EMS Dienstleister investiert in 3D AOI

Höhere Prüftiefe und Senkung der Pseudofehlerrate

EMS Dienstleister investiert in 3D AOI

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Die Elektronikfertigung hat sich in den letzten 20 Jahren deutlich verändert. Neben zunehmend kleineren Bauteilen auf den Baugruppen hat auch die Bauteildichte signifikant zugenommen. Parallel dazu fordern Kunden von EMS-Dienstleistern eine höhere Prüftiefe, dem ein 2D AOI System nicht mehr gerecht werden kann. Ein Grund, warum sich auch die Kuttig Electronic GmbH in Roetgen entschlossen hat, in ein 3D AOI zu investieren.
Kuttig Electronic ist ein mittelständisches Unternehmen mit Sitz am südlichen Rand der Hightech-Region Aachen. Der Elektronikspezialist bietet seit 1996 hochwertige Dienstleistungen und Lösungen rund um die Elektronik. Als Entwickler und EMS-Dienstleister wird das Produkt von der Idee bis zur Serienbelieferung begleitet, von der Entwicklung über das Test-Engineering und Layoutservice, Materiallogistik bis hin zur Serienfertigung. Der Fokus liegt dabei auf Prototypen sowie kleinen und mittleren Serien, verbunden mit hohen Rüstwechseln. Auf 1.600 m² beliefern 60 Mitarbeiter u.a. 110 aktive Kunden mit Fokus auf die Industrieelektronik und Medizintechnik während drei Schichten an fünf Tagen in der Woche.
EMS-Dienstleistungen: Transparent und fair
Die EMS-Dienstleistungen des Unternehmens können als Einzel-Dienstleistungen oder in Verbindung mit den eigenen Entwicklungs-Dienstleistungen in Anspruch genommen werden. Von der Idee bis zum fertigen Produkt, die Möglichkeit besteht jederzeit, alles direkt aus einer Hand zu erhalten. Die eigene Entwicklungsabteilung unterstützt die Kunden von der ersten Idee bis zum Serienprodukt, dabei zahlt es sich aus, das Unternehmen möglichst früh in die Entwicklung mit einzubeziehen. Durch Machbarkeitsstudien, Beratung zum Schaltungsdesign, Bauteilauswahl, Layoutservice und Lebensdauerberechnungen werden neben der Funktion auch die Fertigungsprozesse und Herstellungskosten der Produkte optimiert. Mit Hilfe eines professionellen Reworksystems können selbst komplexe SMD-Bauteile wie BGA und CSP lokal aus- bzw. eingelötet werden. Prozessiert wird unter Stickstoff mit detailliertem Protokoll des Temperaturverlaufs. Ebenso steht BGA-Reballing im Programm, wo diese mit einem speziellen Lötverfahren gereinigt und mit neuen Balls versehen werden. In punkto Materiallogistik wird darauf geachtet, dass alle Bauteile und Komponenten qualitativ hochwertig, termingerecht beschafft sowie bevorratet sind. Die Leiterplattenbestückung umfasst die SMD-Bestückung auf drei vollautomatisierten Linien mit einer Bestückleistung von ca. 120.000 Bauteilen in der Stunde. Diese arbeiten wahlweise mit Lotpastenschablone oder der Jetprinter-Technologie. Ab Stückzahl eins wird auf SMD-Automaten gefertigt, um auch beim Prototypenbau hohe Qualität zu erhalten. Die automatisierte Aufbereitung der CAM-Daten und Abgleich mit den Informationen im Warenwirtschaftssystem sorgen für eine geringste Fehlerquote in der Vorbereitung der Fertigung. Schnell adaptierbare Arbeitsplätze für automatische und manuelle Bestückung ermöglichen flexibles Arbeiten und schnelle Reaktionen auf geänderte Anforderungen. Bei einer notwendigen Reinigung der bestückten Leiterplatten steht ein umweltschonender Prozess im Umwälzverfahren zur Verfügung. Werden Baugruppen in der späteren Anwendung besonders beansprucht, ist eine Schutzlackierung bis zum Vollverguss möglich. Im Bereich Test- und Prüfelektronik bietet das Unternehmen mit 2D-/3D-AOI-Systemen, einem Flying-Probe-Tester, AXI-Röntgenprüfsystem sowie kundenspezifischen Funktionsprüfungen höchstmögliche Testabdeckung. Die Prüfmethoden werden bereits bei der Erstellung von Erstmuster-Prüfberichten genutzt.
Kompromisslose Kundenorientierung
