Rehm Thermal Systems
1) Einleitung
Die Elektronikfertigung befindet sich in einem dynamischen Wandel, geprägt durch steigende Anforderungen an Leistungsfähigkeit, Miniaturisierung und Prozesssicherheit. Gleichzeitig wächst der Druck, Fertigungsprozesse effizienter, nachhaltiger und technologisch flexibler zu gestalten. Vor diesem Hintergrund gewinnt die ganzheitliche Betrachtung von Fertigungsprozessen zunehmend an Bedeutung – von der Auswahl geeigneter Materialien über die Prozessführung bis hin zur eingesetzten Anlagentechnik.
Das Applikationscenter von Rehm Thermal Systems fungiert dabei als zentrale Innovationsplattform, in der neue Technologien, Materialien und Prozessstrategien unter realitätsnahen Bedingungen untersucht und weiterentwickelt werden. Durch die enge Verzahnung von Forschung, Entwicklung und industrieller Praxis entstehen hier Lösungen, die gezielt auf aktuelle und zukünftige Herausforderungen der Elektronikfertigung ausgerichtet sind.
Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick über zentrale technologische Trends sowie ausgewählte Entwicklungsprojekte. Anhand konkreter Beispiele aus den Bereichen Beschichtung, Dampfphasen- und Konvektionslöten wird aufgezeigt, wie durch gezielte Prozessoptimierung und innovative Anlagentechnik sowohl Qualitätsanforderungen erfüllt als auch Effizienzpotenziale erschlossen werden können.
2) Technologische Trends
Die Verteilung der Kundenversuche in Abbildung 1 verdeutlicht den Wandel der Tendenzen und Anforderungen in der Elektronikfertigung. Standen früher vor allem das Löten und Beschichten vergleichsweise einfacher Baugruppen im Mittelpunkt, rücken mit steigender Baugruppenkomplexität zunehmend auch weiterführende Prozessanforderungen in den Fokus.
Damit wächst auch der Anspruch an die Anlagentechnik, die entsprechend weiterentwickelt werden muss. Zusätzliche Prozessoptionen wie Vakuum- und Ameisensäurelöten sowie Beschichtungsverfahren mit Hurricanedüse und UV-LED-Härtung lassen sich nur durch innovative Anlagenkonzepte zuverlässig umsetzen.
im Rehm-Applikationscenter
Die nachfolgenden Beispiele aus verschiedenen Bereichen des Rehm Applikationscenters veranschaulichen diese Entwicklung.
Beschichtungstechnologie
Der Bereich der Schutzbeschichtung (Conformal Coating) wurde im Jahr 2025 insbesondere durch den Übergang von lösemittelhaltigen Lacksystemen hin zu UV-härtenden Lacken geprägt. Dieser Wandel wird unter anderem durch steigende Anforderungen an Umwelt- und Arbeitsschutz sowie durch den Wunsch nach effizienteren und stabileren Fertigungsprozessen vorangetrieben. UV-Lacke bieten dabei entscheidende Vorteile:
• Durch ihre schnelle Aushärtung ermöglichen sie eine deutliche Verkürzung der Prozesszeiten und damit eine frühere Weiterverarbeitung der Baugruppen.
• Gleichzeitig erlauben sie die Realisierung sehr geringer Schichtdicken, was insbesondere bei hochintegrierten Baugruppen mit engen Bauteilabständen von Vorteil ist.
• Ein weiterer technologischer Trend ist die zunehmende Nutzung von LED-basierter UV-Aushärtung. Diese ermöglicht eine energieeffiziente, prozessstabile und gezielt steuerbare Härtung der Lacke.
Trotz der genannten Vorteile stellt die Verarbeitung von UV-Lacken erhöhte Anforderungen an Prozessführung und Produktionsumgebung. Ein zentraler Einflussfaktor ist die Oberflächensauberkeit-/beschaffenheit der Baugruppen (Abbildung 2) Darüber hinaus ist die präzise Einhaltung der Schichtdicken entscheidend, da sowohl zu geringe als auch zu hohe Schichtstärken zu Funktions- oder Qualitätsproblemen führen können.
