Erfolgreicher Technologiewechsel

Radek Lauer, Vertriebsingenieur& Key Accounts, Ersa GmbH

Ein Exempel, dass altbekannte Technik nicht immer besser sein muss und ein Technologiewechsel, wenn er gut geplant ist, mehr als erfolgreich sein kann, zeigte uns der Sensorspezialist Leuze electronic GmbH mit Stammsitz im schwäbischen Owen.

Die Leuze Elektronik GmbH ist ein weltweit operierender Hersteller, spezialisiert auf die Entwicklung und den Vertrieb von optoelektronischen und induktiven Sensoren, Identifikations-, Datenübertragungs- und Bildverarbeitungssysteme. Ihre Sensoren und Lichtschranken finden nicht nur in der Automobilindustrie und im industriellen Anlagenbau wieder, sondern auch in der Medizin- und Analysetechnik. Die Fertigung der dazugehörigen Elektronikbaugruppen übernimmt dabei das Tochterunternehmen Leuze electronic assembly aus dem schwäbischen Unterstadion.

Die 1977 gegründete Tochter, die zunächst nur zur Fertigung von Dickschicht-Hybridschaltungen für die eigenen Textilmaschinen dienen sollte, wurde schnell zum Hauptlieferanten für elektronische Baugruppen für alle Produktionsstandorte der Leuze GmbH. Mit den verbleibenden Kapazitäten fertigt das Unternehmen als EM-Dienstleister vorrangig für anspruchsvolle Kunden aus Militär- und Medizintechnik.

Um in diesen sicherheitsrelevanten Bereichen als internationales Unternehmen operieren zu können, ist die Qualität der Baugruppen und die Transparenz des Fertigungsprozesses von zentraler Bedeutung. So verfügt das Unternehmen nicht nur über die Zertifizierung nach DIN 13485 sondern auch über eine nach UL/CSA-Standard geprüfte Fertigung, in der nicht nur die Rückverfolgbarkeit der einzelnen Baugruppe sondern auch der verbauten Komponenten jeder Zeit bis ins Detail möglich ist.

Als vor einiger Zeit für das Unternehmen die Investition in eine neue Reflowlötanlage anstand, waren die Erwartungen hoch, allein schon bedingt durch den hohen Fertigungsstandard.

Nach intensiven Gesprächen mit Ersa und einigen Marktbegleitern stand es fest. Die neue Reflowanlage sollte eine Hotflow 3/20 von Ersa werden.

Neben Kriterien, die sich direkt aus den Produktionsparametern und den Anforderungen der Kunden ableiten ließen, war der Anschluss an das hauseigene MES für den Fertigungsleiter Georg Denkinger ein zentrales Thema. Leuze setzt in diesem Punkt auf ein möglichst großes Maß an Standardisierung. Selbst Prototypen-Baugruppen werden gleich im Standardprozess produziert. So erhalten ihre Kunden schon vorab einen genauen Einblick, wie sich das Produkt zukünftig in der Serienproduktion verhalten wird. Gerade für Produkte, die eine FDA-Zertifizierung benötigen, ist dies ein wichtiger Aspekt der Prototypenphase.

Ausgangspunkt der Suche waren die Erfahrungen, die das Unternehmen bisher mit der eingesetzten Dampfphasen-Lötanlage gesammelt hatte. Die neue Reflowanlage sollte in die bestehende Linie integriert werden können, auf der ein Lotpastendrucker und vier Bestücker die Leiterkarten zum Löten vorbereiten. Primäres Ziel war es dabei, die Taktzeiten der Linie weiter zu optimieren, um zukünftig auch Kunden mit höheren Stückvorgaben optimal bedienen zu können. Eine Forderung, die mit der neuen Single-Track-Anlage, schon durch die allgemein kürzeren Prozesszeiten im Konvektionsverfahren erreicht wurden. Zusätzlich entschied sich das Unternehmen auch noch für die integrierte Mittenunterstützung. Damit können auch sogenannte Flexboards oder sehr dünne Leiterkarten, die sich unter ihrem Eigengewicht oder unter thermischen Einfluss verformen, optimal transportiert werden und mit kürzesten Taktzeiten gelötet werden.

Weiterhin hatte sich die bisherige Dampfphasen-Lötanlage als relativ störungsanfällig entpuppt und in der Amortisationsphase zeigte sich bereits der hohe Wartungsaufwand. Da das Unternehmen im 3-Schichtbetrieb arbeitet, sind die Anforderungen an die Anlage und die dort verbauten Komponenten sehr hoch. Auch hier ist Leuze von ihrer Entscheidung für die Hotflow 3/20 überzeugt. Nicht nur, dass das notwendige Wartungsaufkommen gegenüber der Dampfphase erheblich reduziert werden konnte. Es zeigte sich auch, dass die in der neuen Anlage verbauten verschleißfreien Komponenten, zu einer geringeren Störanfälligkeit führten. Damit konnte der Output der ganzen Linie noch einmal erhöht und optimiert werden.

