Kosten an fünf Fronten optimiert

BTU Europe, Baesweiler

Das Verbot bleihaltiger Baugruppen, das europaweit im Januar 2007 in Kraft tritt, setzt die gesamte Elektronikindustrie unter Druck. Die Weichen in die bleifreie Zukunft müssen möglichst schnell gestellt werden, denn die Zeit ist knapp. Im Einklang mit den neuen Vorgaben sind neue Herstellungsverfahren und Maschinen für die Elektronikindustrie zu konzipieren und zu entwickeln. Das bedeutet, dass auch bei der Produktion von Reflow-Öfen technisches Neuland zu erschließen ist. Der Verzicht auf Blei macht eine Erhöhung der Verarbeitungstemperaturen unumgänglich, was eine verstärkte Bildung von Oxiden und erhöhte Anforderungen an das Flussmittel nach sich zieht. Dies wiederum hat Auswirkungen auf den gesamten Reflow-Prozess.

Der Hersteller von Reflow-Öfen, BTU, kann sich mittlerweile auf eine über 50-jährige Erfahrung bei der Entwicklung und Anwendung wärmetechnischer Verfahren stützen. Zum besseren Erschließen von Entwicklungs- und Optimierungspotenzialen arbeitet das Unternehmen eng mit den weltweit größten Unternehmen der EMS-Branche (Electronics Manufacturing Service) zusammen. Das Ergebnis dieser Kooperation sind das BTU-Kundendienstprogramm „Voice of the Customer“ sowie die gemeinsame Offensive mit dem Ziel einer neuen Definition und einer weiteren Senkung der Gesamtbetriebskosten („Lowering the Cost of Ownership“). Durch besseres Produktdesign und einen effizienteren Betrieb sollen künftig die Gesamtbetriebskosten der Öfen an den fünf Fronten

• Wartungsaufwand,

• Flexibilität und Durchsatz,

• Wärmeleistung,

• Stickstoffverbrauch sowie

• Ausbildung und Unterstützung

gesenkt werden. Ein wichtiger Ansatz bei dem Versuch, die Gesamtbetriebskosten der EMS-Unternehmen zu drosseln, ist das Senken der Wartungs- und die damit einhergehende Steigerung der Betriebszeiten. In einer direkter Reaktion auf das „Voice of the Customer“-Programm entwickelte der Hersteller die Reflow-Öfen Pyramax 98 und 150 (Bild 1). Das Modell 150 verfügt über eine Heizfläche mit einer Länge von 150 Zoll und zehn kontrollierten Heizzonen. Das Modell 98 arbeitet mit einer Heizfläche von 98 Zoll Länge und sieben kontrollierten Heizzonen.

Der Pyramax bietet leichten Zugang zur Flussmitteldosierung: ein- und ausziehbare Module an der Vorderseite der Maschine gestatten eine zeitsparende und unkomplizierte Wartung des Geräts. Installationsarbeiten wurden auf das absolut notwendige Mindestmaß reduziert und die schnell lösbaren, selbstdichtenden Schläuche können quasi im Handumdrehen angeschlossen und wieder entfernt werden.

Studien haben gezeigt, dass höhere Verarbeitungstemperaturen das Einbrennen von Rückständen begünstigen. Konventionelle Flussmittelsysteme werden hier bis an den Rand ihrer Leistungsfähigkeit beansprucht. Bei der Verwendung bleifreier Verfahren werden auch immer wieder niedrigere Benetzungsgeschwindigkeiten beobachtet, die auf die Unterschiede der Metalle in der Lötstelle und die geringere Überhitzung (nur 18 bis 20 °C an Stelle der bei der Verwendung von SnPb üblichen 30 bis 40 °C) zurückzuführen sind. Dies hat auch Auswirkungen auf die Benetzungsqualität.

BTUs von Grund auf neu konzipiertes Kühlsystem gewährleistet, dass die Flussmittelmengen, die nicht im dafür vorgesehenen Behälter gesammelt werden, leicht aus der Verfahrenskammer entfernt werden können – dies verringert den Wartungsaufwand und steigert die technische Sicherheit. Das Kühlmittel wird aus der Verfahrenskammer in das zentralisierte Kühlsystem (Bild 2) unter dem Maschinenrahmen über-führt. Dies erhöht die Effizienz des Systems und gewährleistet eine gleichmäßigere Kühlung.