Auch die Produktionsumgebung muss an die spezifischen Eigenschaften von UV-Lacken angepasst werden. Insbesondere ist ein Schutz vor unbeabsichtigter UV-Exposition erforderlich, um eine vorzeitige Reaktion des Materials zu vermeiden. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist das notwendige Prozessverständnis hinsichtlich des Materialverhaltens. UV-Lacke reagieren empfindlich auf Prozessparameter wie Intensität und Spektrum der Strahlung sowie auf geometrische Abschattungen durch Bauteile.
Prozesslösungen und technologische Entwicklungen
Durch das im Applikationscenter aufgebaute Prozess-Know-how können gezielt Maßnahmen zur Bewältigung dieser Herausforderungen abgeleitet und umgesetzt werden. Im Zuge der steigenden Nachfrage nach UV-Prozessen wurden zudem neue Technologien und Lösungen entwickelt. Hierzu zählt unter anderem das Sprühventil „Hurricane“ (Abbildung 3 links), das eine präzise und reproduzierbare Applikation von UV-Lacken ermöglicht. Abhängig von Lacktyp und Baugruppenlayout können damit auch sehr geringe und gleichzeitig homogene Schichtdicken realisiert werden. Ergänzend dazu wurde ein RDS UV-LED-Aushärtesystem entwickelt, das eine zuverlässige und schnelle Härtung der applizierten Lacke gewährleistet “ (Abbildung 3 rechts). Durch die gezielte Steuerung der Strahlungsparameter kann eine hohe Prozessstabilität erreicht werden.
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Dampfphasenlöten
Im vergangenen Jahr und aktuell wird der Bereich des Dampfphasenlötens sehr stark durch die Anwendung der Ameisensäure geprägt. Das Löten mit Ameisensäure gewinnt an Bedeutung, insbesondere in der modernen Leistungselektronik. Der zentrale Treiber ist der steigende Bedarf an flussmittelfreien Prozessen, da klassische Flussmittel zwar Oxide entfernen, jedoch auch Nachteile mit sich bringen: Sie verursachen Porenbildung durch flüchtige Bestandteile und hinterlassen Rückstände, die aufwendig gereinigt werden müssen und die Zuverlässigkeit beeinträchtigen können.
Ameisensäure wirkt hier als Reduktionsmittel, das Metalloxide in einem zweistufigen Prozess entfernt. Dabei entstehen rückstandsfreie und saubere Lötstellen entstehen. Gerade in Anwendungen wie IGBT-Modulen, Hochfrequenztechnik oder LED-Systemen ist dies entscheidend, da dort höchste Anforderungen an Porenfreiheit, Wärmeleitfähigkeit und Langzeitzuverlässigkeit bestehen. Insbesondere bei IGBTs auf Kühlkörpern zeigt sich der Vorteil der Kombination aus Dampfphasenlöten, kammerbasierten Injektionsprinzip und Ameisensäure:
• Das Kondensieren aus der Dampfphase erlaubt ein sehr schnelles Aufheizen von großen Massen wie Kühlkörpern
• Kammerbasiertes Injektionsprinzip macht es möglich die Atmosphäre zwischen Galden®Dampf, Stickstoff und Ameisensäure prozessschrittweise auszutauschen (Abbildung 4 links)
• Ameisensäure ermöglicht nahezu poren- und residuenfreie Lötverbindungen (Abbildung 4 rechts)
Neben der Temperaturprofilierung und der Aktivierungsdauer (Zeit und Ameisensäurekonzentration) beeinflusst auch die Sauberkeit der zu lötenden Oberflächen das Lötergebnis maßgeblich – insbesondere im Hinblick auf organische Kontaminationen. Ameisensäure ist zwar in der Lage, auch dicke Oxidschichten effektiv zu reduzieren, stößt jedoch bei organischen Rückständen an ihre Grenzen. Solche Verunreinigungen können beispielsweise durch das Berühren der Oberflächen ohne Handschuhe entstehen und die Benetzung negativ beeinflussen.
Konvektionslöten
Während in den vergangenen Jahren vor allem Nachhaltigkeit und Digitalisierung im Fokus standen, verschieben sich die aktuellen Anforderungen zunehmend hin zu höherem Durchsatz, einer gezielten Anpassung des Restsauerstoffniveaus sowie dem Einsatz niederschmelzender Lote.
