Der Kostendruck auf deutsche E²MS-Hersteller ist aufgrund der internationalen – speziell der osteuropäischen – Konkurrenz hoch. Galt hierzulande lange die Fertigungsqualität als wichtigster Wettbewerbsvorteil, holen Hersteller aus Osteuropa auch in diesem Punkt rasch auf. Andererseits können die osteuropäischen Anbieter kaum noch durch niedrige Lohnkosten punkten, da dieser Kostenfaktor aufgrund des weitreichenden Automatisierungsgrads in der Branche massiv an Bedeutung verloren hat. Für hiesige Kunden werden damit bei der Wahl des passenden E²MS-Partners verstärkt die Entwicklungskompetenz, Kundennähe und Fertigungsflexibilität zu wesentlichen Entscheidungskriterien. Dennoch müssen die deutschen Anbieter beständig die Optimierung ihrer Produktion vorantreiben und intelligente Prüfkonzepte implementierten, um ohne Reduzierung der Prüftiefe ihre Preise wettbewerbsfähig zu halten. Dies gilt besonders für Produkte wie Metering Devices, die zum einen in sehr hohen Losgrößen und zu vergleichsweise niedrigen Stückkosten beauftragt werden, zum anderen aber über viele Jahre eine zuverlässige und wartungsfreie Funktion garantieren müssen.
Fehlerkostenreduktion in der Fertigung
„Qualität kann man nicht in die Elektronik hineinprüfen, sie entsteht durch zuverlässige Entwicklung und Produktion“, fasst Tobias Krickl, Leiter des E²MS Business Development von RAFI, die Devise seines Unternehmens zusammen. Er erläutert: „Auch wenn Fehlerkosten einen sehr geringen Anteil der Qualitätskosten ausmachen, sind es Kosten. Da sie mit den richtigen Strategien vermeidbar sind, wird alles dafür getan, Ausschuss aufgrund von Materialschwächen oder Verarbeitungsmängeln auf null zu reduzieren.“ Ausschuss entsteht in der Elektronikfertigung hauptsächlich bei Verwendung von mangelhaftem Leiterplattenmaterial, durch Oberflächenverunreinigungen oder durch Lötfehler, verursacht durch fehlerhaften Lotpastenauftrag oder Thermostress bei zu hohen Löttemperaturen. Zur Vermeidung dieser Fehler stehen im Unternehmen neben strikten Eingangskontrollen des Leiterplattenmaterials sowie moderner Inspektions- und Bestückungstechnologien besonders zwei Aspekte im Mittelpunkt, so Krickl: „Wissensmanagement und ein hochintegriertes MES Manufacturing Execution System, mit dem wir alle Fertigungs- und Prüfschritte überwachen, dokumentieren und jeden Fehler nachverfolgen können.“
Ausschluss von leiterplattenbasierten Fehlern
Da sich Leiterplattenfehler meist erst nach den Lötprozessen offenbaren, birgt die Verarbeitung mangelhafter Platinen ein hohes Fehlerkostenpotenzial. Außerdem begünstigen fehlerhafte Materialschichtstrukturen Elektromigration, durch die Kriechstrompfade entstehen und zum Ausfall der Baugruppe führen können. Da sich dieser Effekt erst über die Zeit entfaltet, droht Herstellern neben dem Aufwand für Kundenreklamationen auch ein Reputationsschaden. Aus diesem Grund arbeitet das Unternehmen nur mit Qualitätslieferanten, die strenge Vorgaben erfüllen müssen, und unterzieht die Produkte zusätzlich Prüfungen im eigenen Haus. Auch Oberflächenverunreinigungen der Leiterplatten können das Auftreten parasitärer Strompfade fördern. „Deshalb war ursprünglich eine kostenaufwändige Platinenreinigung obligatorisch. Mit der durchgängigen Automatisierung aller Prozessschritte, bei denen manuelles Handling entfällt, und durch den Einsatz von No-Clean-Flussmitteln können wir diesen Kostenpunkt heute größtenteils einsparen“, erklärt Krickl.
