Stromkosten reduzieren

Es gibt Wahrheiten, über die kann man einfach nicht diskutieren – beispielsweise geht die Sonne im Osten auf und versinkt im Westen. Oder: Reflowöfen und Wellenlötanlagen sind pure Energieverschwender. Nein, nicht notwendigerweise! Traditionell wurde zwar wenig Aufmerksamkeit darauf gelegt, das Equipment für die Elektronikfertigung auf niedrigeren Energieverbrauch und somit Kosten auszulegen, doch das ändert sich nun. Die hohen Energiekosten stellen in der Fertigung einen permanenten Faktor dar. Und klar ist auch: Der langfristige Trend weist eindeutig in Richtung ständig steigende Kosten für elektrische Energie.

Das Zentrum für Elektronikfertigung und Montage am RIT (Rochester Institute of Technology) hat kürzlich ein Projekt bei drei Elektronikherstellern aufgelegt, um die Wirkung auf den Energieverbrauch bei unterschiedlichen Einstellungen von Reflowöfen zu untersuchen. Die Ergebnisse sind in erster Annäherung natürlich alles andere als überraschend: Reduziert man die Temperatur in jeder Zone des Ofens, dann kann man potenziell erheblich Energie einsparen. Aber ist die Temperatur denn nicht nötig, um das Lot aufzuschmelzen? Am besten wir rufen uns in diesem Kontext zwei wichtige Grundregeln ins Gedächtnis: a) Jede Veränderung der Temperatur in den Zonen muss berücksichtigen, dass die Produkte in der Mitte des bewährten Prozessfensters verarbeitet werden. b) Die Durchlaufleistung eines Reflowofens oder einer Wellenlötanlage muss stets höher sein als der langsamste Prozess in einer Linie.

Die Problematik zeigt sich in der Tatsache, dass an einem üblichen Reflowofen Milliarden unterschiedlicher Einstellungen möglich sind. Doch für eine bestimmte Anwendung ist nur ein sehr kleiner Bereich dieser Einstellungen geeignet, das Produkt entsprechend der Spezifikationen zu löten. Doch selbst wenn nur wenige Prozent dieser Einstellungen geeignet wären, verbleiben immer noch Millionen Möglichkeiten. Damit kommen wir zu der Hypothese, dass innerhalb der Vielzahl der möglichen Einstellungen für eine Applikation erhebliche Unterschiede im Stromverbrauch auftreten. Wenige bemühen sich nun nach den Einstellungen zu suchen, bei denen sowohl niedriger Stromverbrauch als auch ein optimaler Lötvorgang in der Mitte des Prozessfensters möglich sind. Diese Aufgabe erscheint abschreckend aufgrund der riesigen Zahl der möglichen Einstellungsvariationen und dem zeitaufwendigen manuellen Profiling. Außerdem, wie sollte man überhaupt vorgehen, um diesen magischen Punkt zu finden?

Allein die große Zahl von Alternativen bei Reflowöfen oder Wellenlötanlagen würde die manuelle Einstellung zu langsam und zu teuer machen. Deshalb gibt es nun von unterschiedlichen Anbietern dafür Optimierungssoftware. Diese Softwaretools nutzen die Leistungsfähigkeit moderner PCs und Simulations-Algorithmen zur Automatisierung des Vorgangs. Sie spielen Milliarden Möglichkeiten durch und wählen die passende Einstellung mit dem niedrigsten Energieverbrauch aus – und das innerhalb weniger Sekunden. Die RIT-Studie zeigt, dass in einigen Fällen so Energieeinsparungen bis 14 % erreicht wurden. Diese Zahl sieht auf den ersten Blick klein aus, aber rechnet man das in der Fertigung auf alle Öfen und Lötanlagen um, sind die Kostenminimierungen erheblich. Und das ist alles erreichbar, indem man nur ein paar andere Einstellungen wählt.