Das Gerät ist darüber hinaus mit einer Leckortungsfunktion ausgerüstet und verfügt über ein Schubladensystem, das die Wartung des Geräts von vorn – statt wie früher von hinten – ermöglicht und somit spürbar erleichtert. Die Wartung des Kühltanks nimmt nicht mehr Zeit in Anspruch als die Säuberung des Flussmittelsystems und kann vorgenommen werden, wäh-rend die Maschine betriebsbereit bleibt. Für ein vom EMS-Anbieter Celestica betriebenes System konnte der zuvor zwischen 7 und 8 h lange Wartungszyklus auf eine Dauer von unter 2 h reduziert werden. Wenn man dazu die Verringerung des Wartungsaufwands um 75 % in Rechnung stellt, erkennt man, dass BTU die Herstellung einer Maschine gelungen ist, die alle im „Voice of the Customer“-Programm angemeldeten Kundenwünsche berücksichtigt.

Der Zugang zum Gerät ist durch die Verkleidung aller wichtigen Wartungseinheiten mit verschiebbaren Elementen erleichtert worden. Diese gleitenden Verkleidungen haben die Schwenktüren ersetzt, die sich in der Vergangenheit oft als „Verkehrshindernis“ erwiesen hatten. Zu den ergonomisch optimierten Einheiten des Geräts zählt auch ein einschiebbares Bedienpult mit einer – zugunsten eines besseren Überblicks – verringerten Profilhöhe von 1504 mm (Bild 3).

Die Modellreihe Pyramax wurde entworfen, um den speziellen Bedürfnissen der Auftragsfertiger elektronischer Baugruppen zu entsprechen. Die betreffenden Firmen denken bei der strategischen Planung ihrer geschäftlichen Aktivitäten in weitaus kürzeren zeitlichen Dimensionen als die OEMs. Um einen bestimmten Auftrag zu erhalten, müssen sie gegebenenfalls ihre Fähigkeit zur mehr oder weniger unverzüglichen Aufnahme der Produktion unter Beweis stellen können. Dies setzt ihre Zulieferbetriebe unter Druck, Einführungs- und Beschaffungszeiten für Bauteile und technisches Gerät zu reduzieren.

Um diesen Unternehmen zu gestatten, den Bedürfnissen ihrer Kunden nach stetiger Verkürzung des Zeitraums zwischen Auftragserteilung und Produktionsbeginn nachzukommen, gewährleistet BTU konfigurationsunabhängige Einführungszeiten – vom Reißbrett bis zur Auslieferung – von zwei Wochen. Mit Hilfe eines 3D-Computer-Modellierungssystems können die unterschiedlichen Konfigurationsoptionen binnen Stunden entworfen und dem Anwender per E-Mail zur Genehmigung vorgelegt werden. Das Modellierungsprogramm gestattet dem Ofenhersteller darüber hinaus, durch den Verzicht auf die Zwischenphase der Anfertigung von Testbauteilen den Zeitraum von der Auftragsannahme bis zur Auslieferung beträchtlich zu verkürzen. Die unterschiedlichen Optionen werden ausgewählt und auf ihre interaktive Kompatibilität überprüft, während die einzelnen Bauteile und Baugruppenmodule direkt über das Computerprogramm bestellt werden können.

Die auf Windows-NT gestützte Software für die Ofensteuerung, Wincon, liefert bedienerfreundliche Schnittstellen für die Ferndiagnose und Messwerterfassung, automatische Rezeptursteuerung, automatische Temperaturprofilierung der Erzeugnisse sowie eine Meldung bei Erreichen programmierter Mindest- und Höchsttemperaturen (der Temperatur-Delta-Alarm). Als optionales Zubehör erhältlich ist der integrierte KIC-Pilot, ein Softwaresystem mit automatischer Selbstkontrolle, das den Ofen in die Lage versetzt, Anweisungen zu seiner eigenen Einrichtung zu geben und das den Ofenbetrieb verweigert, wenn das Fertigungsprofil nicht den zuvor eingegebenen Spezifikation entspricht. Eine der zentralen Funktionen der Software ist der Process-Window-Index (PWI), mit dessen Hilfe die Qualität eines bestimmten Profils unter Berücksichtigung aller statistischen Kriterien durch eine einzige Zahl ausgedrückt wird. Ein PWI von 0 % ist das Ideal, ein Wert von unter 100 % identifiziert ein Herstellungsprofil in Übereinstimmung mit der Spezifizierung, ein Wert von über 100 % ein Profil, das die entsprechenden Anforderungen nicht mehr erfüllt. Der Pilot findet automatisch die Einrichtung des Ofens, die den niedrigsten PWI gewährleistet.

