Nach wie vor birgt das Fertigen der Losgröße 1 oder auch die integrierte Herstellung kleiner Stückzahlen in einem Umfeld für Serienproduktion einige Herausforderungen.

Flexibler Lotpastenauftrag mittels Jet-Dispensen: Sind schnelle Designanpassungen nötig, ermöglicht das Jet-Dispensen quasi eine Freestyle-Bearbeitung von Lotpastendepots.

Flexibler Lotpastenauftrag mittels Jet-Dispensen: Sind schnelle Designanpassungen nötig, ermöglicht das Jet-Dispensen quasi eine Freestyle-Bearbeitung von Lotpastendepots. Asscon

Gerade bei der Kleinserien- und Prototypenherstellung sind hochflexible Produktionsprozesse notwendig, um eventuelle Änderungen im Layout schnell und präzise umzusetzen. Dabei spielt besonders die Profilumstellung in einer vollautomatischen Produktionslandschaft eine entscheidende Rolle: Denn wenn es um die Einrichtung von neuen Fertigungsmöglichkeiten für den Prototypenbau oder die Produktion von Kleinserien geht, steht der Bestückungsautomat mit seinen Funktionen und Mehrwerten im Zentrum der unternehmerischen Entscheidung.

Eine hohe Flexibilität sowie ein leichter Wechsel von unterschiedlichen Bestückungsprofilen ist dabei entscheidend. Gerne wird dafür eine hohe Bestückungsgeschwindigkeit geopfert. „Oftmals werden allerdings die Prozesse um den Bestückungsautomaten bei diesen Überlegungen vernachlässigt“, weiß Axel Wolff zu berichten. Der Vertriebsleiter von Asscon merkt weiter an: „Die Eigenschaften, die für einen Bestückungsautomaten angelegt werden, müssen auch für den Lotpastenauftrag sowie das finale Löten der Baugruppe gelten.“

Maschinenkonzepte für schnelle Designänderungen

Meik Hauke, Geschäftsführer von Mycronic, präzisiert: „Im Grunde genommen lassen sich die Maschinenkonzepte auf eine Kernanforderung herunterbrechen: eine leichte Profilumstellung des Bearbeitungsprozesses, basierend auf einer hohen Layout- und Designunabhängigkeit bezüglich des Leiterplattendesigns.“ Um diese Anforderungen zu erfüllen, müssen die Maschinenkonzepte so ausgelegt sein, dass sich Designänderungen schnell und unkompliziert durch den Anwender umsetzen lassen. „Wird im Rahmen der Prototypenentwicklung eine Anpassung des Lotpads vorgenommen, so ist es durch den flexiblen Jet-Dosierprozess möglich, diese Änderung sofort umzusetzen“, erläutert Hauke. Dadurch seien keine Druckschablonen mehr erforderlich, da sich die Dosiervorgaben softwareseitig anpassen ließen. „Alle Pad-Designs und Depothöhen sind möglich. Das Jet-Dispensen ermöglicht quasi eine Freestyle-Bearbeitung von Lotpastendepots, da unterschiedliche Dot-Größen und Depotdesigns möglich sind“, erklärt Hauke den flexiblen Lotpastenauftrag mittels Jet-Dispensens.

Gleiches gilt für das Löten dieser Baugruppen. „Beim Dampfphasenlöten spielt es keine Rolle, wie die Lotdepots designt sind“, unterstreicht Axel Wolff von Asscon. Sollten nach dem Löten, beim Prüfen oder den Funktionstests der Baugruppe Designanpassungen erkannt werden, können diese ohne Änderungen im Lötprozess umgesetzt werden, weshalb Wolff ausführt: „Das heißt, dass die Änderungen im Dispensprozess umgesetzt werden und die Baugruppe nach dem Bestückungsprozess ohne Änderungen durch den Lötprozess läuft.“ Diese nicht vorhandenen Prozesseinschränkungen beim Lotpastenauftrag und dem Löten ermöglichen eine erhebliche Flexibilität und Reduzierung des Aufwandes beim Produzieren ab der Losgröße 1.

In Kombination mit einem hochflexiblen Bestückungsautomaten eignen sich diese flexiblen Produktionsprozesse für die Prototypen- und Kleinserienfertigung. „Elektronikfertiger, die in diesem Bereich produzieren, stehen unter dem gleichen Zeit- und Qualitätsdruck wie die Großserienfertiger: Sie müssen in möglichst kurzer Zeit viele unterschiedliche Stückzahlen in hoher Qualität zu geringen Kosten herstellen“, erklärt Hauke von Mycronic. Dem pflichtet Axel Wolff von Asscon bei, wenn er verdeutlicht, dass dabei neben der hohen Maschinenflexibilität auch die Kostenoptimierung des Gesamtprozesses beachtet werden muss. „Da durch diese Maschinenauslegung keine Rüstzeiten entstehen, sind kostenoptimierte Fertigungen ab der Losgröße 1 möglich. Zeit ist Geld und entfallende Rüstzeiten ermöglichen ein schnelleres Produzieren. Der Stundensatz für den Betrieb einer gesamten Fertigungslinie sinkt dadurch gravierend. Fehler, die immer ein Kostenfaktor sind, werden ebenfalls vermieden, da es keine Linienumstellung in Folge eines Produktwechsels gibt.“

