Nederland centrum voor selectieve soldeermachines Vitronics

Na een aantal roerige jaren is er rust bij Vitronics Soltec. De productie van zijn reflow- en golfsoldeermachines heeft het samengebracht in China omdat het prijskaartje in die markten meestal de doorslag geeft. De ontwikkeling en assemblage van de meer geavanceerde apparaten voor selectief solderen gebeuren in Nederland. Mechatronica&Machinebouw krijgt een rondleiding in het Oosterhoutse pand, pal aan de A59.

Alexander Pil
30 september 2012

In mei dit jaar kondigde soldeermachinebouwer Vitronics Soltec aan dat het van plan is de productie van zijn XPM-reflowsystemen te verhuizen. Op dit moment gebeurt dat nog in het Amerikaanse Camdenton. Voor 2013 moet de productie zijn verplaatst naar het Chinese Suzhou, waar het al langer reflowmachines en golfsoldeerders fabriceert. Begin 2011 verplaatste het bedrijf al een deel van de productie uit het Amerikaanse Stratham naar Oosterhout. Toen ging het om de soldeermachines uit de Selective-familie, waarvoor Nederland nu het wereldwijde competentiecentrum is.

De vestiging in Oosterhout is het wereldwijde competentiecentrum van Vitronics Soltec voor de Selective-familie van selectieve soldeermachines. Het systeem heeft een cyclustijd van dertig tot veertig seconde per bord.

Met de verschuivingen komt Vitronics Soltec in wat rustiger vaarwater. ’We hebben de afgelopen jaren inderdaad roerige tijden doorgemaakt‘, zegt Ton Colijn, die het als directeur van de Nederlandse vestiging allemaal van dichtbij meemaakte. Jarenlang was zijn bedrijf onderdeel van Dover. ’Een stabiele Amerikaanse multinational die het lokale management zijn ding liet doen. Zolang de resultaten goed waren natuurlijk.‘

In 2006 besloot Dover dat het zich minder wilde focussen op de technologiemarkt. Samen met zusterbedrijven Universal – een concurrent van Assembléon – en Hover-Davis kwam Vitronics Soltec in de etalage te staan. Colijn: ’Wij waren het meest succesvol en werden ook gezien als de krent in de pap. Met z‘n drieën zijn we eigendom geworden van Francisco Partners, een private-equityfirma. Francisco bepaalde dat de productie in Nederland zou stoppen en dat het moest worden overgeheveld naar China en de VS. Op zich kon ik dat nog wel begrijpen omdat het grootste deel van onze klanten daar zit. De tijdsspanne waarin het moest gebeuren, was niet reëel. Uiteindelijk is het in 2007 wel in gang gezet. Alleen engineering, verkoop en service bleven in Nederland.‘

Spagaat

Zoals Colijn al bevreesde, was er meer dan de geplande periode nodig voor de verhuizing. ’Met behulp van onze toeleveranciers en een goed netwerk van flexibele krachten hebben we de productielijn in Oosterhout kunnen verlengen‘, herinnert Colijn zich. ’Daarnaast hebben de werknemers van de Nederlandse vestiging veel ondersteuning gegeven om de productielijnen in China en Amerika succesvol op te zetten, wat uiteindelijk gelukt is.‘

Vlak daarna kreeg Vitronics Soltec een nieuwe eigenaar: ITW. ’Dat is een heel grote Amerikaanse multinational, meer in de range van Dover‘, vertelt Colijn. ’ITW koopt bedrijven om ze beter te maken en neemt daar de tijd voor. Vorig jaar boekte het bijna achttien miljard dollar omzet. ITW heeft honderden businessunits, die typisch tussen de tien en twintig miljoen aan omzet draaien.‘ Begin 2008 was de acquisitie afgerond. ITW lichtte Vitronics Soltec door en kwam tot de conclusie dat het verstandiger was om de productie van de ingewikkeldere Selective-lijn te centraliseren in Oosterhout. ’De opbouw in Oosterhout ging natuurlijk veel sneller omdat de supply chain er al was.‘

Voordat de componenten kunnen worden gesoldeerd, moeten ze eerst heel nauwkeurig op temperatuur komen. De smelttemperatuur van de soldeertin en de temperatuur waarbij de componenten beschadigd raken, liggen dicht bij elkaar. Vitronics Soltec heeft verschillende voorverwarmmodules.