Um die Flexibilität des Geräts weiter zu steigern, kann es verfahrenstechnisch auf 24 Zoll (610 mm) umgerüstet (Bild 4) und mit einer kürzeren Übergangszone ausgestattet werden. Das Band- oder Schienentransportsystem mit einem bürstenlosen Elektro-Gleichstrommotor kann wahlweise in einer dehnbaren Flachausfertigung oder mit Maschendraht geliefert werden. Leicht zu montierende feste beziehungsweise bewegliche Schienen, eine stählerne Antriebskette, Doppelbahn-/Doppelgeschwindigkeitsfunktion und ein verbessertes Schmiersystem für die Transportschienen gehören ebenfalls zum Lieferumfang.

Die Pyramax-Modellreihe arbeitet mit einem im Vergleich zu älteren Öfen um 25% niedrigeren Stickstoffverbrauch. Mit einer maximalen Betriebstemperatur von 350 °C entsprechen die Öfen den durch die Verarbeitung bleifreier Materialien gestiegenen Anforderungen. BTUs Technik des Wärmeaustauschs durch forcierten Aufprall in Verbindung mit der Horizontalumwälzung der Gase gewährleistet ein Höchstmaß an Effizienz bei der Nutzung der Heizkraft. Das System des Wärmeaustauschs durch forcierten Aufprall garantiert die effizienteste Übertragung einheitlicher Mengen Wärmeenergie auf das zu fertigende Produkt bei gleichzeitig größtmöglicher Verringerung der Gasübertragung von Kammer zu Kammer. Das leicht installierbare Gebläsemodul besteht aus Gebläsemotor, Gebläserad, Gebläsehaube (mit vier Ausgängen), Heizelement und perforierter Scheibe – integriert zu einem einzigen Element. Das erleichtert die Wartung und gegebenenfalls die spätere technische Erweiterung. Das System presst erhitztes Gas unter statischem Druck durch die perforierte Scheibe, von der aus dann „Hitzekegel“ mit hoher Geschwindigkeit bis zu 6 cm weit schießen und auf die Oberfläche der durch den Ofen transportierten Leiterplatten aufprallen.

Zu den wachsenden Problemen, die sich beim Betrieb von Fertigungsanlagen im Ausland ergeben, zählen sprachliche Barrieren, ein eventuelles Know-how-Defizit und der sich aus dieser Kombination ergebende Bedarf an schnell durchzuführenden Schulungen für die betreffenden Mitarbeiter. BTU hilft, diese Probleme in den Griff zu bekommen und stellt seinen Anwendern – 24 Stunden am Tag, sieben Tage in der Woche – sein Netz globaler Kundendienstleistungen zur Verfügung. Die Entwicklung eines internetgestützten und sprachunabhängigen Systems gestattet es den Anwendern, nahezu jederzeit und an jedem Ort auf die Ausbildungs- und Unterstützungsdienste des Unternehmens zurückzugreifen – alles was sie brauchen ist ein Computer und das Autorisierungskennwort von BTU.

Das Ausbildungs- und Trainingsprogramm bedient sich eines übersichtlichen Grafikformats und gibt dem technischen Personal Anweisungen für die Verrichtung einfacher Wartungsarbeiten wie die Flussmitteldosierung, den Filterwechsel usw. Darüber hinaus rekapituliert das Programm noch einmal die einzelnen zur Montage der Maschine erforderlichen Schritte. Technische Unterstützung wird ebenfalls durch eine e-doc-Gebrauchsanweisung gewährleistet, die das elektronische Bestellen von Ersatzteilen und den Austausch von Bauelementen ermöglicht.