. Die verbauten Vakuumsysteme bieten eine einfache Wartung und lange Lebensdauer. Die Turbopumpen sind zum Beispiel für eine wartungsfreie Laufzeit von bis zu fünf Jahren ausgelegt.