Helaas voor Vitronics Soltec werden in 2008 de eerste tekenen van een recessie zichtbaar. Colijn: ’Dat was een lastige situatie. We moesten operationele mensen, monteurs en magazijnbeheerders aannemen maar tegelijk kosten besparen. Dat was een spagaat. Als je naar de lange termijn kijkt, moet je jezelf technologisch differentiëren. Daarom produceren we de Reflow- en de Wave-lijnen niet meer in Oosterhout. Die commodity-systemen hebben we allemaal naar China gebracht. Hier richten we ons nu volledig op high-end selectief solderen.‘

Nokia

In de Oosterhoutse showroom annex testruimte staan niet alleen Selective-machines maar ook voorbeelden uit de reflow- en golfsoldeerfamilies. Colijn geeft uitleg over de verschillen: ’Reflow is in de basis niet veel meer dan een verwarmde conveyor. Je zou er bij wijze van spreke ook een pizza in kunnen bakken. De truc is alleen dat de temperatuurgevoeligheid hoog is. De smelttemperatuur van de soldeertin en de temperatuur waarbij de componenten beschadigd raken, liggen behoorlijk dicht bij elkaar. Dat komt erg nauw. Het lastige is ook dat componenten verschillend opwarmen. Een klein chipje bereikt eerder de kritieke temperatuur dan een grote condensator.‘

’Soltec (zie kader, AP) is groot geworden met golfsolderen‘, vertelt Colijn bij de volgende machine. Fluxen, het opbrengen van chemicaliën die het product zuiveren, is net als in de reflowmachine de eerste stap in het proces  Vitronics Soltec doet dat met een nozzle vanaf de onderkant en over het hele bord. De tweede stap is de voorverwarming van het bordje met dezelfde technieken als bij reflow. Na die verwarming zijn de chemicaliën in de flux actief en is het bordje dusdanig opgewarmd dat het geen temperatuurschok ervaart van de soldeergolf die het te verwerken krijgt. Vitronics Soltec wekt die golf op door een soldeerlegering vloeibaar te maken en omhoog te pompen. ’Vooral de hoogte en de stabiliteit van de golf zijn belangrijk‘, weet Colijn. ’Hij moet het bord raken maar mag niet zo hoog zijn dat het hele bord onder de soldeer zit. De aansturing van de pomp is daarom essentieel. We kopen de motoren in en gebruiken ze als frequentiegecontroleerde reluctantieaandrijving. Zo houden we de golf heel stabiel. Er zijn klanten die willen dat we closed-loop aansturen door het toerental of de golfhoogte te meten en terug te koppelen. We kunnen dat natuurlijk leveren, maar eigenlijk is het niet nodig. Zij kunnen er echter bij hun klanten mee bewijzen dat het proces onder controle is.‘

Bij golfsolderen zijn vooral de hoogte en de stabiliteit van de golf van belang. Deze moet het bord raken, maar mag niet zo hoog zijn dat het hele bord onder de soldeer zit.

Voor welke toepassing zijn de soldeertechnieken het meest geschikt? Colijn: ’Reflow is typisch voor surface mount-technologie waarbij je de componenten boven op het bord plaatst. Die aanpak kwam in de jaren tachtig opzetten. Daarvoor gebruikte iedereen golfsolderen voor zogenaamde through-hole componenten. Die waren groot en lastig te plaatsen omdat het nogal eens gebeurde dat er een pootje was verbogen. Het soldeerproces daarvoor is ingewikkelder omdat je die golf goed moet controleren. Veel van onze concurrenten kunnen dat nog steeds niet. Reflow is veel meer rechttoe rechtaan. In die markt concurreren we voornamelijk op prijs. Vandaar ook dat we de productie van die machines volledig naar China hebben verschoven. Op dit moment gaat tachtig tot negentig procent van de verbindingen met SMT, maar dat wil niet zeggen dat through-hole geen bestaansrecht meer heeft. De mechanische verbinding is bijvoorbeeld veel sterker. Voor kleine chipjes maakt dat niet zo veel uit maar bij een connector speelt dat wel een rol. De oudste Nokia-telefoontjes hadden er last van. Dat was allemaal SMT, maar de connector aan de onderkant ging zo‘n drie maanden mee. Dan was hij losgetrokken van het bordje.‘

Vierdimensionaal

Gedreven door de automotive-industrie ging Vitronics Soltec op zoek naar een alternatief. ’In auto‘s zitten heel veel printjes die met connectoren en kabels aan elkaar zijn verbonden‘, vertelt Colijn. ’Die connectoren mogen natuurlijk niet losraken. Autofabrikanten kiezen daar dus voor through-hole componenten. We hebben een machine ontwikkeld die selectief kan solderen, alleen op die plekken waar het nodig is. Het grootste deel van het bord doe je met reflow. Daarna stop je hem in onze Selective, die alleen de connector soldeert en de rest ongemoeid laat.‘

In de Selective-machine is het mogelijk om verbindingen punt voor punt te solderen. Die aanpak is handig als je maar een paar componentjes hoeft te verbinden en je een grote mix aan producten hebt.