Der Reparaturservice, Just-in-time-Abruf fertiger Baugruppen, flexible Fertigung im Termin- oder Expressservice und eine kostenlose Vorfinanzierung der Vorprodukte von bis zu neun Monaten sind Beispiele der besonderen Kundenorientierung. Um die Position weiter auszubauen, wurde im letzten Jahr ein 3D-AOI-System von Koh Young angeschafft, um noch bessere Messung der Bestückungsergebnisse zu erhalten. Der Geschäftsführer Dipl.-Ing. Michael Kuttig über die Gründe der Investition: „Wir haben deutlich kleinere Bauteile auf den Baugruppen, die Bauteildichte hat zugenommen und die Kunden fordern von uns zunehmend eine höhere Prüftiefe. Das vor 13 Jahren angeschaffte 2D AOI konnte diesem nicht mehr gerecht werden. Daher haben wir uns über den Kauf eines 3D AOI Gedanken gemacht.“ Dazu mussten die benötigten Anforderungen fokussiert werden. „Die wichtigsten Merkmale für das 3D-AOI“, führt Michael Kuttig aus, „war Senkung der Pseudofehlerrate, die wir beim 2D AOI als sehr unangenehm empfunden haben. Dann musste das künftige System in der Lage sein, einen entsprechenden Durchsatz zu haben, um die drei SMD-Linien versorgen zu können. Das AOI wird in der Insel betrieben und muss entsprechend schnell sein, um nicht zum Bottleneck zu werden. Ein weiterer Punkt betraf die Programmierung, die in maximal vier Stunden pro Produktwechsel erreicht werden muss.“ Überzeugt hat letztendlich das Koh Young AOI Zenith: „Wir haben uns sehr viel Mühe gegeben bei der Auswahl des Systems, haben fünf Hersteller mit Baugruppen angefahren, um den Test vergleichen zu können. Dabei hat uns sofort die auf 3D Messung basierende Prüfung des Koh Young Systems gefallen. Auch ist durch 2D beispielsweise eine Schrifterkennung möglich.“
Qualität aus Überzeugung
Die Anschaffung machte sich bezahlt, denn die Pseudofehlerrate konnte bei einer Beispielbaugruppe, bei der vorher bei 4,5 % aller Bauteile ein Fehler gemeldet wurde, auf 0,4 % reduziert werden. Dies erspart sehr viel Zeit bei der manuellen Nachkontrolle, was dem EMS-Dienstleister bei dem täglichen Zeit- und Kostendruck sehr entgegen kommt. Der erweiterte Messbereich von 25 mm ermöglicht es, ein breiteres Spektrum an Bauteilen vermessen zu können. Doch auch die Prüfprogrammerstellung überrascht positiv: „Wir fertigen ca. 400 bis 500 neue Baugruppen im Jahr“, so Michael Kuttig. „Das führt dazu, dass wir für ein Prüfprogramm, wenn dies eine Person erstellen muss, maximal vier Stunden Zeit haben. Mit der Koh Young Anlage liegen wir nun im Mittel bei zwei bis drei Stunden und können insofern den Forderungen gut entgegen kommen.“
Das Unternehmen hat das 3D AOI als Insellösung mit Ein- und Ausgabepuffer und inspiziert Baugruppen der drei SMD-Linien, ohne dass ein Engpass entstehen könnte. „Rückverfolgbarkeit ist uns sehr wichtig; mittels Barcodes können wir jedes Bauteil einer gefertigten Leiterplatte bis auf den Lieferanten zurückverfolgen. Deshalb war die Archivierung und nachträgliche Offline-Sichtung der AOI-Daten ebenfalls ein wichtiger Faktor in unserem Benchmark“, sagt Michael Kuttig. „Schon nach einer achtwöchigen Teststellung wollten wir auf das System nicht mehr verzichten“, so der Firmengründer.
Das Zenith AOI vermisst Bauteile und Lötstellen zu 100 Prozent in drei Dimensionen. Die 3D-Technologie wird von Koh Young stets detailreich weiterentwickelt sowie verfeinert und bringt aussagekräftige Messergebnisse. Pseudofehler, Schlupf und personenbezogene Programmierergebnisse können durch diese Technologie minimiert werden. Das System meistert Herausforderungen wie Bauteilabschattung, Verwölbung der Leiterplatte sowie verschiedene Bauteillieferanten und besticht durch kurze Taktzeiten. Erkennt das AOI einen Fehler, so wird dieser auf dem Fileserver zusammen mit der Seriennummer gespeichert. Im Nachgang kontrolliert ein Mitarbeiter die Meldung und leitet Reparaturmaßnahmen ein. Die parametrische Programmierung macht das Prüfergebnis unabhängig vom Programmierer, die Prüfung ist auch vollständig offline durchführbar.
Die Umstellung vom 2D AOI auf das 3D AOI gestaltete sich als problemlos, da die Daten lediglich um die dritte Dimension in Form der Bauteilhöhe erweitert werden mussten, wie der Leiter Prüffeld Christian Heinrichs bestätigte. Mit der nun in dem Dreivierteljahr aufgebauten Bauteilbibliothek sind komplexe Prüfprogramme in zwei bis drei Stunden erstellt und optimiert. Die eingesetzte Koplanaritätsprüfung ermittelt bei BGAs anhand des Höhenreliefs, ob das Lot gleichmäßig unter dem Bauteil verteilt ist und das BGA plan liegt.
Und obwohl zuerst im Unternehmen Bedenken bestanden, das System eines koreanischen Herstellers zu kaufen, spricht der Support von SmartRep für sich: Nach der Installation wurden die Mitarbeiter umfassend geschult, was Michael Kuttig wie folgt kommentiert: „Bei unserem Wunsch nach einem Partner, der uns Schulungen und Support anbietet, haben wir mit SmartRep einen guten Griff getan, denn die Schulung, die wir erhalten haben, war sehr erfolgreich und zielgerichtet, so dass wir hier sehr zufrieden sind.“ (dj)
SMT Hybrid Packaging, Stand 4A-230 + 231 + 233
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