Smarter als die Konkurrenz

Adrian Kühnis für Essemtec, Aesch

Smart Solution von Essemtec ist ein ganzheitliches, modulares und flexibles Konzept aufeinander abgestimmter Hard- und Softwaretools für die SMT-Fertigung. Die Lösung bildet die Grundlage für eine effiziente und auch flexible SMT-Produktion und ermöglicht daher einen einfachen Ausbau oder die Anpassung an veränderte Anforderungen.

Die moderne SMT-Fertigung wird mit vielen Forderungen konfrontiert. Einerseits sinken Margen, Lieferzeiten und Seriengrößen, andererseits steigt die Zahl der Produktvarianten. Immer stärker werden auch die Forderungen nach Rückverfolgbarkeit der Produktion, Kontrolle der Feuchtigkeit und Aktualität des Lagerbestandes. Eine hohe Bestückungsgeschwindigkeit alleine macht noch keine effiziente und wirtschaftliche SMT-Fertigung aus. Viele andere Faktoren beeinflussen den Gesamtdurchsatz und die Fertigungskosten mindestens genau so sehr. Dies verlangt nach neuen Methoden in der Elektronikfertigung, denn der Bestückungsprozess ist nur ein Teil eines integrierten Systems aus Hard- und Softwarekomponenten, welche allesamt zur Verbesserung der OEE (Overall Equipment Efficiency) beitragen können.

Hier setzt das Solution Konzept an und gibt dem SMT-Dienstleister die notwendigen Mittel und Möglichkeiten in die Hand, um mehr aus seiner Investition heraus zu holen, die Kosten weiter zu senken und die Qualität nachhaltig zu steigern.

Um Eingabefehler zu vermeiden ist die Einfachheit der Bedienung von komplexen Maschinen von großer Wichtigkeit. Eine grafische und Touchscreen-basierte Benutzeroberfläche wie die eez-Technologie ist modern und gut geeignet, den Bediener vor Fehlern zu bewahren. Eingaben sind einfach, zoomen, verschieben und auswählen intuitiv. Die Smart Solution ist mehrsprachig aufgebaut und beinhaltet Online-Trainingslektionen. Durch den logischen Aufbau und das kontextsensitive Hilfesystem ist sie einfach zu erlernen.

Der Bediener findet dieselbe Oberfläche und die gleiche Struktur auf allen Maschinen wieder, von der Bestückungsmaschine über den Dispenser bis hin zu Offline-Programmierstationen und Lagerverwaltungssystemen. Dies gewährleistet unter anderem auch eine hohe Motivation des Mitarbeiters, weil er sich nicht jedes Mal umgewöhnen muss, und reduziert die Aus- und Weiterbildungskosten.

Durch die Vernetzbarkeit der Maschinen lassen sich aktuelle Online- und Remote-Support-Werkzeuge nutzen, was professionellen Support schnell verfügbar macht. Zudem lassen sich Aufträge offline vorbereiten ohne die laufende Produktion unterbrechen zu müssen. Bestückungsprogramme können per Knopfdruck auf verschiedene Produktionslinien oder verschiedene Produktionsstandorte verteilt werden.

In der SMT-Fertigung ist Flexibilität oberstes Gebot. Intelligente Feedersysteme (Hot-Swap-Feeder) für Bestückungsautomaten sind heute ein Muss, also Bauteilzuführungen, die sich während der Produktion austauschen lassen. Mit einem solchen Feedersystem verschiebt sich der Start des Folgeauftrags nach vorn, weil die Vorbereitung parallel zur aktuellen Produktion erfolgen kann.

Mit der Einführung der Barcode-Identifikation ist das Rüsten von Hot-Swap-Feedern einfach und schnell geworden. Durch das Scannen von zwei Barcodes, einer auf dem Feeder und einer auf dem Bauteil-Gebinde, werden beide miteinander verknüpft. Der intelligenten Feeder kann anschließend auf irgendeiner Maschine montiert werden und der aktive Feederbus weiß sofort Bescheid über den Feedertyp, das Bauteil, den Restbestand und die Pickup-Positionen.

Zeit sparen lässt sich auch bei der Erstellung der Maschinenprogramme. Mit dem universellen Smart-CAD-Konverter zum Beispiel ist das ganz besonders einfach. Er erstellt aus den CAD-Daten auf Knopfdruck fixfertige Bestückungsprogramme und Dosierprogramme. Die realitätsnahe Visualisierung erlaubt zudem die einfache Kontrolle und Korrektur vor der Bestückung des ersten Boards.

Das Smart-Solution Konzept senkt deutlich die Investitionskosten für die SMT-Produktion. Einer der Gründe ist, dass weniger Maschinen benötigt werden. Mit einer Bestückungsmaschine des Unternehmens können alle Arten von Bauteilen verarbeitet werden, von 01005 bis zu großen IC und Steckern. Zudem können diese Maschinen auch mit Dosierventilen ausgerüstet werden. Anstatt einer Sammlung von Chip-Shooter, Dispenser und Finepitch-Bestückungsmaschine wird also nur noch eine Maschine benötigt.

Zum Dispensen sind verschiedene Ventile (wie das Jet-Ventil, das Schraubenventil, das Zeit-Druck-Ventil oder das Piezo-Ventil) verwendbar. Mit dem schnellen Piezo-Jetventil lassen sich bis 100.000 Punkte pro Stunde dosieren. In der SMT-Fertigung werden damit zum Beispiel Klebstoffpunkte zum Befestigen von Bauteilen erzeugt.

