Nachhaltigkeit im Fokus

Fakt ist: Die weltweiten Vorräte an fossilen Brennstoffen werden immer stärker zurückgehen, dies führt unweigerlich zu einer Verknappung der Ressourcen und somit zu höheren Kosten. Eine energieeffiziente Fertigung ist daher mehr denn je zu einem bedeutenden Wettbewerbsfaktor geworden. „Energieeffizienz und Nachhaltigkeit – das sind Themen, die auch unseren Kunden sehr wichtig sind, weshalb wir sie zum Hauptthema unseres diesjährigen Technologietages gemacht haben“, eröffnet Johannes Rehm die Veranstaltung. Das Programm, das diese rege Teilnahme verursachte umfasste zehn Vorträge, vier Workshops und eine Ausstellung an der sich Partnerfirmen beteiligten. Abgerundet wurde die Tagung durch eine Abendveranstaltung. Der Firmeninhaber und Geschäftsführer von Rehm freute sich nicht nur über den regen Zuspruch – immerhin folgten mehr als 240 Teilnehmer der Einladung nach Blaubeuren: Die Veranstaltung fand erstmals in den neuen Räumlichkeiten des Unternehmens statt.

Mit der millionenschweren Investition will Rehm auch weiterhin auf den Standort Deutschland als Hauptfirmensitz und zentralen Dreh- und Angelpunkt der internationalen Aktivitäten setzen. „Gute Präsentationsmöglichkeiten unserer neuen Maschinen und mehr Platz und Komfort für unsere Mitarbeiter“ seien die Hauptmotivation gewesen, um knapp 5 Millionen Euro für einen Neubau mit mehr als 3000 m² Nutzfläche zu investieren. Der Neubau mit fünf Stockwerken, der Teile des bestehenden Firmengebäudes ersetzt und zusätzlichen Raum schafft, beherbergt im Erdgeschoss ein High-Tech Applikations- und Democenter mit 460 m², das mit modernstem Equipment ausgestattet ist. Dazu gehören unter anderem Stickstoff-Logger, Röntgeninspektion, Wärmebildkamera, Farbschichtdickenmessgerät und Leitfähigkeitsmessgerät. Im Democenter besteht die Möglichkeit, einzelne Baugruppen zu testen, Profile zu optimieren und mit Hilfe der Rehm Applikationsspezialisten die optimalen Parameter für die Baugruppen der Kunden zu definieren.

Des Weiteren stehen im dritten Obergeschoss nun auch Schulungsräume in unterschiedlichen Größen mit einer Fläche von insgesamt 370 m² für gezielte Prozess- und Anlagenschulungen zur Verfügung. „Es war uns wichtig, dass wir für die Kunden repräsentative Räume gewinnen“, betont Johannes Rehm, der aber auch für seine Mitarbeiter Sorge trägt: „Die Sozial- und Aufenthaltsräume für die 165 Mitarbeiter stellen einen weiteren wichtigen Teil des Neubaus dar.“ Auf der ersten Etage wurde eine großzügige Kantine mit Cafeteria und Dachterrasse eingerichtet. Im Untergeschoss sind moderne Sozialräume mit Duschen für die Mitarbeiter aus der Fertigung entstanden. Alle Beschäftigten, die in der Verwaltung, Konstruktion und Entwicklung tätig sind, haben modern ausgestattete Büroräume im zweiten Obergeschoss des Neubaus erhalten. „Durch den Einsatz einer Wärmerückgewinnungsanlage fällt der Energieverbrauch um bis zu 30 Prozent geringer aus. Mit der Errichtung der Solaranlage auf unseren Dächern senken wir nachhaltig unsere Energiekosten“, bekräftigt Rehm. Mit dem symbolischen Akts des Banddurchschneidens weihte Firmenchef Johann Rehm den Neubau ein.

Umweltbewusste Produktion – geht das?

