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Kostentreiber und Einsparpotenziale

Effiziente Daten für eine effiziente Fertigung von heute und morgen
Kostentreiber und Einsparpotenziale

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Rund um die Elektronikfertigung hat sich viel getan: Neue Fertigungsmöglichkeiten, Anforderungen aus der Industrie sowie die Internationalisierung haben große Veränderungen mit sich gebracht. Um wettbewerbsfähig zu bleiben, müssen sich die Unternehmen anpassen und am Ball bleiben. Hannusch Industrieelektronik blickt auf 30 erfolgreiche Jahre zurück und nutzte das Firmenjubiläum unter anderem für eine Technologieveranstaltung zur Diskussion mit Experten aus der Elektronikindustrie.

Unter der Moderation von Dr. Hans Bell, Rehm Thermal Systems, waren Referenten der Unternehmen geladen, deren Systeme in der Wertschöpfungskette zur Fertigung der Baugruppen bei Hannusch zu finden sind.

Michael Kasper, Vliesstoff Kasper GmbH

Professionelle Reinigung im Druckprozess

Der Vortrag sensibilisierte die Zuhörer auf das Thema Reinigung und Putztuchqualität in der Elektronikfertigung. Dazu wurden die zwei Bereiche der manuellen und automatischen Reinigung unterschieden. Fokussierte wurde auf die automatische Reinigung mittels Reinigungsrollen für die Schablonenunterseite im Siebdrucker mit einer konstanten Situation und klar vorgegebenen Werten. Um die Qual der Wahl bzw. die Vielfalt an Reinigungstücher im Griff zu haben ist im Vorfeld zu prüfen, wie und womit muss ich was wo reinigen? Klar wurde, dass nur eine konstante Qualität des Reinigungsvlieses für „Hochleistungsputzen“ sorgt und Einsparungspotenzial ermöglichen kann. Weitere zu beachtende Punkte sind Traceability – der amerikanische Partner kann genau nachweisen, in welchen Wäldern die verwendeten Bäume geschlagen wurden und in welche Produktion diese gelangt sind – sowie die Produktion im Reinraum. Sämtlicher Reinigungsvlies mit dem Qualitätssigel des Unternehmens wird noch in Reinraumklasse 6 gehandelt, künftig in Klasse 7. Der Blick in die Zukunft ging zur smarten Reinigungsrolle mit integriertem RFID-Chip, welche dann direkt mit der Maschine kommuniziert, um zu garantieren, dass nur die richtigen Medien zusammengeführt werden.

Günther Havel, Häusermann GmbH

Kostentreiber und Einsparpotenziale bei Leiterplatten

Nach allgemeinen Hinweisen zum Leiterplattenmarkt – wachsende Produktion in Europa aus Qualitätsgründen – konzentrierte sich der Redner auf die größten Einsparpotenziale Kontur und Nutzengestaltung von Leiterplatten. So muss bei der Konturbearbeitung von Einzelplatinen für Ausnehmungen gefräst werden, was jedoch eine schlechte Ausnutzung im Fertigungsformat durch den notwendigen Abstand bedeutet. Die besser Alternative dazu ist das Ritzen, da hier keine Abstände benötigt werden und somit das Fertigungsformat effizienter genutzt werden kann. Am Beispiel einer Platine etwas größer als das Eurokartenformat mit 165 mm x 105 mm zeigte sich, dass beim Ritzen 15mal platziert werden kann, dagegen beim Fräsen nur 12mal, was einen Ausnutzungs- bzw. Kostenunterschied von ca. 25 % ausmacht. Tiefenfräsen für spezielle Gehäuseformen bietet viele Möglichkeiten zur Optimierung eines Gesamtprodukts und erspart Werkzeugkosten. Genauso das Thema ZIF-Stecker zum direkten Verbinden einer Platine, um zusätzliche Versteifungen zu ersparen. Genauso wichtig gestaltet sich die Nutzengestaltung eines Einzelstücks im Vergleich zum Fräsnutzen: Durch den Mix von Fräsen und Ritzen kann die Stabilität des Nutzens gestärkt werden. Vorteil beim Ritznutzen besteht in der optimalen Nutzung des Fertigungsformats. Weitere Kostenpotenziale liegen u. a. im Inkjetdruck, der Wahl von Oberflächen sowie der 3D-Technik.

