ASM Process Expert: Meilenstein auf dem Weg zur Smart SMT Factory

Der Schablonendruck hat in der SMT-Fertigung eine besondere Bedeutung. Folgt man einer bekannten Faustregel, so lassen sich etwa 60 Prozent aller Fehler in der Elektronikfertigung direkt oder indirekt auf Schwächen im Druckprozess zurückführen. Das ist nicht verwunderlich, denn der Druckprozess ist von vielen, sich gegenseitig beeinflussenden Parametern abhängig.

Neben Druckeinstellungen wie Druckgeschwindigkeit, Rakeldruck und Reinigungszyklen kommen externe Faktoren wie Lotpastenkonsistenz, Temperatur, Luftfeuchtigkeit oder Schablonen-Layout hinzu. Anders gesagt: Der Druckprozess erfordert eine fortlaufende Kontrolle, und um die richtigen Einstellungen für stabile Druckprozesse zu setzen, braucht es viel Erfahrung.

Genau hier setzt ASM Assembly Systems mit dem innovativen ASM Process Expert an – dem ersten selbstlernenden Inline-Expertensystem. Es kann Druckprozesse stabilisieren, komplett automatisch optimieren und proaktiv steuern. Dafür integriert ASM Process Expert zwei Komponenten: ASM Process Lens, ein hochgenaues Solder Paste Measurement System (SPM), und die Software ASM Process Engine. Bildlich gesprochen bildet Process Lens das Auge und Process Engine das Gehirn des Expertensystems.

Die Inhouse-Demonstrationen am ASM-Hauptsitz in München führten den Fachbesuchern auf der Messe deutlich vor Augen: Beide Komponenten sind für sich genommen schon technologische Sensationen, als integriertes System verleihen sie einer Elektronikfertigung völlig neue Möglichkeiten für Automatisierung und Prozessintegration.

Hochpräzise Messung: 8 Mio. Mikrospiegel werfen Lichtstreifen

Für ASM Process Lens gelang es den Ingenieuren des Herstellers, die in Highend-SPI-Systemen als Stand der Technik geltende Streifenprojektions-Technik (Moiré-Phasenverschiebung) nochmals deutlich zu verbessern. Um das für die Messung erforderliche Lichtstreifen- beziehungsweise Schattenmuster und deren Bewegungen zu erzeugen, arbeiten klassische Systeme mit einfachen, starren Gittern, die über Piezo-Elemente verschoben werden. Das erfordert eine mechanische Bewegung – ein Faktor, der je nach Methode Geschwindigkeits- oder Genauigkeitseinbußen bedeutete.

In ASM Process Lens werden dagegen Lichtstreifen projiziert. Ein Chip mit 8 Mio. elektronisch schwenkbaren Mikrospiegeln erzeugt und variiert Streifenmuster flexibler, schneller und präziser als mit bisherigen Verfahren. Die Chips sind eine robuste, vielfach bewährte Technologie und bilden das Herzstück moderner Kinoprojektoren. Neben diesem 3D-Messverfahren nutzt ASM Process Lens für weitere Analysen andere 2D-Messverfahren.

Das System lernt – und vergisst nie

Die vom SPM-System ASM Process Lens erfassten, absoluten Messdaten werden in Messdatenbanken abgespeichert. Dazu kommen Sensorik- und Einstellungsdaten aus den Schablonendruckern. Der Software ASM Process Engine stehen damit neben den aktuellen auch die historischen Messdaten zur Verfügung. Dank modernster BigData-Technologien kann die Software diese Daten in Echtzeit auswerten, Ergebnisse und Einstellungen vergleichen und Abhängigkeiten erkennen. So lernt das Expertensystem ASM ProcessExpert mit jeder bedruckten Leiterplatte.

ASM Process Engine stehen dank modernen Big-Data-Technologien neben den aktuellen auch die historischen Messdaten zur Verfügung. (Bild: ASM Assembly Systems)

Anlaufkosten minimieren

Durch die Vernetzung mit dem Drucker kann ASM Process Expert den Druckprozess kontrollieren und proaktiv steuern. Aber es kann eben noch mehr: Es kann den Druckprozess automatisch und fortlaufend optimieren. Diese Funktionen geben Elektronikfertigern neue, extrem interessante Möglichkeiten. So zeigten die ASM-Ingenieure am Messestand die Funktion „DFM HealthCheck“ (DFM = Design for Manufacturability). Dabei analysierte ASM Prozess Expert die Gerberdaten von Schablonen auf ihre Eignung für die Elektronikfertigung. Das System erlaubt also Drucksimulationen, den virtuellen Druck auf Basis von Schablonendaten.