Die Optimierung des Restsauerstoffgehalts dient dabei dem Ziel, ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Stickstoffverbrauch und optimalen Benetzungsergebnissen zu erreichen. Untersuchungen zeigen, dass ein zu hoher Restsauerstoffgehalt nicht nur die Benetzung negativ beeinflusst, sondern auch die Verteilung der Flussmittelrückstände verändert (Abbildung 5 links). Im Rahmen von Versuchen zum Vakuumlöten konnte zudem nachgewiesen werden, dass bereits bei einem Druckniveau von etwa 250 mbar – bei optimaler Parameterabstimmung – sehr gute Ergebnisse erzielt werden können (Abbildung 5 rechts).
Abbildung 5: Vergleich der Lötstellen mit und ohne Stickstoff und mit und ohne Vakuum.
Nicht nur im Applikationscenter, sondern auch direkt in der Elektronikfertigung vor Ort unterstützen die Prozessexperten von Rehm erfolgreich bei der Reduktion von Poren, der Steigerung des Durchsatzes sowie der zuverlässigen Einhaltung von Profilvorgaben.
3) Technologie Projekte und technologische Partnerschaften im Fokus
Im Applikationscenter bei Rehm werden nicht nur umfangreiche Kundenversuche durchgeführt, sondern es dient auch als zentrale Plattform für die Weiterentwicklung von Prozessen und Technologien. Neben der Unterstützung individueller Kundenanforderungen liegt ein besonderer Fokus auf der kontinuierlichen Optimierung und Innovation bestehender Verfahren. Zu diesem Zweck engagiert sich Rehm in verschiedenen Kooperationsprojekten mit Industriepartnern, Forschungseinrichtungen sowie branchenrelevanten Verbänden. Diese Zusammenarbeit ermöglicht den Austausch von Know-how, die Erschließung neuer technologischer Ansätze und gemeinsame Entwicklung von Lösungen für aktuelle Herausforderungen.Im Folgenden werden einige bereits abgeschlossene sowie aktuell laufende Projekte beispielhaft vorgestellt.
Projekt „Herausforderungen bei der Verarbeitung von kritischen LGA-Bauelementen“ (Thales Deutschland, Thermal Systems, der TU Dresden, dem Fraunhofer IZM, Koh Young Europe, ATEcare und Omron)
1) Ziel des Projekts war es, die Prozessparameter und Einflussgrößen zu identifizieren, mit denen sich der Porenanteil (Voiding) in LGA-Lötstellen auf unter 10 % reduzieren lässt und gleichzeitig eine hohe Lötstellenqualität gewährleistet werden kann.
2) Der grobe Ablauf des Projekts umfasste die Entwicklung von realitätsnahen Testbaugruppen mit verschiedenen LGA-Bauteilen (z. B. LGA32, LGA35), die gezielte Variation von Layoutparametern (Pad-Design, Schablonenöffnungen), sowie Reflowlötversuche in einer Vakuum-Kondensationsanlage mit unterschiedlichen Enddrücken. Die Ergebnisse wurden anschließend mittels AOI, Röntgenverfahren (2D, Laminographie, CT) und metallographischer Schliffanalyse bewertet, um sowohl qualitative als auch quantitative Aussagen zum Voidgehalt und zur Lötstellenstruktur zu treffen.
3) Als zentrales Resultat zeigte sich, dass der Vakuum-Enddruck den größten Einfluss auf den Porengehalt hat (Abbildung 6 oben). Zusätzlich wurde festgestellt, dass Layout und Pastenvolumen entscheidend sind – größere Pads und höhere Lotmengen führen zu einer größeren Lotspalthöhe und geringeren Voids. Des Weiteren zeigt die Paddefinition (Solder mask oder Non solder mask defined) und der Tendenz zur Lotperlenbildung den klaren Zusammenhang (Abbildung 6 unten).