In einer SMT Fertigungslinie müssen ca. 70 Prozent der eingesetzten Energie für das Löten aufgewendet werden – und je höher dabei der Energiebedarf ist, desto größer ist auch das Einsparpotenzial. Daher kann das Reflow-Lötsystem als einer der energieintensivsten Komponenten einer SMT-Fertigungslinie einen großen Beitrag zu Kosteneinsparungen über den Anlagenlebenszyklus hinweg leisten. „Rehm war schon immer ein Unternehmen, das den technologischen Fortschritt geprägt hat“, nimmt Dr. Hans Bell, Entwicklungsleiter von Rehm Anlauf: „Angefangen von der Entwicklung des ersten serienreifen Reflowlötsystems mit Stickstoffatmosphäre über innovative Abscheidesysteme wie die Pyrolyse bis hin zu externen Kühlsystemen wie sie bei Tectron in Worbis und Sumida in Lehesten im Einsatz sind, konnten wir unter Beweis stellen, dass sich eine lohnende umweltbewusste Produktion durchaus realisieren lässt.“

Die Rentabilität der Energieeffizienz rückt künftig stärker in den Fokus. Daher gilt es, nicht nur die Einzelsysteme zu betrachten. Vielmehr gelte es, „systemübergreifende Lösungen zu finden, die in ihrer Gesamtheit die maximale Energieeffizienz erreichen“, erläutert Bell. Ein Beispiel hierfür ist das bei Tectron installierte zentrale Kühlsystem als gesamtheitliches Konzept. Dabei wurden sieben SMT-Fertigungslinien integriert, wodurch eine Stromeinsparung von bis zu 30 Prozent erreicht wird. Bis zu 66 Prozent der Energie (Rücklauf) wird zur Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung genutzt. Ganz nebenbei sank auch der Lärmpegel, da sieben Kühlaggregate eingespart wurden.

Mit dem Reflow-Lötsystem VisionXP+ hat Rehm im Hinblick auf Energieeffizienz zahlreiche Parameter wie Isolierung, Stickstoffeinsparung, Energieeinsatz, Abwärme und Kühlung so optimiert, dass sich eine Reduzierung des Energieverbrauchs um bis zu 20 Prozent im Vergleich zu einer vergleichbaren VisionXP erzielen lässt. Um beispielsweise eine 195 g schwere FR4-Baugruppe mit den Abmaßen 230 mm x 280 mm 1,6 mm auf Löttemperatur zu erwärmen, benötigt eine Lötanlage etwa 12 Wh. Um die Baugruppe (BG) auf ca. 60 °C abzukühlen, muss sie 10 Wh abgeben. Bei 240 BG/h (1000 mm/h) sind dies rund 5500 Wh benötigter Energie – das lässt Raum für Optimierungsmöglichkeiten, die mit der VisionXP+ ein Stück weit erreicht wurden. Weitere Einsparpotentiale stellte Bell vor: So ließ sich in enger Zusammenarbeit mit Air Liquide zu Nutzung der Phasenwechselenergie von flüssigem Stickstoff verwenden mit dem Ziel, Energie im Kühlprozess einzusparen. Die Idee besteht darin, -196 °C kalten Stickstoff aus einem Flüssiggas-Tank für den Reflow-Kühlprozess direkt zu nutzen und den so erwärmten Stickstoff für die Inertisierung während des Lötprozesses zu verwenden. Der Stickstoff wird somit mehrfach genutzt. Durch das neue Prinzip konnte im Kühlwasser eine Energieeinsparung von bis zu 50 Prozent erreicht werden. Das bedeutet einen halbierten Energieaufwand für die Bereitstellung des Kühlwassers. Für den Produktionsprozess heißt das, dass pro Anlage und Jahr um 3,4 t weniger CO2 emittiert wird. Weiterhin wurden sehr gute Kühlgradienten von kleiner -5 K/s erreicht. Das bedeutet eine verringerte Auslauftemperatur der Baugruppen bei gleicher Konstruktion der Kühlstrecke (um ΔT 30 K annähernd verringert).