Frank Breer, Christian Koenen GmbH

Unsere Kompetenz für Ihren Druckprozess

Nachdem der Druckprozess der erste Schritt in der Prozesskette einer Baugruppenbestückung ist und es viele Einflussgrößen auf die Druckqualität gibt, verdient dieser besondere Beachtung. Die Herausforderungen in der SMT wurden anhand eines Testboards demonstriert, welches mit von großen Steckerbauteilen bis zu 03015 Bauteilen bestückt ist und mit einer Schablone gedruckt werden sollte. Um mit einem Druck einen qualitätshohen Prozess zu erhalten sind acht Stufen, auf der Schablone verteilt, notwendig. Ein wichtiger Indikator für sauberes Auslöseverhalten stellt der Area Ratio mit einem Grundlagenwert von 0,66 dar, der nicht unterschritten werden sollte. Des Weiteren ist von Bedeutung die Lotkugelregel in Bezug auf die Lotpaste: In eine runde/quadratische Öffnung passen 5–6 Lotkugeln, bei einer länglichen Öffnung wird von 4–5 Kugeln nebeneinander gesprochen. Es wurden typische Fehlerbilder beim Schablonendruck besprochen und abschließend ein Tipp für gutes Padlayout gegeben: Das Bauteil sollte nur 50 % der Padbreite bedecken und es sollte eine gleiche Wärmezufuhr zu den Pads erzeugt werden, um Probleme zu vermeiden.

Lukas Sänger, Ekra Automatisierungssysteme GmbH

Drucken mit Ekra: Effizient

Mit der Effizienz im Blick konzentrierte sich der Redner auf kurzen Rüstwechsel, einer ständig laufenden Linie sowie der typischen Fehlervermeidung. Damit die Einführung eines neuen Produktes schnell geht, wurde die intuitiv geführte Oberfläche Simplex angesprochen: Direkt bedienbar über Bildschirm mit einem hohen Automatisierungsgrad ist der NPI durch Einrichten über Livebilder in 47 Sekunden fertig. Anhand der Drucksysteme Serio ging es weiter zum Thema Rüsten: Die Schablone wird eingelegt, per Knopfdruck automatisiert eingezogen und an der richtigen Stelle positioniert. Mit APS wird das Setzen von Unterstützungspins automatisiert und gleichzeitig die Position verifiziert, ohne dass ein Bediener notwendig wäre. Ebenso erfolgt das Abrüsten der Pins automatisch, deformierte werden direkt aussortiert. Die Pastenhöhenkontrolle überwacht die Pastenrolle auf der Schablone durch produktabhängige Definition der Schwellen. Wird der Wert unter- bzw. überschritten stoppt das System, um Fehldrucke zu vermeiden. Paste aus dem Becher regelt bedarfsgesteuertes Nachdosieren auf der Schablone. Die Rüstkontrolle für rückverfolgbares und sicheres Rüsten erfolgt in wenigen Schritten durch Erfassung via Handscanner, so dass alle Daten im Druckprogramm hinterlegt sind. Die interne Kamera sowie der externe Scanner lesen den Data Matrix Code, welcher via RS232 Interface weitergegeben wird. SPC-Daten werden erzeugt und abgelegt, die Masterlösung MES Interface koordiniert die Fertigungsabläufe in der Fertigung optimal.

Christof Meldner, Juki Automation Systems Europe

Kostentreiber und Einsparpotenziale im Bestückbereich

Wichtig für die Bestückung von Baugruppen ist im Vorfeld bereits ein layoutgerechtes Design in der Entwicklung, um mögliche Fehler auszumerzen. So sind wichtige Vorgaben bereits die minimalen und maximalen Maße der verarbeitbaren Leiterplatten, es sollte ein Nutzenrand bzw. Freiflächen von 3 mm auf beiden Seiten in Transportrichtung und mindestens zwei, besser drei, Passermarken pro Leiterplatten vorgesehen sein. Auch ist die Dicke des Lötstopplacks zu beachten, und damit eine Bestückung möglichst effizient vonstatten geht wäre eine gleichmässige Aufteilung der Bauteile auf der A- und B-Seite vorteilhaft. Sollten die zu verarbeitenden Leiterplatten dünn sein, empfiehlt sich eine Unterstützung, damit ein Durchbiegen vermieden wird. So bilden Layoutrichtlinien die Produktionsmöglichkeiten ab und ersparen Rückfragen der Entwickler. Durch eine einheitliche Sprachweise sowohl bei Entwicklung als auch Fertigung mit einer Quasi-Checkliste sind Einsparpotenziale erkennbar. Neben der Vermaßung sowie Verpackung des Bauteils sind MSL-Angaben und weitere Verarbeitungshinweise notwendige Daten für die zu bestückenden Bauteile, um Fehler zu vermeiden.

