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Leistungsstarke Fertigungslösungen, Automatisierung, Prozessintegration und Materiallogistik: mit Innovationen in diesen Feldern treibt ASM die Entwicklung der Smart SMT Factory.
Schneller, präziser und fehlerfrei führt ASM ProcessLens seine 5D-Messungen durch und verwertet die Daten über die Software ASM ProcessEngine.
Beim neuen Siplace BulkFeeder X werden lose Bauteile über einen Vibrationsmechanismus völlig gurtfrei zugeführt.
Siplace-X und DEK NeoHorizon: Leistungsstarke Maschinen bleiben die Basis für Effizienz- und Produktivitätssteigerungen in der Smart Factory.
In verschiedenen Linien installiert, sollen Expertensysteme wie ASM ProcessExpert ihre Wissensdatenbank koppeln und so linien- und standortübergreifend voneinander lernen.

Gabriela Reckewerth hat eine konkrete Vorstellung, wie kluge Fertigungskonzepte der Zukunft aussehen werden: „Wir sehen in Industrie 4.0 die Lösung für die Herausforderung an die Fertigung der Zukunft. Aber wir können unsere Kunden nicht in die Zukunft beamen. Mit der Smart #1 SMT Factory haben wir ein eigenes Leitbild für die Elektronikfertigung entwickelt.“ Wichtig dabei sei die schrittweise Umsetzung, erläutert die Director Global Marketing von ASM Assembly Systems: „Wir wollen hier und heute Lösungen bieten, die Elektronikfertigern sofort Nutzen in ihren Prozessen bringen, ineinander greifen und eine schrittweise Realisierung der Smart SMT Factory erlauben.“ Um seine ambitionierten Ziele zu erreichen, treibt das Unternehmen seine umfangreichen Entwicklungsanstrengungen gezielt in vier Feldern voran: Leistungsstarke Fertigungslösungen, Automatisierung, Prozessintegration und Materiallogistik. Und so verwundert es nicht, dass auf der Productronica 2015 wieder Innovationen in allen diesen Bereichen präsentiert werden.

Immer leistungsstärkere Maschinen bleiben die Basis für Effizienz- und Produktivitätssteigerungen. Neuartige Bestückmodule der Serie Siplace TX und der Druckerplattform DEK Neo Horizon will ASM auch weiterhin neue Bestmarken setzen. So glänzt der extrem kompakt gebaute Bestückautomat Siplace TX mit einer Bestückleistung von 78.000 BE/h, erreicht eine Genauigkeit von 22µm @ 3 Sigma und belegt nur eine Fläche von 2,3 m². „Das sind Rekorde bei Bestückleistung, Flächenproduktivität – also Floorspace-Perfomance – und Bestückgenauigkeit“, hebt Reckewerth die Leistungsmerkmale hervor. Damit sei die Siplace TX mit dem weiter verbesserten Siplace-Bestückkopf Speedstar CP20P eine Klasse für sich, erklärt sie: „Erstmals lassen sich superkleine Bauteile der Größe 0201 (metrisch) dauerhaft in voller Geschwindigkeit, also großserienfähig, bestücken.“ Mit dem DEK Neo Horizon oder der Doppeltransport-Variante DEK Neo Horizon Back-to-Back werden auf der Messe zudem die passenden Druckerlösungen vorgestellt. So ist die DEK Neo Horizon-Plattform modular aufgebaut und bietet eine große Auswahl an Transportvarianten und Reinigungssystemen. Das Druckkopfsystem Proflow-ATX, Toolings und andere Optionen, runden die kunden- und anwendungsspezifischen Konfigurationsmöglichkeiten ab.

Siplace Bulk Feeder X: Kein Anspleißen mehr

In den Fertigungen bindet das Anspleißen der Gurte viel Zeit und Personal. Mit immer schnelleren Bestückautomaten verschärft sich das Problem. Während andere Hersteller mit Autoloadern für Bauteilrollen den manuellen Aufwand senken wollen, gelingt ASM jetzt die Sensation: der Abschied von der Bauteilzuführung über Gurte. Beim neuen Siplace Bulk Feeder X werden lose Bauteile über einen Vibrationsmechanismus völlig ungeordnet auf eine Pickup-Platte befördert. Ein Kamerasystem analysiert die Lage der Bauteile, identifiziert abholbereite Bauteile und steuert die schnelle und exakte Abholung. Die präzise Abstimmung zwischen Shutter, Vibration, Bildanalyse und Bestückkopfsteuerung stellt in jedem Abholzyklus genügend Bauteile bereit. Die Feeder lassen sich genauso einfach wie klassische Siplace-X-Feeder rüsten, die Wechsel-Kassetten fassen bis zu 1,5 Mio. Bauteile (01005) und sind für die Bauteilgrößen 0402, 0201 und 01005 geeignet.

