Maschinen im Dialog

Ilka Döring, Hilpert electronics, Unterschleissheim

Die Zollner Elektronik AG hat sich seit der Gründung im Jahr 1965 einen Platz unter den Top 15 der EMS-Branche weltweit erarbeitet und ist vom einstigen Einmannbetrieb zur Unternehmensgruppe mit internationalen Standorten avanciert. Dieses kontinuierliche Wachstum aus eigener Kraft ist das Ergebnis stetiger Investitionen in Mitarbeiter, Know-how und Maschinen. Langfristige Kunden- und Lieferantenpartnerschaften beweisen die hohe Qualität der Dienstleistungen. Das Unternehmen bietet komplexe mechatronische Systeme von der Entwicklung bis zum After Sales Service. An mittlerweile 17 Standorten auf vier Kontinenten setzen über 8.000 Mitarbeiter alles daran, Mehrwert für Kunden aus den Branchen Industrieelektronik, Bahntechnik, Automotive, Medizintechnik, Luftfahrt, Messtechnik, Büroelektronik und Datentechnik, sonstige Konsumgüter und Telekommunikation zu schaffen. Um den eigenen Ansprüchen und denen von Markt und Kunden gerecht zu werden, sind die Anforderungen an Qualität und Prozessfähigkeit bei der Anschaffung neuer Maschinen und Prozesssoftware für Zollner dementsprechend hoch.

2009 wurde im Rahmen eines groß angelegten Benchmarkings die Leistungsfähigkeit unterschiedlichster Lotpasteninspektionssysteme evaluiert. Untersucht wurden 26 SPI-Systeme (Solder Paste Inspection) von zwölf Herstellern. In mehrmonatigen Feldtests prüften die Ingenieure fünf SPI-Systeme, darunter zwei unterschiedliche technische Lösungen (Moiré-Technologie und Lasertriangulation) sowie die ein- und zweiseitige Vermessung.

Testsieger war am Ende das SPI HS70-System des koreanischen Herstellers PARMI, in Deutschland, Österreich und der Schweiz durch Hilpert electronics vertreten. Den Ausschlag gab neben der einfachen Programmierung, der hohen Prüfgeschwindigkeit und Genauigkeit das sehr gute Preis-Leistungs-Verhältnis. Bei den „weichen“ Faktoren floss vor allem die umfassende Betreuung seitens Hilpert electronics positiv in die Bewertung ein.

Das Benchmarking bestand aus zwei Teilen. Zunächst wurden die Spezifikationen aller Systeme verglichen. Das Pflichtenheft sah folgende Mindestanforderungen vor: Die Auflösung der zukünftigen Lotpasteninspektionssysteme sollte demnach ca. 1/10 der zu erwarteten kleinsten Maße sein. Das heißt: Fläche (X-, Y-Auflösung): min. 15μm; Höhe: min. 6μm; Geschwindigkeit: min. 40cm2/Sek.

Auf einer Testleiterplatte wurde 50 Mal das Volumen von Lotpaste und SMD-Kleber durch die jeweilige Maschine ermittelt.

Die weitere Auswertung der Daten erfolgt in zwei Schritten:

Die Testleiterplatte hatte sehr kleine Lotpastendepots. Die Hintergründe waren unterschiedlich beschaffen (Kupfer, Lötstopplack, Lötstopplack-Freistellung). Zudem waren Lotpastendepots mit unterschiedlichen Höhen aufgebracht.

In Bezug auf die Kleberfarbe wurden keine Unterschiede zwischen den einzelnen Messverfahren Lichtschnittverfahren mit Laser (roter Laser) und dem Moiréverfahren (Weißlicht) gefunden. Auch bei unterschiedlichen Untergründen (Kupfer, Lötstopplack) wurden keine Vorteile oder Nachteile einzelner Technologien festgestellt. Eine Maschine mit Moiré-Technologie erzeugten jedoch Artefakte, welche nicht die Struktur der Leiterplatte wiedergaben (Streifenmuster). Bei den Maschinen, welche die Moirétechnologie nutzen, konnte zudem ab einer Höhe des Lotpastendepots von 300 – 400μm keine Daten mehr ermittelt werden. Unter Berücksichtigung der Evaluationsfaktoren, welche in einer Matrix festgehalten wurden, schnitt die SPI HS70 des Herstellers ParmiI im Gesamtergebnis am besten ab. Das Gerät zeichnete sich durch folgende Eigenschaften aus:

Zeitgleich mit der Installation der ersten Maschinen, erlangte auch Parmis Closed-Loop-Schnittstelle die Serienreife. Um die SPI-Systeme als Messmittel zu zertifizieren und es somit für Auswertungen nutzbar zu machen, folgten umfangreiche Testreihen im Closed-Loop-Betrieb.

Der Schablonendrucker sendet Zeitstempel, Produkt-ID, LP-ID, DMC, Positioniermarkenanzahl und Positionen sowie die Druckrichtung. Die Kommunikation erfolgt über ein XML-Protokoll.