Dr. Hans Bell, Rehm Thermal Systems GmbH

Reflowlöten in der Surface Mount Technology: Es wird schon gut gehen – Wunsch und Wirklichkeit!

Die Miniaturisierung in der Baugruppenfertigung wird im Prinzip durch die Smart Things der Consumerwelt getrieben, denn neben kleiner und leichter werdenden Formen soll mehr Funktion beinhaltet sein. Der heute kleinste Widerstand 03015 (metrisch) erfordert einige Voraussetzungen, um für diesen einen sauberen Lötprozess zu erhalten. Insofern muss darauf geachtet werden, dass die generische Kette stimmig ist, vom Design angefangen bis zum finalen Lötprozess. Daneben gibt es den Trend zur Powerelektronik, auch wenn wir auf deutschen Straßen derzeit gerade 0,3 % elektrisch getriebene Fahrzeuge haben (im Vergleich dazu fahren in Shenzhen 15.000 Elektrobusse), aber der weltweite Bedarf an Power ist vorhanden. Wir haben Solarpanels, Windkraft und die elektrisch getriebene Welt, was bedeutet, dass auf ein und derselben Baugruppe neben sehr kleinen Bauteilen die große Welt ebenso verarbeitet werden muss – mit gleicher Zuverlässigkeit und hoher Lebensdauer des Endprodukts. Insofern müssen die Layoutverantwortlichen frühzeitig bei der Entwicklung miteinander reden und sich im Designprozess bereits Gedanken darüber machen, wie der Prozess umgesetzt werden muss. Der Redner besprach noch die Entstehung und Vermeidung typischer Lötfehler und gab Tipps für einen robusten Prozess beim Einsatz des Reflowofens.

Jürgen Friedrich, Ersa GmbH

Randbedingungen und Grenzen für das Wellen-
und Selektivlöten

Unterschieden wurden Wellenlöten mit Einfach- und Doppelwelle sowie das Selektivlöten, wo sich die Miniwelle bzw. Multiwelle etabliert haben. Die Verfahren unterscheiden sich in der Energieübertragung, der Energietransfer findet in Abhängigkeit der Kontaktfläche statt. Die Miniwelle hat den geringsten Energietransfer, da diese programmgesteuert die einzelnen Bauteile bzw. Lötstellen als sequentieller Prozess abfährt. Dagegen wird beim klassischen Wellenlöten die komplette Leiterplatte dem heißen Lot ausgesetzt und die Energie in die gesamte Baugruppe transferiert. Bei vielen SMT Bauteilen auf der Unterseite ist das Wellenlöten eher ungeeignet. Bei sehr großen Bauteilen aus der Leistungselektronik oder Bauteilen mit Pindurchmesser 8 mm bzw. 4 mm und einem Pitch von 1.27 mm müssen die Prozesse so eingestellt sein, dass es nicht durch falsche Lötparameter zu einer thermischen Schädigung der Baugruppen kommen kann. Hier kommt das Layout ins Spiel: Auf der Leiterplattenoberseite und dem Pin muss eine Temperatur erreicht werden, die höher als der Schmelzpunkt des Lotes ist. Abhilfe schafft einmal der Kapillarspalt, d.h. der Designer muss die entsprechende Bohrung so wählen, dass der Kapillarspalt für die Anwendung passt, wozu es ebenso Empfehlungen gibt wie für die Wärmefallen. Layouttipps für das Selektivlöten sind als PDF-Datei vom Unternehmen erhältlich. Abschließend wurden die häufigsten Fehlerbilder mit Fokus auf die Klassiker Lotdurchstieg und Lotbrücke besprochen.