In einer speziellen Filling-Station werden Bauteile aus Maxi-Blistertaschen nachgefüllt und der Nachfüllprozess automatisch validiert. Der Verzicht auf Gurte und das enorme Fassungsvermögen bringen den Elektronikfertigern viele Prozessvorteile. So entfällt das zeitaufwendige Anspleißen bei Standardbauteilen und mit einer Füllung ist es möglich, in den meisten Volumenfertigungen komplette Schichten zu fahren. Weil Standardbauteile hier zwischen 25 und 40 Prozent des Baustückvolumens ausmachen, wird das Bedienpersonal an den Linien erheblich entlastet und Material- oder Spleißfehler-bedingte Linienstopps lassen sich dadurch minimieren. Große Gewinne gibt es auch in der Logistik: Mit dem Verzicht auf das viele Plastik der Gurte werden Lagerflächen effizienter genutzt, Transportaufwände sinken – insbesondere auch, weil die Entsorgung von Gurtresten wegfällt, beteuert Reckewerth: „Der Siplace Bulk Feeder wirkt auf den ersten Blick nur wie ein neuer Feeder – er lässt sich ja auch genauso einfach rüsten. Aber mit dem Abschied von Gurten und mit unserer innovativen Technologie für die präzise und schnelle Zuführung loser Bauteile revolutionieren wir die Prozesse an den Linien, minimieren die Zahl manueller Assists und verschaffen den Elektronikfertigern erhebliche Effizienzgewinne.“

Technologischer Durchbruch: ASM Process Expert

In der SMT-Fertigung ist der Lotpastenauftrag ein sehr komplexer Prozess. Umweltfaktoren, Material, Verunreinigungen, Layouts – es gibt viele Parameter im Lotpastendruck und somit viele Fehlermöglichkeiten. Klassische SPI-Systeme dienen der Kontrolle dieser Prozesse. Mit diesen Kontrolltechnologien lassen sich zwar Folgeschäden verhindern, der fehlerhafte Druck aber nicht. Hier setzt ASM mit seinem Expertensystem ASM Process Expert an. Es ist das erste System, das den Druckprozess nicht nur kontrolliert, sondern auch proaktiv und völlig selbstständig optimiert und steuert, versichert Reckewerth: „Vielleicht veranschaulicht ein Vergleich den Entwicklungssprung: Herkömmliche SPI arbeiten wie ein Sicherheitsgurt oder ein Airbag im Auto – sie können Unfälle nicht verhindern und schützen uns nur vor den schlimmsten Folgen. ASM Process Expert arbeitet dagegen wie ein autonom fahrendes Auto mit intelligenten Assistenzsystemen: Es verhindert proaktiv den Unfall.“

Die Hardwarekomponente trägt den Namen ASM Process Lens und ist ein neuentwickeltes, extrem präzises 5D-SPM. Jedes Lotdepot wird dabei sowohl mit 3D- wie auch mit 2D-Techniken exakt vermessen. Die in Highend-Systemen als Stand der Technik geltende Streifenprojektionstechnik (Moiré-Phasenverschiebung) ist hier von ASM nochmals deutlich verbessert worden. Kern der Innovation ist ein Chip mit 8 Mio. elektronisch schwenkbaren, 10 µm großen Mikrospiegeln (DMD, Digital Micromirror Device) mit dem sich die Streifenmuster anders als mit der bisher eingesetzten Piezo-Technik nun schneller, präziser und fehlerfrei erzeugen und variieren lassen.

Auge und Hirn: Optimierung in drei Phasen

Während ASM Process Lens das Auge des Systems ist, arbeitet die Softwarekomponente ASM Process Engine als Gehirn des Systems. Die Software speichert die absoluten Messdaten des „Auges“ in Wissensdatenbanken und kann diese über moderne Big-Data-Technologien in Echtzeit auswerten. Mit jeder Messung nimmt das „Wissen“ zu. Und dieses Wissen wird nicht nur für die Kontrolle des Druckprozesses genutzt: Wie ein menschlicher Experte nutzt das System sein Wissen, um Parametereinstellungen zu optimieren und Prozesse zu stabilisieren. Der Unterschied: Das System vergisst nicht, bemerkt jedes Detail und ist rund um die Uhr im Einsatz.