Vorteile des Closed-Loop im Gegensatz zum isolierten Einsatz sind:

Neben dem eigentlichen Zweck, nämlich der Korrektur von Schablonenposition, Pastenmenge und Rakeleinstellung, zeigte sich an der Optimierung der Reinigungszyklen deutlich der Mehrwert des SPI. Ohne Closed-Loop-Regelung wurden die Leiterplatten präventiv nach jedem vierten Druckvorgang gereinigt. Im geregelten Betrieb sanken die Reinigungszyklen auf eine Reinigung nach durchschnittlich 12 Druckvorgängen. Die Vorteile der Closed-Loop-Regelungen liegen auf der Hand:

Der Durchsatz wird erhöht, da Unterbrechungen durch die zu häufigen Reinigungen entfallen und zudem weniger LP aussortiert werden, denn die ersten Drucke nach dem Reinigungsvorgang sind meist nicht ausreichend gut.

Heute laufen die 16 SPI-Systeme, sechs davon im Hauptwerk in Zandt, zuverlässig und dauerhaft im Dreischichtbetrieb. Um die optimale Prozessfähigkeit zu erreichen, werden die Werkzeuge und Methoden von Six Sigma eingesetzt.

„Typische“ Applikationen gibt es keine bei Zollner, weswegen die Variabilität der Parmi-Systeme besonders geschätzt wird. „Wir fertigen elektronische Baugruppen für die Automotive-Branche, die Medizintechnik, Luftfahrt, Bahntechnik, Telekommunikation und viele mehr in Losgrößen von eins bis zu mehreren tausend“, sagt Uwe Schulze, der bei der Zollner Elektronik AG im Zentralbereich für die AOI-, AXI- und SPI-Systeme zuständig ist. Geprüft werde zu 100%, auch bei den weniger komplexen Baugruppen.

Die Lotpasteninspektion im Closed-Loop-Betrieb ist so erfolgreich, dass nach und nach auch die bisher noch nicht mit SPI ausgestatteten Linien aufgerüstet werden sollen. „Wir stehen mit Hilpert electronics in engem Kontakt und sind gespannt auf die angekündigten neuen Hardware- und Software-Entwicklungen von PARMI, wie beispielsweise den neuen „Printer Doctor“, so Schulze. Aktuell werde am Line-Monitoring gearbeitet, das heißt, die Gesamtperformance der Linie wird überwacht und der Bediener bekommt zeitnah Entscheidungshilfen, sollte ein Einschreiten nötig sein.

Bereits beim Benchmarking wurden auch Versuche durchgeführt, um das Volumen von Klebstoffen mit dem 3D-Messsystem zu ermitteln. Diese Testreihen waren so erfolgreich, dass in einer Linie das SPI mittlerweile nach dem Klebstoffdispenser zum Einsatz kommt. Das Bestimmen der Klebstoffmenge ist problemlos möglich, denn das triangulatorische Lasermesssystem kommt mit allen Farben und Oberflächen gleich gut zurecht. Um die Mischanwendung weiter zu perfektionieren, sucht man nun gemeinsam eine Möglichkeit, die Messergebnisse derart zu trennen, dass die Auswertung von Klebstoff und Lot separat ausgegeben werden und unterschiedliche Grenzwerte berücksichtigt werden können. Das Ziel ist, die Multifunktionalität der Systeme voll auszunutzen.

In einem umfassenden Benchmarking testete das Zandter Unternehmen diverse Solder Paste Inspection (SPI) Systeme. Die Wahl fiel auf Parmis SPI HS70. In einem zweiten Schritt erfolgte die Einbindung der Schnittstelle zum Ekra-Pastendrucker in einem Closed-Loop-Regelkreis. Anhand verschiedener Testreihen konnten signifikant die Reinigungszyklen und der Lotpastenauftrag optimiert werden. Die Lotpasteninspektion im Closed-Loop wurde zwischen 2010 und 2013 in 16 SMD-Linien implementiert; weitere Installationen stehen bevor.

www.hilpert-electronics.de; www.zollner.de

Die Hilpert electronics AG wurde 1972 in Baden/Schweiz gegründet und ist der führende Anbieter von Produkten und Dienstleistungen rund um die Elektronikfertigung in der D-A-CH-Region. Das Unternehmen besitzt exklusive Vertriebsrechte von zahlreichen führenden Anbietern von Produktionsausstattung.

Im Jahr 2000 wurde die Hilpert GmbH in Unterschleißheim (München) gegründet, welche erfolgreich den deutschen und österreichischen Markt mit hochwertigen Produktionsanlagen für die Elektronik- und Halbleiterindustrie beliefert. Im November 2006 übernahm man die Weidinger GmbH, einen in Deutschland führenden Distributor für Handlöttechnik, Werkzeuge und Verbrauchsmaterialien. Die Kernkompetenzen liegen in der ausführlichen Beratung und der Einrichtung kompletter Fertigungsstraßen inklusive Prüf- und QS-Systemen, und in der umfassenden technischen Betreuung, angefangen von der Installation der Maschinen über die Wartung und Reparatur sämtlicher Anlagen. Das Unternehmen wird geführt durch Ruedi Ryser und Pius Essig. Seit Januar 2013 ist Firmengruppe im Besitz einer Gruppe von industriellen schweizerischen Unternehmern unter der Führung von Roger Kollbrunner (Dipl. Ing. ETH).