De hoofdlijnen van het proces zijn vergelijkbaar met die in de golfsoldeermachine: fluxen, verwarmen, solderen. ’Fluxen doen we hier alleen op de plek waar we ook gaan solderen‘, legt Colijn uit. ’Met een xy-robot brengen we de nozzle naar de goede positie. Dat kunnen we met een nauwkeurigheid van een paar tiende millimeter. Met een plunjer schieten we dan een druppeltje flux op de juiste plek. Het bordje schuift dan door naar het volgende station, waar het wordt opgewarmd. Dat doen we niet selectief. Het gaat maar tot ongeveer 120 graden, dus dat is niet kritiek. Daarna is er nog een positie waar we het bordje op temperatuur houden.‘

Een lifteenheid duwt het warme bord een stukje omhoog waardoor de robotkop het makkelijk kan vastpakken. Dat doet hij met pneumatische grijpertjes. Gebruikers kunnen de lengte en breedte van de kop handmatig instellen, maar vaak kiezen ze ervoor om met meerdere koppen te werken zodat ze sneller tussen bordgroottes kunnen switchen. De robot houdt het bordje boven een camera voor controle en uitlijning en brengt het dan naar een van de twee soldeerstations.

Vitronics Soltec biedt twee mogelijkheden. De eerste optie is Multiwave, een bak tin met daarin een bordspecifieke plaat met nozzles die precies op de goede plaats een soldeerfonteintje vormen en met beschermingsstukken voor de andere componenten. Het alternatief is om punt voor punt te solderen met een enkele nozzle: de Selectwave-technologie. De eerste methode is sneller, maar heeft als nadeel dat de productspecifieke platen relatief duur zijn. Colijn: ’Dat is alleen interessant voor high volume, low mix zoals in de automotivewereld. Selectwave is handig als je maar een paar componentjes hoeft te solderen en je juist een grote mix aan producten hebt.‘

De robotkop heeft pneumatische grijpertjes om het opgewarmde bord naar de soldeerstations te brengen. Gebruikers kunnen de lengte en breedte van de kop handmatig instellen, maar kiezen er vaak voor om met meerdere koppen te werken zodat ze sneller tussen bordgroottes kunnen switchen.

Het verplaatsen van het bord gaat met een xyz-robot. ’De snelheid is daar niet de onderscheidende factor. De componenten liggen nog los op het bord dus je kunt sowieso niet al te hard bewegen‘, aldus Colijn. ’De complicerende factor is dat de temperatuur in de kast behoorlijk kan oplopen. De elementen die het bord verwarmen, stralen 150 graden, de bak met vloeibaar tin is zelfs rond de driehonderd graden. De lineaire geleiders mogen echter niet warmer worden dan zeventig graden, anders zetten ze te veel uit en slijten ze te hard. Daar moet je een oplossing voor vinden. We maken de afstand tussen de geleiders en de hittebronnen zo groot mogelijk en hebben een geavanceerd afzuigsysteem. Sowieso is temperatuur een factor waar we continu rekening mee moeten houden. Bij pak-en-plaatsmachines is de robottechniek typisch 2D. Onze machines hoeven wat minder nauwkeurig te zijn, maar omdat wij te maken hebben met een overlopende soldeergolf en ook de temperatuur meespeelt, is het bij ons 4D.‘

Footprint

De eerste editie van de Selective stamt al uit 2000. Inmiddels heeft Vitronics Soltec kleinere versies gemaakt die alleen Multiwave- of alleen Selectwave-technologie in zich hebben. Verschillende functionele modules worden compleet ingekocht bij verschillende leveranciers zoals Vekon uit Made of Hittech uit Deurne, maar ook in Tsjechië. ’De engineering doen we wel allemaal zelf‘, zegt Colijn. ’In het verleden hebben we wel eens geprobeerd om de engineering voor een submodule buiten de deur te doen. Dat is niet altijd even succesvol geweest. Waarschijnlijk hebben we te weinig de vinger aan de pols gehouden. Als er te weinig interactie is, gaat het mis. We zijn nu druk bezig met de ontwikkeling van de volgende generatie selectieve soldeermachines, waarbij we de nadruk leggen op snelheid, kostprijs, nauwkeurigheid en footprint. Graag zou ik daar toeleveranciers bij betrekken, maar er hangt een prijskaartje aan. Gezien de huidige economische onzekerheid kunnen we er helaas geen geld voor vrijmaken.‘

Nieuwe modules die Vitronics Soltec bedenkt, moeten ook geschikt zijn voor de oude machines. Zo ontwikkelde het een snellere fluxer met een nauwkeuriger schietmechanisme die ook past in de Selectives uit 2000.

De vijftien ontwikkelaars in Oosterhout zorgen voor het onderhoud van de bestaande machines en werken parallel aan nieuwe technologieën. Colijn kiest daarbij een pragmatische aanpak: ’De nieuwe modules die we designen, moeten ook geschikt zijn voor de oude machines. We hebben nu een snellere fluxer met een nauwkeuriger schietmechanisme. Die past ook in de Selectives uit 2000. Klanten kunnen hun bestaande systemen op die manier geleidelijk updaten. En wij hebben het voordeel dat we de nieuwe oplossingen veel eerder in een productieomgeving kunnen testen.‘