ASM Process Expert optimiert in drei Phasen: beim DFM-Health-Check (Design for Manufacturability) mit virtuellen Drucken, bei Produktneueinführungen (NPI) und schließlich in der laufenden Serienfertigung. Beim DFM-Health-Check analysiert das Expertensystem bereits die Gerberdaten von Schablonen auf ihre Eignung für die Elektronikfertigung. Das System ermittelt umfassende Parametervorschläge für einen stabilen Druck, (darunter Schablonentyp, Beschichtungen, Pastentyp, Rakeldruck/-geschwindigkeit, Reinigungszyklen, Toolings) und weist zusätzlich gezielt auf Bereiche hin, die sich voraussichtlich nicht zuverlässig drucken lassen. Werden im Layout Bereiche erkannt, die sich nicht kontrolliert und mit ausreichender Qualität bedrucken lassen, so werden diese farblich herausgehoben und erläutert, warum diese Bereiche nicht kontrolliert bedruckt werden können. Das gibt Elektronikfertigern und OEMs beziehungsweise deren Layoutern noch vor Fertigungsstart wichtige Hilfen und vermeidet unnötige Anlaufkosten. Ist das Layout fest vorgegeben, lassen sich die vorgeschlagenen Druckprozessparameter flexibel einstellen, Auswirkungen zeigt das Tool sofort an. Lange bevor die erste Leiterplatte in die Linie läuft sind so die Druckparameter für einen stabilen Druckprozess bekannt.

Selbst erfahrene Bediener benötigen etliche Drucke und viel Zeit, um bei NPIs die Druckparameter festzulegen. ASM Process Expert verkürzt diesen Prozess entscheidend. Dafür führt das System mehrere Testdrucke als so genannte „Fractional Experiments“ durch. Auf dieser Basis sind binnen weniger Minuten die Parameter für einen stabilen Seriendruck ermittelt. In der laufenden Serienfertigung übernimmt das Expertensystem die Prozesskontrolle, überwacht Druckparameter am DEK-Schablonendrucker und die zuverlässigen Messergebnisse von ASM-Process Lens. Anders als herkömmliche SPI-Systeme arbeitet ASM Process Expert dabei aber nicht mit starren Grenzen und Schwellwerten, sondern nutzt seine Wissensdatenbanken und die Messdaten über die Prozessqualität proaktiv für fortlaufende Optimierungen. So werden beispielsweise Reinigungszyklen nicht starr befolgt, sondern Reinigungsprozesse abhängig vom Druckergebnis initiiert.

Eine zentrale Komponente der Smart SMT Factory

In der hochflexiblen Smart SMT Factory der Zukunft werden laufend neue Produkte eingeführt und Aufträge in schneller Abfolge gerüstet. „Unser Leitbild Smart #1 SMT Factory sieht eine schrittweise Entwicklung vor. Schon evolutionäre Verbesserungen in der Elektronikfertigung sind harte Arbeit und erfordern große Anstrengungen und Investitionen. Bei ASM Process Expert ist unseren Experten aber tatsächlich gleich ein riesiger Sprung gelungen. Eine völlig neue Produktkategorie mit Möglichkeiten, die es bisher nicht gab und die bei unseren Kunden sofort Nutzen stiften“, betont Gabriela Reckewerth.

Das Potenzial dieser Technologie ist in der Tat enorm. Die Bedeutung eines Expertensystems wie ASM Process Expert für die Realisierung Smart SMT Factory kaum zu überschätzen. Die Hard- und Softwareingenieure von ASM wollen in kommenden Versionen die Vernetzung und Prozessintegration vorantreiben. Dann können an verschiedenen Linien installierte Expertensysteme ihre Wissensdatenbank koppeln und so linien- und standortübergreifend „voneinander lernen“. Auch andere Prozesse wie die Bestückung sollen künftig von ASM Process Expert gesteuert werden können. Die Selbststeuerung und Selbstoptimierung der Fertigung durch Vernetzung und intelligente Systeme gelten als Schlüssel zur Smart SMT Factory und zur Umsetzung der vieldiskutierten Industrie-4.0-Konzepten. Mit ASM Process Expert wurde ein entscheidender Innovationsschritt in diese Richtung geleistet.

Effiziente Prozessintegration

Mit ASM ProcessExpert steht Elektronikfertigern jetzt das erste System zur Verfügung, mit dem sich Druckprozesse zuverlässig und schnell optimieren, analysieren, stabilisieren und kontrollieren lassen. Seine Ergebnisse stellt ASM ProcessExpert wahlweise als Empfehlung für die Bediener dar oder es kontrolliert via Schnittstellen die Dek-Drucker direkt und autonom.

Productronica innovation award

Productronica 2015: Halle A3, Stand 377