Superkondensatoren: Die Restladung per Büroklammer beseitigen
Superkondensatoren: Die Restladung per Büroklammer beseitigen
Wenn Superkondensatoren mit einer Restladung ausgeliefert werden, entsteht in der EMS-Produktion ein Problem: Unter Umständen geben die Bauteile diese Energie schlagartig während der Verarbeitung ab – mit Risiken für andere Bauteile. Die Lösung von Kraus Hardware ist ebenso einfach wie kreativ.
Ob bei der Rekuperation eines Elektroautos, in einer Windkraftanlage oder während der Blitzfunktion beim Fotografieren – wenn Energie innerhalb kürzester Zeit aufgenommen und bei Bedarf wieder abgegeben werden muss, sind Superkondensatoren (als eine Art von Kurzzeitspeicher) unverzichtbar. Allerdings hat genau diese Funktion auch Einfluss auf die Handhabung der Bauteile: Sie werden kurzgeschlossen transportiert und sind somit entladen, damit bei der späteren Verarbeitung keine Probleme auftreten. Zumeist kommt dabei eine Aluminiumfolie zum Einsatz.
Kleine Restspannung, große Wirkung
Kann dennoch eine Restladung vorhanden sein, wenn man die Bauteile aus der Verpackung entnimmt? Die Antwort ist ein entschiedenes „Ja“. Schließlich geht mitunter der Kontakt zur angesprochenen Kurzschlussfolie verloren. Außerdem ist eine Spannungserholung infolge der dielektrische Absorption (mehr dazu hier) jederzeit denkbar. Und genau diese Ausgangslage sorgte bei Kraus Hardware für Probleme, wie Andreas Kraus, Gesellschafter von Kraus Hardware bestätigt: „Aktuell haben wir mehrere Superkondensatoren auf einer Leiterplatte verarbeitet, die in einem Energiespeicher zum Einsatz kommt. Während des Selektivlötens entlud sich überraschenderweise eine erhebliche Restladung, was wiederum zu einer Überhitzung an der Leiterbahn und einer daraus resultierenden Verfärbung am Lötstopplack führte.“ (Mehr zu den Ursachen dieses Effektes im Infokasten.)
Einfache Lösung
Das Ziel von Kraus Hardware war es deshalb, die Restladung unmittelbar vor dem Löten zuverlässig abzubauen – ohne dabei den Fertigungsablauf zu verkomplizieren:
- Mit Hilfe von Büroklammern wurden die Anschlüsse jedes Superkondensators kurzgeschlossen.
- Während der Entladung flossen kurzfristig hohe Ströme, weshalb sich die Büroklammern erwärmten. Der Arbeitsschritt wurde deshalb zügig und besonders vorsichtig durchgeführt.
- Erst kurz vor der weiteren Verarbeitung wurden die Büroklammern wieder entfernt.
„Das Beispiel zeigt recht gut unsere Arbeitsweise, denn wir analysieren auftretende technische Probleme gründlich und entwickeln passgenaue Lösungen“, fasst Andreas Kraus zusammen. „Viele Herausforderungen in der Elektronikfertigung entstehen durch das Zusammenspiel physikalischer Effekte und einzelner Prozessschritte. Und genau an dieser Stelle punktet unser Erfahrungswissen. Am Ende profitieren die Kunden von Tempo und Qualität. Das ist unser Anspruch.“
Kondensator mit Restladung: Was passiert beim Löten?
- Während des Selektivlötens verbindet das flüssige Lot (für kurze Zeit) leitfähige Bereiche miteinander.
- Es entsteht ein niederohmiger Strompfad.
- Die Restenergie der Superkondensatoren entlädt sich innerhalb kürzester Zeit und es fließen hohe Stromimpulse, was die Leiterbahnen lokal erwärmt.
- Das Ergebnis sind sichtbare Verfärbungen des Lötstoplacks.
Übrigens: Es genügte nicht, dass die Anschlussdrähte der Superkondensatoren – vor ihrer Verarbeitung – bei Kraus Hardware gekürzt wurden. Der dabei entstehende Kurzschluss dauerte nur kurz und beseitigte die Restladung nicht.
