Präzise und verlässliche Bestückung Andreas Holtmann, Assembléon Deutschland, und TechniSat, Dippach, Deutschland

In dem neuesten Navigationsradio von TechniSat sind zum Beispiel vier verschiedene Geräte kombiniert: ein digitales 1-DIN Autoradio, ein CD-Player, ein MP3-Player sowie ein modernes Navigationssystem. Das bedeutet, dass im Auto nur ein einziges Gerät installiert werden muss. Da TechniSat für die Bestückung ausschließlich SMD-Komponenten einsetzen wollte, musste die Pick & Place Linie für sehr unterschiedliche Bauteile ausgelegt sein. Hierzu zählten 0402-Bauteile bis zu 50 x 50 mm BGAs und Sonderkomponenten, wie zum Beispiel Snap-in Stecker. Produkte für die Automobilindustrie erfordern eine Großserienfertigung. Für TechniSat bedeutete dies zirka 35 Millionen SMD-Bauteile monatlich zu verarbeiten. Ein ständiges Umrüsten für die verschiedenen Navigationssysteme und Radios war jedoch nicht wünschenswert. Außerdem war eine Rückverfolgung der platzierten Komponenten eine der Hauptforderungen der Automobilhersteller. Vorrangig war jedoch eine genaue und zuverlässige Bestückung, die den außerordentlich hohen Qualitätsansprüchen der Kunden gerecht wurde. „Wir brauchten Maschinen mit einem hohen Durchsatz, vor allem aber mit einer extrem hohen Bestückqualität“, bestätigt Detlef Rupp von TechniSat in Dippach.

TechniSat und Assembléon können schon seit 1992 auf eine erfolgreiche Geschäftsbeziehung zurückblicken. Seit diesem Jahr setzte TechniSat zwei MCM 8 Maschinen von Assembléon für die Herstellung von Satellitenempfängern ein. Diese Maschinen liefen während ihrer gesamten Nutzungsdauer von 14 Jahren fehlerfrei, so dass die TechniSat Produktionslinien erst kürzlich durch neue Assembléon Maschinen der GEM-Reihe ergänzt wurden. Der Produktbereich von TechniSat erweiterte sich kontinuierlich. Zu den Satellitenantennen kamen internationale Digitalempfänger hinzu. Heute baut TechniSat Empfänger für den Empfang von digitalem Satelliten-, Kabel- und terrestrischem (DVBS/-C/-T) Fernsehen, Mehrfachschalter für die Satellitenempfangstechnik, Kopfstationen, Installationszubehör sowie PC-Komponenten.

Das Unternehmen hält sich seit jeher streng an seine Philosophie, hochqualitative und bedienerfreundliche Produkte in Deutschland zu entwickeln und herzustellen. Die Geräte tragen das angesehene “Made in Germany” Zeichen, was wiederum den Erhalt der Arbeitsplätze in Deutschland sichert. Heute werden die Produkte bei TechniSat Digital GmbH in Dresden entwickelt und an drei verschiedenen Standorten in Deutschland gefertigt: TechniSat Thüringen GmbH (Dippach bei Eisenach), TechniSat Vogtland GmbH (Schöneck im Vogtland) und TechniSat Teledigital AG (Staßfurt bei Magdeburg). Die Produktionswerke von TechniSat stehen in enger Zusammenarbeit mit den Kunden und der Entwicklungsabteilung des Unternehmens, um eine einfache Fertigung neuer Produkte sicherzustellen. Die einwandfreie Funktion der Schaltungen muss von Anfang an gewährleistet und auf den Pick & Place Maschinen leicht zu realisieren sein.

Im Jahr 2007 installierte TechniSat eine Produktionslinie mit der A-Serie von Assembléon bestehend aus zwei AX-301 und einer AX-201 Maschine. Die A-Serie wurde für höchste Bestückgenauigkeit und einen hervorragenden „First-Pass-Yield“ ausgelegt. Die AX-301 kann mit bis zu 12 Bestückköpfen ausgerüstet werden, wobei eine Leistung von max. 99.000 Bauteilen pro Stunde erreicht werden kann. Die Maschine hat auch bei höchsten Bestückleistungen eine Genauigkeit von 40 μm bei 3 Sigma. Die AX-201 kann als „Insellösung“ oder am Ende einer Fertigungslinie installiert werden. Sie platziert „bare die“ Komponenten, ICs mit hoher Pinzahl und Sonderbauteile mit einer Genauigkeit von 20 μm. Für die neueste Generation der Elektronikgeräte ist Genauigkeit von ausschlaggebender Bedeutung. Die Maschinen der A-Serie können mit Höchstgeschwindigkeit sogar 01005 Komponenten zwischen QFP (Quad Flat Pack) Anschlüssen, bei nur 15 μm Seitenabstand, platzieren. Die kleinen Komponenten sind sehr empfindlich und müssen äußerst vorsichtig gehandhabt werden. Bei Bauteilen, wie zum Beispiel großen Snap-in Steckern, ist mehr Kraft erforderlich, die dann pro Komponente vorgegeben wird (bei der AX-301 von 1,5 bis 8 N, bei der AX-201 von 0,9 bis 40 N). Die A-Serie basiert auf dem Konzept der parallelen Bestückung mit relativ geringen Verfahrgeschwindigkeiten jedes einzelnen Roboters, hierdurch können Fehlerraten von unter 10 pro Million erzielt werden: Dies ist in der Industrie ein bisher unerreichter Wert. Der First-Pass Yield über 99,8 % reduziert Ausschuss und Nacharbeit und macht damit den gesamten Produktionsprozess effizienter.