3D-Lotpasteninspektion verhindert Fehler im Bestückungsprozess
Hauptgrund für Lötfehler ist ein fehlerhafter Lotpastenauftrag im Schablonendrucker, der beispielsweise durch Ablagerungen oder schlechte Auslösung der Paste aus den Schablonen verursacht wird. Zur Kontrolle der korrekten Bedruckung setzt das Unternehmen auf das 3D-SPI-System zur 3D-Lotpasteninspektion, welches nicht nur die Positionierung der Lotpastendepots, sondern auch deren Volumen überwacht. 3D SPI kommuniziert direkt mit dem Schablonendrucker in einem Closed-Loop-Verfahren. Dies ermöglicht ein Nachregeln von Druckparametern ohne Eingriff eines Mitarbeiters. Nach der anschließenden, vollautomatischen Bestückung prüft ein 3D-AOI-System (Automatische Optische Inspektion) die Platzierung und Ausrichtung der Bauteile. Durch die Einbindung aller Prüfstationen in das MES werden alle Sollwert-Abweichungen sofort erkannt und die Prozesse gestoppt, bei denen eine Nachregelung ad hoc nicht möglich ist.
Löten und Prüfen von Mehrfach-Nutzen
Mit modernen Selektiv-Lötverfahren wie zum Beispiel dem Hubtauchlöten wird unnötiger Thermostress für Bauteile und Leiterplattenmaterial vermieden. Das Unternehmen hat mit der Auslegung seiner Hubtauchlöt- und Prüfstationen für Mehrfach-Nutzen die Effizienz seiner Platinenfertigung für Metering-Produkte deutlich erhöht. Durch die Multiplexer-Ausstattung der Prüfstationen kann der Hersteller bis zu 20 Platinen pro Nutzen in einem Durchgang prüfen; ebenso erfolgt die Programmierung und Speicherung der Sicherheitsschlüssel im Multiplexverfahren. Grundlage dafür ist auch hier das leistungsfähige MES, das während der Programmierabläufe alle Schlüssel, Seriennummern und Prüfdaten korrekt speichern und für die Kunden hinterlegen muss.
Kosten und Preise im Regelkreis
Speziell bei Metering-Produkten sind E²MS-Hersteller immer wieder aufs Neue gefordert, mit noch effizienteren Prozessen eine langlebige Elektronik zu wettbewerbsfähigen Preisen zu gewährleisten. Die Qualitätssicherung erfolgt in einer Art beständigem Regelprozess. Am Anfang stehen die Vorgaben des Kunden. Dem beratenden E²MS-Spezialisten kommt die Aufgabe zu, den Elektronikentwurf gegebenenfalls hinsichtlich Funktionalität und Wirtschaftlichkeit zu optimieren. Im nächsten Schritt muss sichergestellt werden, dass das Design den Anforderungen an reibungslose Fertigungs- und Prüfdurchläufe genügt. Dabei verlangt das Gebot der Wirtschaftlichkeit auch eine Abschätzung, ob bzw. welche Toleranzen für die gesicherte Gerätefunktionalität akzeptabel sind. Tauchen in der Produktion Störungen auf, müssen diese sofort erfasst, analysiert und nachgeregelt werden, ohne dass die kurzen Produktionstaktzyklen beeinträchtigt werden.
„Eine der wesentlichen Rahmenbedingungen dafür ist unser umfangreiches Traceability-System, das Transparenz über alle Fertigungs- und Prüfstationen schafft und eine rasche Fehlereingrenzung ermöglicht“, erklärt Krickl. Dafür werden alle Platinen zu Beginn mit einem singulären Barcode versehen, der in den Lötstopplack gelasert wird, damit diese über den gesamten Fertigungsprozess verfolgt, erfasst und alle produktspezifischen Daten auf sie eingebucht werden können. Zudem ermöglicht der ID-Code eine Prozessverriegelung, die für jedes Produkt die konsequente Einhaltung aller Bearbeitungsschritte sicherstellt.
35 Jahre Erfahrung in Metering-EMS
„Auch die beste Technik nützt nichts, wenn keine klugen Köpfe dahinterstecken“, resümiert Krickl. „Eine schnelle Reaktion und Analyse auftretender Fehler setzt viel Erfahrungswissen, technische Kompetenz und Fingerspitzengefühl der Kollegen voraus.“ Deswegen legt RAFI hohen Wert auf die fundierte Aus- und Weiterbildung seiner Mitarbeiter. Das Unternehmen, das seit 1985 elektronische Metering-Produkte fertigt und heute zu den zehn größten E²MS-Anbietern Deutschlands zählt, sorgt im eigenen Löt- und SMT-Schulungszentrum für die Weitergabe seines Know-hows.