Projekt „Untersuchungen zur Entstehung und Vermeidung der Wicking-Defekte beim Löten von SMT-Steckverbindern“ (ERNI Electronics GmbH & Co. KG und Rehm Thermal Systems GmbH)
Ziel des Projekts war es, die Ursachen des sogenannten Wicking-Effekts – also das Aufsteigen von Lot am Bauteilanschluss und die damit verbundene Verarmung der eigentlichen Lötstelle – zu verstehen und geeignete Maßnahmen zur Vermeidung abzuleiten.
Der Projektablauf umfasste die Analyse möglicher Ursachen, die sowohl thermodynamischer Natur (Temperaturprofilierung) als auch auf Benetzungsprobleme zurückzuführen sind. Zuerst wurden verschiedene Reflowlötprofile gezielt variiert, um Temperaturdifferenzen zwischen Ober- und Unterseite zu erzeugen. Ergänzend dazu erfolgten umfangreiche metallographische Analysen (REM, FIB, EDX), um den Einfluss der Oberflächen- und Schichtstrukturen der Steckverbinderkontakte auf das Wicking-Verhalten zu untersuchen.
Als wichtigstes Resultat zeigte sich, dass Wicking nicht allein durch die Temperaturverteilung erklärbar ist. Zwar konnte durch eine gezielte Anpassung des Reflowprofils Wicking in realen Prozessen vollständig eliminiert werden (Abbildung 7 links), jedoch zeigt die Metallurgie der Kontaktoberflächen auch einen starken Einfluss. Insbesondere bestimmte intermetallische Phasen (z. B. Ni?Sn? statt NiSn?) beeinflussen die Benetzbarkeit und fördern dadurch das Aufsteigen des Lots (Abbildung 7 rechts). Damit wurde nachgewiesen, dass sowohl Prozessführung als auch Materialeigenschaften entscheidend für die Vermeidung von Wicking sind.
Abbildung 7: Einfluss der Ofeneinstellungen auf maximale Temperatur/Zeit über Liquidus auf der Leiterplatteober- und unterseite (oben); REM Aufnahmen, Oberflächenstrukturen der Ni/Sn-Phasen: Mit Neigung zur Wicking (unten links) und ohne (unten rechts) [3].
Projekt „Verschleppung von Galden im Dampfphasenlötprozess“ (PHOENIX CONTACT Connector Technology GmbH, Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. und Rehm Thermal Systems GmbH)
Ziel des Projekts war es, das Dampfphasenlöten im Kontext der Miniaturisierung und Leistungselektronik und bewertet seine Eignung und Effizienz beim Löten von Steckverbindern zu untersuchen.
Der Projektablauf umfasste die Analyse typischer Herausforderungen moderner Baugruppen, die sowohl sehr kleine, empfindliche Bauteile als auch große thermische Massen enthalten. Es wurden experimentelle Lötversuche mit dem Dampfphasenverfahren durchgeführt. Dabei wurden Temperaturprofile, Vakuumschritte sowie mögliche Effekte wie die Verschleppung des Mediums und die elektrische Funktion der Steckverbinder nach dem Lötprozess untersucht.
Das wichtigste Resultat der Arbeit ist, dass das Dampfphasenlöten besonders gut für komplexe Baugruppen mit stark unterschiedlichen thermischen Massen geeignet ist. Durch die kondensationsbasierte Wärmeübertragung wird eine sehr homogene und gleichzeitig begrenzte Temperatur erreicht, wodurch empfindliche Bauteile vor Überhitzung geschützt werden, während massive Komponenten dennoch ausreichend erwärmt werden. Im Hinblick auf Gladen®Verschleppung zeigte sich, dass für den Prozess mit Injektionsprinzip und Vakuumschritt sich bei keiner der getesteten Steckergeometrien eine signifikante Verschleppung vorliegt (Abbildung 8 Prozess 2).
Abbildung 8: Masseänderung vor und nach dem Löten für die untersuchten Dampfphasenlötprozesse [4]
Projekt „Strömungsempfindliche Small Outline Dioden sicher verlöten“
Ziel des Projekts war es, die zugrunde liegenden physikalischen Mechanismen dieses Fehlers zu verstehen und geeignete Maßnahmen zur Vermeidung abzuleiten. Hintergrund ist die fortschreitende Miniaturisierung, die zwar Vorteile bringt, gleichzeitig aber die Empfindlichkeit gegenüber Prozesskräften wie Strömungseinflüssen erhöht.