Anspruchsvoll war auch die Forderung, beim Löten unter Schutzgasatmosphäre, nach einem Restsauerstoffwert von maximal 200 ppm, der von den Kunden gefordert wird und auch unter maximaler Auslastung der Lötanlage gewährleistet sein muss. Eigentlich wird davon ausgegangen, dass bereits bei einem Restsauerstoffwert von unter 500  ppm die Oxidbildung während des Lötprozesses ausreichend reduziert wird. Einen höheren Standard fordern besonders Kunden aus dem Militär- und Medizinsektor, die Produkte fertigen, deren Lötstellen dem IPC-Standard Klasse 3 entsprechen müssen. Auch hier überzeugte die neue Hotflow bereits beim Probelöten auf ganzer Linie.

Überraschend war für Fertigungsleiter Georg Denkinger auch, dass sich nach einigen Betriebsmonaten zeigte, dass die ohnehin schon sehr geringe Fehlerquote beim Löten noch verbessert werden konnte. Beim Löten in der Dampfphase spielte vor allem das Tomb-

stoning kleiner Chip Bauteile der Baugrößen wie z.B. 0805, 0603 oder 0402, eine wesentliche Rolle. Bei diesem Effekt richten sich die Bauteile, auf Grund zeitlich versetzter Schmelzvorgänge an den Bauteil Anschlüssen, auf. Ursächlich für diesen Effekt sind die hohen Temperatur Gradienten bei der Kondensation des Dampfes auf der Baugruppe. Die aktuelle Auswertung der QS-Daten zeigt eindeutig, dass beim Konvektionslöten mit der Hotflow 3/20 das Tombstoning keine statistisch relevante Rolle mehr spielt.

Ein weiteres Kriterium war für Georg Denkinger bei der Auswahl der Anlage deren Standardisierungsgrad. Dem aktuellen Markttrend entsprechend, wollte man in der Leuze Gruppe beim Kauf der neuen Lötanlage nicht auf eine Sonderlösung zurückgreifen. Dies war wichtig, da man in der Vergangenheit schlechte Erfahrungen mit nicht standardisierten Anlagen gesammelt hatte. Als es in der Vergangenheit um die Beschaffung eines weiteren „Sonder-Systems“ mit den gleichen Spezifikationen ging, stellte man seiner Zeit fest, dass der Hersteller dieses nur mit erheblichem Aufwand liefern konnte.

Auch in diesem Zusammenhang konnte Ersa mit seinem Modulkonzept und den hochstandardisierten Anlagen auf der ganzen Linie punkten. Die Kunden profitieren von den, schon im Standard umfangreich ausgestatteten Systemen, die ohne weiteres in gleicher Konfiguration nachbestellt werden können. Dabei wird schon in der Basiskonfiguration größtes Augenmerk darauf gelegt, dass Kunden bereits in dieser Ausstattungsstufe eine hochwertig ausgestattet Anlage im aktuellen Industriestandard erhalten. Mit weiteren Optionen auf die der Kunde zurückgreifen kann, ist die Hotflow Serie jederzeit funktional ausbaubar.

Dies zeigte sich auch positiv bei der Integration der Anlage in die bestehende Infrastruktur. Das System sollte dafür selbständig auf einen Produktwechsel in der Produktion reagiert. Dabei wird zunächst der Einlauf gesperrt, die Maschine stellt selbständig auf das neue Lötprogramm um, meldet dies an die OIC zurück und gibt selbsttätig den Einlauf für das neue Produkt wieder frei, sobald die Betriebsbereitschaft des Ofens erreicht ist. Ohne großen Aufwand konnte die Anlage in Zusammenarbeit mit einem Ersa Applikationsingenieur in die vorhandenen Softwarestrukturen eingebunden werden.

Insgesamt hat sich nach der Evaluierung des Systems in der Produktion gezeigt, dass die Umstellung von der Dampfphase auf eine Konvektionslötanlage für Leuze electronic assembly auf ganzer Linie erfolgreich war. Neben einer einfachen Integration der Anlage in die bestehenden Strukturen wurde auch die angestrebte Verbesserung der Taktzeiten erreicht. Zusätzlich konnte der Wartungsbedarf erheblich reduziert und der ohnehin schon hohe Qualitätsstandard durch den Einsatz der Hotflow 3/20 deutlich verbessert werden.

Für die Zukunft ist der Aufbau einer weiteren Linie mit ähnlichen Spezifikationen geplant, ein neues spannendes Projekt, das Ersa gerne mit Leuze electronic assembly realisieren wird.