Binnen weniger Minuten präsentierte DFM Health Check umfassende Parametervorschläge für einen stabilen Druck, (inklusive Schablonen- und Pastentyp, Beschichtungen, Rakeldruck/-geschwindigkeit, Reinigungszyklen, Leiterplattenunterstützung, etc.). Zusätzlich waren auf einem Abbild der Schablone am Monitor die für einen stabilen Druck kritischen Bereiche farbig markiert. Der Klick auf diese Bereiche benannte dann Ursachen für die Einstufung. Mit der Funktion DFM Health Check liefert das Expertensystem also nicht nur Druckeinstellungen für die Produktionsplanung, sondern zusätzlich Hinweise auf aus Fertigungssicht sinnvolle Korrekturen am Layout von Schablonen und Leiterplatten. Eine Analyse, die nur wenige Minuten dauert, kann so unnötige Anlaufkosten und unlösbare Qualitätsprobleme vermeiden.

NPI in minimaler Zeit

Bei Produktneueinführungen arbeitet ASM Process Expert so, wie es auch der menschliche Experte tun würde: Das System führt eine Reihe von Testdrucken durch, variiert gezielt Prozessparameter und sucht so nach dem Optimum für einen besseren Druck. Der Unterschied: ASM Process Expert benötigt für diese Arbeit nur ein paar wenige Testdrucke und Minuten. Der Grund: Während wir Menschen uns mit multivariaten Analysen extrem schwer tun, kann der Computer eine Vielzahl von Variablen gezielt variieren und auf Abhängigkeiten und Zusammenhänge analysieren.

Das Ergebnis: Wir brauchen viel Zeit und viele Testdrucke, ASM Process Expert dank so genannter Fractional Experiments deutlich weniger. Denn bereits diese Testdrucke sind non-destructive. Jede der bedruckten Leiterplatten lässt sich bestücken, der Test produziert keinen Ausschuss – ein enormer Wettbewerbsvorteil.

In der laufenden Produktion

Beim Einsatz in der Serienfertigung wird der Unterschied zwischen einer rein kontrollierenden SPI-Funktion und der selbstoptimierenden Funktion der Smart-Factory-Lösung ASM Process Expert besonders deutlich. Herkömmliche SPI-Systeme arbeiten mit Schwellwerten, schlagen Alarm oder stoppen die Linie, wenn diese Grenzen verletzt werden.

ASM Process Expert aber ist auf vom Bediener gesetzte Grenz- und Schwellwerte nicht angewiesen. Das System nutzt die Wissensdatenbanken und die absoluten Messdaten über die Prozessqualität zu einer fortlaufenden aktiven Steuerung. Die Reinigung der Schablonen folgt keinem festen Zyklus mehr, sondern wird abhängig vom Druckergebnis dynamisch und automatisch initiiert. Vorteil für den Elektronikfertiger: Die üblichen Sicherheitsreserven bei den Einstellungen zur Unterseitenreinigung können entfallen, die Produktivität der Linie steigt – ohne Verlust an Druckqualität.

Smart Factory: Enormes Potenzial

Die Vorstellung von ASM ProcessExpert zeigt, wie konsequent ASM eine Produktentwicklung in Richtung Smart SMT Factory vorantreibt. Das erste In-Line-Expertensystem für die SMT-Fertigung ist ein echter technologischer Meilenstein und bringt uns der intelligenten, sich selbst steuernden Fabrik deutlich näher. Sichtbar wird auch: Die Verschmelzung von DEK und Siplace, die Integration von Druck- und Bestücklösungen macht Sinn und ist ASM offensichtlich gut gelungen.

ASM Process Expert übernimmt nicht nur die Steuerung und Kontrolle, sondern stabilisiert und optimiert die SMT-Linie – völlig automatisch. Bild: ASM Assembly Systems

Wer einen Blick für technologische Basis von ASM Process Expert hat, kann das künftige Potenzial dieser Innovation erahnen. Das System vergisst kein Detail, stellt der Elektronikfertigung sein Wissen rund um die Uhr zur Verfügung. Und: Wissensdatenbanken von verschiedenen SMT-Linien lassen sich fertigungs- oder standortübergreifend vernetzen.

Die Expertensysteme an den verschiedenen Linien bilden dann ein „Wissens-Netzwerk“ und lernen voneinander – einen Druckprozess, den das eine System erfolgreich optimiert hat, werden die anderen Systeme sofort fehlerfrei nachvollziehen. Und natürlich ist diese Technologie nicht auf den Druckprozess reduziert: So kann ASM Process Expert schon jetzt Informationen über die Wölbung einer Leiterplatte erfassen und an den Siplace-Bestückautomaten weitergeben.

(mrc)