Der Projektablauf umfasste eine Kombination aus experimentellen Untersuchungen, numerischen Strömungssimulationen (CFD) und analytischen Berechnungen. Zunächst wurden die Grundlagen der Wärmeübertragung in Konvektionsanlagen sowie die Strömungsverhältnisse in Düsenfeldern analysiert. Anschließend entwickelte Rehm ein spezielles Messsystem zur Erfassung der Strömungsgeschwindigkeiten direkt an der Baugruppenoberfläche unter realen Lötbedingungen. Ergänzend dazu wurden Verblastests mit unterschiedlichen Lüfterleistungen und Temperaturen durchgeführt, um kritische Prozessgrenzen zu identifizieren. Parallel wurden Simulationen durchgeführt (Abbildung 9 links), um die auf die Bauteile wirkenden Kräfte in verschiedenen Raumrichtungen zu bestimmen und mit analytischen Modellen zu vergleichen .
Als zentrales Ergebnis der numerischen und analytischen Berechnungen zeigte sich, dass das Verblasen der Komponenten hauptsächlich durch das Zusammenspiel von Strömungskräften und den Eigenschaften der Lotpaste bestimmt wird. Während ohne Lotpaste bereits geringe Windlasten zum Verblasen führen, sorgt die Lotpaste bei niedrigen Temperaturen durch ihre Klebrigkeit und hohe Fließgrenze für ausreichend Halt. Mit steigender Temperatur nimmt jedoch die Fließgrenze deutlich ab, sodass die durch die Strömung verursachten Scherkräfte die Haltekraft der Lotpaste überschreiten können und die Bauteile verschoben oder umgeworfen werden. Ein weiteres Ergebnisbild der Arbeit zeigt die simulierten Kräfte auf die SOD323-Bauteile in verschiedenen Raumrichtungen, wobei insbesondere die seitlichen Kräfte (Verblaskräfte) und Auftriebskräfte quantifiziert werden (Abbildung 9 rechts). Diese Visualisierung verdeutlicht, dass bereits kleine Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit erhebliche Auswirkungen auf die Bauteilstabilität haben.
Abbildung 9: Gasstrahlen auf SOD323 aus der CFD-Simulation (links) und Vergleich der Kräfte in Z-Richtung aus der CFD-Simulation und Berechnung (rechts) [5]
Projekt „iBFE R2-Projekt: Zuverlässigkeit und Prozessverhalten von niedrigschmelzenden Lotlegierungen“
Das iBFE-Projekt R2 befasst sich mit der Frage, ob niedrigschmelzende Lotlegierungen mit Schmelzpunkten um etwa 138 bis 142 °C eine zuverlässige Alternative zu konventionellen SAC-Loten darstellen können.
Zu diesem Zweck wurde ein standardisiertes Testboard entwickelt, das von mehreren Industriepartnern genutzt wird, um vergleichbare Ergebnisse zu erzielen. Die Untersuchungen umfassen unter anderem Temperaturwechsel- und Schocktests, Scherfestigkeit sowie elektrische Zuverlässigkeitsanalysen. Zusätzlich wird das Prozessverhalten im Reflow-Löten analysiert, beispielsweise hinsichtlich Benetzung, Voiding und Prozessstabilität [6].
Die bisherigen Ergebnisse zeigen, dass niedrigschmelzende Lotlegierungen eine hohe Zuverlässigkeit erreichen können. Prozessseitig weisen diese Lote Vorteile wie eine reduzierte Voidbildung (Abbildung 10 links), stabilere Abläufe und die Möglichkeit höherer Prozessgeschwindigkeiten auf. Ein wesentlicher Vorteil dieser Legierungen liegt in der deutlich niedrigeren Verarbeitungstemperatur und dementsprechend schnelleren Transportgeschwindigkeiten (Abbildung 10 rechts), wodurch sich Energieeinsparungen von bis zu etwa 40 % erzielen lassen. Gleichzeitig wird die thermische Belastung für Bauteile und Leiterplatten erheblich reduziert, was sich positiv auf die Bauteilzuverlässigkeit auswirken kann.