Die Herausforderung, die Kapazität innerhalb einer definierten Grundfläche zu erhöhen, wurde mit der VisionXP durch einen Vierspur-Transport und einer Prozesskammer mit 48 Prozent Platzersparnis gemeistert. Die Anlage verfügt über automatisch verstellbare, asynchrone Transportspuren, die einen hohen Durchsatz bei 10s/BG beim Löten ermöglichen. Optimale Wärmeübertragung und präzise Profilierung sind für das energieeffiziente Löten unerlässlich. Um dies sicherzustellen, ist jede Heizzone mit einem separaten Lüfter ausgestattet. Ein homogener Wärmeeintrag wird so mit kurzen Heizzonen von 350 mm erreicht, um präzise einstellbare Temperaturprofile zu generieren. Die VisionXP hat ein Transportsystem mit einer „thermisch unsichtbaren“ Mittenunterstützung, wodurch keine Verschleppung der Wärme zwischen den Zonen erfolgt. In einem Projekt mit Siemens Amberg wurde ebenfalls an der Effizienzschraube gedreht. Hierbei wurde die Reflow-Lötanlage VisionXP 423 nitro Quad Lane konzipiert. Dabei handelt es sich um ein ebenfalls vierspuriges System mit 216 mm Spurbreite und mit Mittenunterstützung. Gegenüber einer VXP 734 dual-lane wurde eine Stellflächeneinsparung von 170 Prozent Stellfläche und die Anlagenlänge wurde um 35 Prozent verringert. In einem zweiten Vortrag, berichtete Bell frei nach dem Motto „Simply more Rehm“ über die kreative Vielfalt der thermischen Systeme und Dienstleistungen. So werden neben diversen Servicevereinbarungen wie Wartung, Wartungs- und Bedienerschulung, Inspektion oder Überprüfung der Ersatzteilbevorratung ebenfalls unter After Sales direkte Kundenbetreuung, Optimierung der Maschinenverfügbarkeit oder Nachrüstpakete angeboten.

Grüne Lösungen – grüne Perspektiven

Insgesamt zehn Vorträge bekamen die Fachbesucher zu hören. Die Moderation übernahm der Gesamtvertriebsleiter von Rehm, Michael Hanke. Der Keynote-Speaker war Prof. Dr. Dr. Radermacher von der Universität Ulm. Er ist Vorstand des Forschungsinstituts für anwendungsorientierte Wissensverarbeitung/n (FAW/n), zugleich Professor für Informatik der Universität Ulm, Präsident des Senats der Wirtschaft in Bonn, Vizepräsident des Ökosozialen Forum Europa in Wien sowie Mitglied des Club of Rome. Er diskutierte das Thema Nachhaltigkeit und Zukunft und stellte die Frage: „Ist grünes Wachstum möglich?“ Die Welt sieht sich spätestens seit der Weltkonferenz von Rio 1992 vor der Herausforderung, eine nachhaltige Entwicklung bewusst zu gestalten. Das bedeutet insbesondere eine große Designaufgabe bezüglich der Wirtschaft, nämlich die Gestaltung eines nachhaltigkeitskonformen Wachstums bei gleichzeitiger Herbeiführung eines (welt-)sozialen Ausgleichs und den Erhalt der ökologischen Systeme. Die Chancen zur Erreichung dieses Ziels vom Charakter einer Balance sind aber alles andere als gut. Immer stärker erweisen sich im Kontext der Globalisierung der stetig wachsende Zugriff auf Ressourcen und die Erzeugung immer größerer Umweltbelastungen als zentrale Problembereiche. Ohne Ressourcen kein Reichtum! Und Kollaps bei übermäßigem Zugriff.

Dr. Daniel Biro, Leiter der Gruppe Hochtemperaturprozesse und Drucktechnologie und industrielle Zellstrukturen am Fraunhofer Institut für Solarenergiesysteme ISE, stellte die jüngsten Entwicklungen im Bereich der Siliziumsolarzellentechnologie vor. Die Silizium-Photovoltaik hat nach Jahren des erfolgreichen Wachstums weltweit eine Produktionskapazität von ca. 60 GWp erreicht. Trotz schwieriger Zeiten für die Industrie ist Europa technologisch nach wie vor führend in der Photovoltaik. Dies zeigt ein neues Rekordergebnis des Fraunhofer ISE für eine Siliziumsolarzelle, die mit einem neuartigen Material- und Rückseitenkonzept einen Wirkungsgrad von 24 Prozent erzielt. Es handelt sich um eine beidseitig kontaktierte n-Typ Solarzelle mit ganzflächigem passiviertem Rückseitenkontakt. Biro erläuterte auch die nach wie vor bestehenden Herausforderungen der Metallisierung, denn: Die Senkung der Stromgestehungskosten für Photovoltaik kann über zwei Mechanismen erfolgen: effizientere Solarzellen und geringere Produktionskosten. Mit fortschrittlichen Verfahren zur Metallisierung von Solarzellen können beide Effekte gleichzeitig erreicht werden. So wurden in den so genannten MWT(Metal Wrap Through)-PERC(Passivated Emitter and Rear Cell)-Solarzellen zwei effizienzsteigernde Ansätze vereint.