Harald Eppinger, Koh Young Europe GmbH

Mit der SMT Linie auf der Datenautobahn

Durch den Vergleich früher zu heute mit Blick auf den Verkehr und Automotive wurde den Zuhörern verdeutlicht, was sich im Bereich der Baugruppenfertigung im Lauf der letzten Jahre getan hat. Der Zeitzyklus für Entwicklungen wird kürzer, insofern müssen auch Fertiger von Elektronikbaugruppen schneller reagieren, um wettbewerbsfähig bleiben zu können. Dem Trend zu kleineren Bauteilen und höherer Packungsdichte mit niedrigeren Toleranzgrenzen kann sich niemand mehr verwehren. Und genauso wie es heute Tools gibt, die beim Autofahren den Weg zeigen, muss auch in der Fertigungslinie die Fahrt bestimmt sein. Erreicht werden soll beispielsweise wie im Fall des Veranstalters, dass der Kunde zufrieden ist und wiederkommt. Dazu müssen Probleme in der Fertigung oder Prozessschwankungen eliminiert werden. Heute lässt sich ein Messsystem in die Fertigungslinie implementieren, welches Fehler nicht nur vermeidet, sondern bereits präventiv vorgeht und sämtliche Daten dokumentiert, um eine lückenlose Nachverfolgbarkeit sicher zu stellen. Eine Grundlage findet sich in der guten Vernetzung, die Maschinen kommunizieren miteinander, so dass in Realtime die Prozesse überwachbar sind und im Fall von Problemen sofort eingegriffen werden kann. Die künstliche Intelligenz hilft dabei zu verstehen, was und warum etwas passiert. Die Kunst liegt darin, die riesige Datenmenge richtig zu verarbeiten und zu nutzen, um ein Hightech-Unternehmen mit hohem Standard zu sein.

Marc Schmuck, Seica Deutschland GmbH

Alles was Sie schon immer über einen Flying-Probe wissen wollten in 15 Minuten

Ein Flying-Probe ist das einzige Produkt, welches innerhalb der Vorträge noch nicht in der Fertigung von Hannusch zu finden ist. Der Flying-Probe, bei Seica als eierlegende Wollmilchsau bezeichnet, testet mit acht Nadeln am Ende der Produktion, um die elektrische Funktionsfähigkeit zu gewährleisten. So werden beispielsweise im Bereich der E-Mobility Batteriezellen getestet. Der Vergleich eines Nadelbettadapters zum Flying-Probe zeigte auf, dass ein Nadelbettadapter zwar günstig in der Anschaffung und schnell ist, jedoch hohe Adapterkosten, Rüstzeit und Folgekosten von Nachteil sind. Der Flying-Probe dagegen ist universell, mit hoher Geschwindigkeit und ohne Folgekosten einsetzbar, jedoch steht der hohe Anschaffungspreis dagegen. Die horizontale Architektur der Flying-Prober ist mittlerweile wegen dem Bedarf von doppelseitigen Testen aufgrund von Durchbiegungen der Boards veraltet. Die vertikale Architektur der Flying-Prober des Unternehmens erlauben ein doppelseitiges Probing ohne die Planarität zu beeinflussen. Es sind verschiedene Testlösungen integriert: das OBP (On Board Programming), die optische Inspektion, thermisches Scannen sowie die Möglichkeit Funktionstests an der Baugruppe durchzuführen, um eine Kombination und Optimierung in den verschiedenen Herstellungsphasen zu ermöglichen. Das System kann zur Reparatur mit effizienter Diagnose eingesetzt werden, mittels Reverse Engineering ist eine Rückgewinnung des Layouts und Schaltplans des Boards möglich. Seit diesem Jahr wurde eine Art Mininadelbettadapter mit bis zu zehn zusätzlichen Pins integriert, um Messungen von Spannungsquellen durchführen zu können.