Mit einem Lotpasten-Jetventil auf dem Bestückungsautomat lassen sich teure Stufenschablonen sparen indem die zusätzliche Menge Lotpaste nachträglich auf der Bestückungsmaschine nachdosiert wird oder es können komplette Boards mit Lotpaste dosiert werden. Die Dosierprogramme für Kleber und Paste werden automatisch aus dem Bestückungsprogramm erstellt und basieren auf einer integrierten Medienbibliothek für eine schnelle Prozessfindung.

Feeder sind ein weiterer Investitionsposten. Sehr beliebt sind darum breitenverstellbare Smart-Feeder, welche verschiedene Bandbreiten verarbeiten können. Sie erhöhen die Flexibilität und reduzieren die Kosten, denn es werden keine teuren Feederlanes benötigt und die Gesamtzahl der Feeder sinkt. Die Feeder können während der Produktion aufgerüstet werden, wodurch kostspielige Feedertrolleys wegfallen.

Selbst die flexibelste Maschine kann bei schlechter Auftragsplanung oder bei fehlenden Bauteilen nicht effizient arbeiten. Mit einer optimalen Planung von Aufträgen und Rüstungen sowie der genauen Kontrolle über das Bauteile-Lager sind markante Durchsatz-Steigerungen möglich.

Die Lösung verwendet spezielle Algorithmen, um mehrere Aufträge im Voraus zu simulieren und zu optimieren. Die optimalen Feederpositionen und die Anzahl der Feederwechsel können gegeneinander abgewogen werden um die beste Strategie festzulegen. Die Produktion kann dank der Simulation praktisch ohne Unterbrechung laufen.

Die Kombination von intelligenten Feedern, Maschinen und Lagerverwaltung erlaubt die vollständige Kontrolle über Bauteile, Bestände und Ablaufdaten. Mitarbeiter können ausgehende Bauteile rechtzeitig vorbereiten oder spezielle Bauteile auf die entsprechende Bestückungsmaschine umrüsten.

Feuchtigkeitsempfindliche Bauteile dürfen sich nur eine ganz bestimmte Zeit offen in der Produktion befinden, die in der Norm IPC/JEDEC J-STD-20 definiert ist. Die Dokumentation dieser Offenzeiten ist für viele Anwendungen in der Medizintechnik oder Luftfahrt ein Muss. Die Smart Solution-Software speichert die notwendigen Daten automatisch und berechnet die verbleibende Floor-Lifetime. Das Cubus-Bauteilelager des Unternehmens bietet darüber hinaus eine kontrollierte, trockene Atmosphäre und ermöglicht die geschützte Lagerung empfindlicher Bauteile ohne zusätzliche Verpackung. Mit Hilfe des FiFo-Verfahrens (First In – First Out) wird garantiert, dass die ältesten (zuerst gelagerten) Bauteilrollen zuerst wieder aus dem Speicher entnommen und verbraucht werden. Es wird somit vermieden, dass mehrere Rollen eines Bauteils angebrochen werden.

Die Fehlerquote eines Fertigungsprozesses hängt von vielen Faktoren ab und das Smart-Solution Konzept reduziert diese so weit wie möglich. Menschliche Fehler werden durch eine einfache Bedieneroberfläche minimiert, durch das Setzen entsprechender Berechtigungen und die kontextsensitive Hilfe. Die Verwendung von Barcodes auf Feedern und Bauteilen schließt Rüstfehler aus. Pickup- und Bestückungspositionen werden laufend überwacht und rekalibriert. Kameras bieten eine 100%ige Überwachung der Bauteile vom Aufpicken bis zur korrekten Platzierung. Die Drucker sind mit 2D-Inspektion ausgerüstet und die Dispensmaschinen bieten eine integrierte Dosier-Überwachung.

Die Component Verification Unit (CVU) misst Wert und Polarität von Widerständen, Kapazitäten, Dioden und Transistoren vor dem Bestücken. Mit Hilfe der CVU kann der Toleranzwert eines jeden einzelnen Bauteils mit höchster Zuverlässigkeit überprüft werden oder eine Stichprobe nach einem Bauteilrollenwechsel gemacht werden. Dies sind nur ein paar der mit dem Konzept verfügbaren Funktionen und Werkzeuge die mithelfen, einen kontrollierten, stabilen und zuverlässigen Fertigungsprozess zu garantieren.

Smart Solution integriert die Fertigung. Die Software kommuniziert in Echtzeit mit den Maschinen und kann dadurch die Fertigung kontinuierlich optimieren. Sie gleicht die Auslastung unter den Bestückungsmodulen einer Linie aus und verteilt Aufträge auf verschiedene Produktionslinien.

Die Lösung wiederum arbeitet nicht für sich alleine im Fertigungsuniversum sondern hält Kontakt zum übergeordneten Planungssystem. Die meisten Maschinenhersteller verlassen sich auf teure Schnittstellen von Drittherstellern. Nicht so die Software, welche die Daten automatisch für ERP-Systeme bereit stellt. Ein standardisiertes Interface erlaubt den Datenaustausch mit allen modernen ERP-Systemen. In der modernen Fertigung ändern sich Fertigungspläne und Prioritäten sehr schnell. Die Aktualität der Lagerbestände, der schnelle Lagerzugriff und die zuverlässige Datenspeicherung sind daher wichtig.

Früher bedeutete Effizienzsteigerung vor allem eins: Maximierung des Durchsatzes mittels Reduzierung der Flexibilität und Konzentration auf eine einzelne Tätigkeit.

Mit einem integrierten Konzept wie der Smart Solution ist dies zum Glück Vergangenheit. Damit behält der Dienstleister die Flexibilität und kann trotzdem schneller liefern und die Fertigungskosten senken. Zudem ist das System modular und jederzeit ausbaubar, von einer einzelnen Bestückungsmaschine bis hin zur integrierten Fertigung mit mehreren Linien. Dabei wird die ursprüngliche Investition stets geschützt.