Abbildung 10: Zusammenfassung der Auswertung des Porengehalt am Beispiel eines Thermal Pads (links) und Aufzeichnung der Reflow Profile SAC (blau, 1000 mm/min) vs. BSA (gelb, 2400 mm/min und grau 3200 mm/min)) [6]
Zusammenfassung und Ausblick
Die dargestellten Beispiele verdeutlichen, dass die Elektronikfertigung zunehmend von komplexeren Baugruppen und steigenden Qualitätsanforderungen geprägt ist. Gleichzeitig eröffnen neue Materialien und Technologien – wie UV-härtende Lacke, Ameisensäurelöten oder niedrigschmelzende Lotlegierungen – erhebliche Potenziale zur Verbesserung von Prozessstabilität, Effizienz und Nachhaltigkeit. Ein zentrales Ergebnis ist, dass sowohl die Prozessführung als auch die eingesetzte Anlagentechnik immer stärker aufeinander abgestimmt werden müssen.
Für die Zukunft ist zu erwarten, dass sich dieser Trend weiter verstärkt. Insbesondere die Kombination aus datengetriebener Prozessoptimierung, neuen Materialsystemen und flexiblen Anlagenkonzepten wird die Entwicklung maßgeblich prägen. Das Applikationscenter wird dabei weiterhin eine Schlüsselrolle spielen – als Plattform für Innovation, Technologietransfer und die enge Zusammenarbeit mit Industrie- und Forschungspartnern. Ziel bleibt es, praxisnahe Lösungen zu entwickeln, die den steigenden Anforderungen der Elektronikfertigung nachhaltig gerecht werden.
Darüber hinaus wird die internationale Verfügbarkeit von Prozess- und Applikationsdienstleistungen weiter an Bedeutung gewinnen. Neben dem Applikationscenter am Standort Blaubeuren stehen Kunden auch die Technology Center in Guadalajara, Mexiko, und Dongguan, China, zur Verfügung. Damit können Versuche, Prozessvalidierungen, Materialtests und kundenspezifische Optimierungen noch näher an den jeweiligen Produktionsstandorten durchgeführt werden. Dies stärkt nicht nur den globalen Technologietransfer, sondern ermöglicht auch eine schnellere, praxisorientierte Unterstützung bei der Einführung neuer Materialien, Verfahren und Anlagenkonzepte.
Literaturverzeichnis
[1] P. Wild und K. Hergert, „Löten mit Ameisensäure: Flussmittelfrei, zuverlässig,effizient,“ Productronic, Nr. 04, pp. 10-13, 2025.
[2] H. Maschotta, H. Wohlrabe und H. Bell, „Herausforderungen bei der Verarbeitung von kritischen LGA-Bauelementen,“ PLUS – Elektronikfertigung, Nr. 5, pp. 711-723, 2020.
[3] H. Bell, S. Kaminski und P. Wild, „Aktuelle Untersuchungsergebnisse zur Entstehung und Vermeidung der Wicking-Defekte beim Löten von SMT-Steckverbindern,“ EBL 2020 – Elektronische Baugruppen und Leiterplatten – 10. DVS/GMM-Tagung, 2020.
[4] K. Hergert, A. Hieber, U. Rosemeyer, M. Barth, W. Eberhardt und M. Barth, „www.elektronikpraxis.de,“ Vogel Communications Group GmbH & Co. KG, 29 06 2023. [Online]. Available: https://www.elektronikpraxis.de/dampfphasenloeten-miniaturisierung-leistungselektronik-a-ee450d8381c42bea0f379a09a6e240af/. [Zugriff am 01 04 2026].
[5] C. Giersberg und P. Wild, „Strömungsempfindliche Small Outline Dioden sicher verlöten,“ productronic, Nr. 04, pp. 14-16, 2022.
[6] D. Dudek und T. Ahrens, „iBFE R2-Projekt: Zuverlässigkeit und Prozessverhalten von niedrigschmelzenden Lotlegierungen,“ EBL 2026 – Elektronische Baugruppen und Leiterplatten, pp. 287-299, 2026.