Armin Haug, Asys Group

Big Data – für die Fertigung

Durch Industrie 4.0, die digitale Transformation, fallen riesige Datenmengen an, welche sinnvoll strukturiert und genutzt werden sollten. Wurde früher ein Produkt generiert und darum herum die Fertigung aufgebaut, stellt sich heute die Frage, welche Daten benötige ich, um ein Produkt in der bestehenden Fertigung effizient fertigen zu können. Das Augenmerk des Vortrags lag auf den Nutzentrenner, die am Ende der Wertschöpfungskette einer Leiterplatte liegen. Hier wurde zwischen dem Fräsen, dem Sägen sowie Lasern von Gesamtnutzen unterschieden und die Vor- und Nachteile aufgezeigt. So eignet sich das Fräsen speziell zum Trennen von freien Formkonturen, da aufgrund der Miniaturisierung kaum mehr rechteckige Nutzen zu finden sind. Heute richtet sich die Form des Nutzens nach der Funktion. Das Sägen ist die perfekte Lösung bei langen rechtwinkligen sowie vorgeritzten Nutzen, dagegen trennt der Laser Folien und Starrflex ohne Probleme, an hohen oder sensiblen Bauteilen ist er sehr genau und weiß selbst schwierigste Konturen zu handeln. Generell gilt zu bedenken, dass man sich bereits beim Produktdesign Gedanken über das Handling des weiteren Prozesses Gedanken macht, denn bei guter Vorbereitung gestaltet sich dieser effizienter und spart Kosten.

Manuel Schwarzenbolz, Rehm Thermal Systems

Flexibel und prozessorientiert mit der „Protecto“ beschichten

Eine zuverlässige Beschichtung der Leiterplatte schützt zwar eine Baugruppe vor etwaigen Schäden, doch bringt der Prozess einige Herausforderungen mit sich. Unerheblich ob es sich um hohe Bauteile, geringe Platzverhältnisse, Sperrbereiche oder mehr handelt, auch hier sollte bereits im Vorfeld darauf geachtet werden, was zu lackieren ist, ein Lackierplan erstellt, und Rücksprache mit den Fachabteilungen gehalten werden, um ein taktzeitoptimiertes Layout der Baugruppen zu erhalten. Mit einem multifunktionalen Lackapplikator können Schutzlacke je nach Anwendung durch Sprühen, Dispensen oder Jetten selbst an engen Räumen zwischen den Bauteilen mit höchstmöglicher Prozesssicherheit aufgetragen werden. Besonderes Augenmerk lag auf der selektiven Beschichtung mit der Protecto XP, welche durch Wartungsfreundlichkeit, intuitiver Programmerstellung in Verbindung mit einer flexibel anpassbaren Ausstattung glänzt. Mit bis zu vier Lackapplikatoren lassen sich bei einem Mehrfachnutzen zeitgleich bis zu vier verschiedene selektive Lackaufgaben erfüllen. Ohne Lackapplikatorwechsel können die Auftragsverfahren Dispensen, Sprühen und Jetten dabei „on the fly“ lackspritzerfrei realisiert werden, um die Funktionalität der elektronischen Baugruppen vollständig zu garantieren. (dj)

www.hannusch.de


30 Jahre Hannusch

Die Erfolgsgeschichte von Hannusch Industrieelektronik begann 1988 in angemieteten Räumen in Erbach-Ringingen, einem kleinen Ort auf der Schwäbischen Alb, der nicht vermuten ließ, dass hier hochwertige Elektronik gefertigt wird.
Die hohe Qualität der in Ringingen gefertigten Leiterkarten machten schnell eine Erweiterung der Produktionsflächen notwendig und so ist es nicht verwunderlich, dass 1998 nach mehreren Umzügen in Mietgebäude die ersten eigenen Produktions- und Büroflächen am heutigen Firmensitz in Laichingen gebaut und bezogen wurden. Der kontinuierliche Ausbau der Fertigungslinie und des Produktportfolios, Investitionen in modernstes Equipment sowie in qualifiziertes Personal sorgen für stetiges Wachstum der Firma bis heute. Mit der Gründung von Hannusch Schulung & Technologie sowie Hannusch ESD-Equipment wurden neue Geschäftsfelder erschlossen und das Unternehmen zur heutigen Größe geführt. Seit jeher steht bei Hannusch Kundenzufriedenheit, kompetente Beratung und Betreuung sowie hohe Servicequalität an erster Stelle und bilden den Grundstein für die Zukunft.

Foto: Doris Jetter
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