Die A-Serie (einschließlich der AX-501 mit einer Bestückleistung von bis zu 165.000 Komponenten pro Stunde) ist modular aufgebaut, mit gleicher Benutzeroberfläche, Software, Feeder, Trolleys, Paletten und Bestückköpfe bei allen Maschinen. Für eine High-Mix Produktion ist der modulare Aufbau von großer Bedeutung. Schnelle Rüstzeiten stellen zudem spezielle Anforderungen an den Leiterplattentransport, den Düsen- und Feederwechsel und die Set-up Programmierung. TechniSat hat festgestellt, dass der Produktwechsel durch eine Offline-Vorbereitung der Trolleys und die automatische Kalibrierung auf unter 10 Minuten reduziert werden kann. Der modulare Aufbau ermöglicht ein besseres Gleichgewicht zwischen „Front End“ und „Back End“ Prozessen und reduziert eine Über- oder Unterauslastung der Maschine auf ein Minimum. Die Auslastung kann zwischen den Linien neu aufgeteilt werden, ohne dass Umstellungen für die einfache Handhabung verschiedener Anwendungen und Leistungen erforderlich wären. Durch eine Offline-Programmierung ist es möglich, den Produktionslauf von einer AX-301 „on the fly“ und ohne Einbußen an Genauigkeit oder Qualität auf eine andere Maschine der A-Serie zu übertragen. Während der Fertigung von Prototypen ist eine zuverlässige Bestückung besonders wichtig, weil hier oft nur ein Bauteilsatz zur Verfügung steht und ein fehlerhafter Bestückprozess sich hier besonders negativ auswirken kann. Die A-Serie lässt sich beliebig erweitern. Durch den einfachen Wechsel der Feederwagen werden Rüstzeiten reduziert und so die Maschineneffizienz gesteigert. Für besondere Bauelementeformen oder -zuführungen können im Application Centre in Kassel kundenspezifische Lösungen entwickelt werden – ein Faktor, der für TechniSat ausschlaggebend war. Dies alles bedingt eine perfekt funktionierende Hardware und eine Software, die eine einwandfreie Einbindung des Systems in die Produktionsumgebung ermöglicht.

Die verschiedenen Hard- und Softwaremodule müssen nahtlos ineinander greifen. Bei der A-Serie sind sie über die Assembléon Manufacturing Suite (AMS) miteinander verknüpft. AMS optimiert die Produktionsprozesse auf Maschinen- und Linienebene und unterstützt alle wichtigen SMT Fertigungsprozesse. AMS ist mit den MES (Manufacturing Execution Systems) und ERP (Enterprise Resource Planning) Systemen verbunden, mit deren Hilfe die Anlauf- und Rüstzeiten reduziert werden können. Ein Produktwechsel und die Optimierung von Fertigungsprozessen ist durch eine Vielzahl von Offline Werkzeugen einfach zu realisieren. Die Offline Feeder- und Trolleyrüstung und die Bauteilüberprüfung gewährleisten, dass die richtigen Komponenten an der entsprechenden Position aufgenommen werden. Die Linie läuft sofort mit hoher Geschwindigkeit an und erfasst alle Daten, wie zum Beispiel Maschinenstatus, Name des aktiven Programms, Leiterplattenzahl, Bauteilverbrauch, PPM-Daten sowie Fehler- und Leistungsdaten. Diese Daten können direkt zur Überwachung der Leistung eingesetzt oder aber auch auf einem „Manufacturing Information System (MIS)“ angezeigt werden. Darüber hinaus steht ein Protokoll über Position und Zeitpunkt der Bauteilbestückung zur Verfügung. Dieses Protokoll erleichtert die Fehlersuche und erfüllt sowohl gesetzliche als auch Forderungen des Kunden nach Rückverfolgbarkeit. Diese Forderungen sind in der Automobilbranche sehr streng: Die integrierten Funktionen ermöglichen also eine einfache Integration in die Produktionsplanung und -überwachung.

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