Andreas Kiep, Head of Application Engineering Discrete – Electric Drive Train von Infineon Technologies ging auf die Verwendung von Leitungshalbleiter in der E-Mobilität ein. Beispielsweise dienen die Hybridpack2-Leistungsmodulen will Infineon die Leistungslücke zwischen Hybrid- und Elektrofahrzeugen schließen. Wie die Leistungselektronik von E-Fahrzeugen durch moderne Aufbau- und Verbindungstechnik funktioniert demonstrierte Prof. Dr. Eisele vom Institut für Mechatronik der Fachhochschule Kiel. Halbleiter-Leistungsmodule sind in Form eines thermischen Stapels aufgebaut. Die heutige Verbindungstechnik für Chip und Substrat ist das bleifreie, lunkerfreie Weichlöten in Vakuumprozessen. Die Auf-Chip-Kontaktierung in der Leistungselektronik erfolgt seit mehr 25 Jahren in Dickdraht Aluminium Wedge-Wedge-Bondtechnik. Jedoch erzwingt Halbleiterentwicklung Weiterentwicklung der Aufbau und Verbindungstechnik (AVT). Die Reduzierung der Chip-Verlustleistung ermöglicht es den Herstellern, die Chipfläche bei gleichem Strom zu reduzieren und damit mehr Chips pro Wafer zu produzieren. Die Folgen für die AVT: Die verdoppelte Verlustleistung pro Fläche macht eine doppelte Wärmeflussdichte erforderlich. Auch ist bei einer Vervierfachung der Nutzleistung eine Vervierfachung des Bonddrahtquerschnittes erforderlich. Der Professor für für Sensorentwicklung und Bauteil-Packaging stellte einige Ansätze vor. Peter Pioch, vom Weiterbildungszentrum Ulm, überzeugte mit konkreten Anwendungen zur Speicherung von Sonnenenergie mittels innovativer Akkutechnologien für Endverbraucher und brachte die Blockheizkrafttechnologie für den Eigenheimeinsatz näher.

Welche Trends sich in der MID-Technologie abzeichnen, legte Dr. Martin Kurth von A. Raymond Rayce, dar. MID hat die Marktreife erreicht und kommt vor allem in der Automobil- und Telekommunikations-Industrie zum Einsatz. Allerdings gelte es, die Prozesstechnik zu optimieren. Der Fokus liegt dabei auf der Weiterentwicklung von Substratmaterialien, angepassten Packages und den Standardprozess weiter zu etablieren. A Lean Supply Chain –Wie diese einfach schnell und nachhaltig einzuführen ist war das Thema von Toni Platzner von ASM Assembly Systems. Im Jahr 2009 hat ASM die Neuaufstellung der gesamten Supply-Chain vorgenommen. Das Resultat: Mit Lean Manufacturing gelang es, die Durchlaufzeit zwischen Produktion und Auslieferung um 80 Prozent zu reduzieren und Fertigungsfläche um 81 zu verringern. Damit sieht sich der Bestückautomatenhersteller in der Lage, die Volatilität der Märkte besser zu kompensieren. Einen Überblick über  Herausforderungen und Chancen einer energieeffizienten Fabrik gab Hendrik Hopf von der Technischen Universität in Chemnitz.

Abgerundet wurden die Vorträge durch vier Workshops und die Ausstellung der Partnerfirmen. Im ersten Workshop wurde energieeffizientes Löten auf der VXP+ erklärt. Workshop 2 stellte die Reel-to-Reel MID-Linie vor. In Workshop 3 wurde das Condenso-Prinzip sowie Löten mit der Condenso XS erläutert. Im letzten Workshop wurde die neue Conformal-Coating-Linie Protecto von Rehm präsentiert. An beiden Tagen konnten im neuen Democenter sowie in den Produktionshallen die Innovationen und Neuvorstellungen der Firma Rehm besichtigt werden. Neben der inlinefähigen CondensoXLine und der Condenso XS, welche die Neuerungen im Bereich des Vakuumlötens sind, wurde auch die Conformal-Coating-Linie Protecto erstmals ausgestellt. Außerdem konnten sich die Teilnehmer über eine Reihe an Reflow-Anlagen der Vision-Serie informieren. Neben den Standardanlagen VXC, VCS und VXP konnte ein Vierspur-Ofen sowie die VXP+ mit Alix Cool Flow begutachtet werden.

(mrc)