Punkt für Punkt präzise

Durch die Software ist der Jetprinter MY700 von Mycronic auch für Prototypenserien oder die Fertigung der Losgröße 1 geeignet. Die Punktmenge, die Größe und die Form lassen sich einfach einstellen und für jede einzelne Komponente und jedes Pad optimieren. Das Gesamtsystem kommt ohne oder nur mit wenigen Eingriffen seitens des Bedieners aus. Dabei spielt die Maschinensoftware eine entscheidende Rolle. Durch den Import von CAD- oder Gerber-Daten können neue Aufträge offline in wenigen Minuten vorbereitet und für besonders komplexe Bauteile im Anschluss optimiert werden. Einfachere Aufträge werden direkt an der Maschine für Änderungen geplant.

Der Jetprinter lässt sich zudem ohne großen Aufwand in eine vollautomatische Produktionsanlage integrieren, so dass Produktumstellungen bis hin zu Losgröße 1 ohne menschlichen Eingriff möglich sind. Auch bei Änderungen der Baugruppe unterstützt die Software den Bediener, da Anpassungen schnell umgesetzt werden können. „Die Software ermöglicht einen schnellen Profilwechsel, da nur die abgespeicherten Jetprogramme abgerufen werden müssen. So ist ein Profilwechsel von einem Leiterplattenlayout zum anderen in unter 35 Sekunden möglich“, argumentiert Hauke und verspricht: „Lange Umrüstzeiten wie bei herkömmlichen Schablonendruckern werden eliminiert ebenso wie die Nachbestellung von Druckschablonen.“

Nahezu grenzenlos viele Lötprofile lassen sich mit einer Dampfphasen-Lötanlage wie der VP800 von Asscon einsetzen. Dadurch erhält der Anwender eine große Flexibilität.

Nahezu grenzenlos viele Lötprofile lassen sich mit einer Dampfphasen-Lötanlage wie der VP800 von Asscon einsetzen. Dadurch erhält der Anwender eine große Flexibilität. Asscon

Optimierte Lötprozesse

Ähnlich verhält es sich mit der Dampfphase VP800 von Asscon. „Die VP800 wurde für das Löten von Prototypen- und Kleinserien entwickelt und ist sehr leicht zu bedienen. Des Weiteren ist der Prozess des Dampfphasenlötens einfach zu kontrollieren“, merkt Wolff an. Beim Dampfphasenlöten wird die Prozessflüssigkeit Galden bis zum Siedepunkt erhitzt. In dem aufsteigenden Dampf wird die zu lötende Baugruppe eingebracht. Um die einzelnen Bauteile kondensiert der Dampf und bildet einen geschlossenen Flüssigkeitsfilm. Dabei wird die Energie des Flüssigkeitsfilms auf die Bauteile übertragen und der Lötprozess in Gang gesetzt. Diese Übertragung wird über das Lötprofil geregelt, in dem die Dampfmenge, die Menge der zu kondensierenden Flüssigkeit sowie die zu übertragende Wärmemenge gesteuert wird.

„Nahezu grenzenlos viele Lötprofile lassen sich einsetzen, wodurch der Anwender eine große Flexibilität erhält“, erläutert Axel Wolff. Diese wird umso größer, da der Aufheizvorgang der Baugruppe völlig unabhängig von Form oder Layout der Leiterplatte ist. „Besonders für die Losgröße 1 oder bei häufig wechselnden Layouts ist dies wichtig, da der Einstellaufwand für Profile wie bei der Reflow-Lötanlage entfällt. Somit sind nur wenige Lötprogramme notwendig und layoutspezifische Werkstückträger entfallen in Gänze. Profilumstellungen lassen sich ebenfalls in weniger als fünf Minuten umsetzen“, führt Wolff weiter aus. Auch hier spielt die Software eine entscheidende Rolle. Lötprofile können mit nur fünf Eingaben anhand von vorgegebenen Sollwerten definiert werden. Das Lötprofil und die dazugehörigen Maschinenparameter werden automatisch erstellt und gesteuert.

Dispensen statt drucken

Beide Unternehmen stellten ihre Systeme auf dem 7. Elektronik-Technologie-Forum Nord (ETFN) in Hamburg aus. Dadurch konnten die Fachbesucher die MY700 und die VP800 zusammen begutachten. Auch war es möglich, Evaluationen durchzuführen. Wer den Weg nach Hamburg nicht geschafft hat, kann sich in den Demoräumen von Mycronic in Unterhaching bei München ein Bild machen und ebenfalls Evaluationen an beiden Maschinen durchführen. Des Weiteren wurde eine Website (www.losgroesse-1.de) eingerichtet, die zu beiden Prozessen weiterführende Informationen bereithält.

SMTconnect 2019:
Asscon Systemtechnik-Elektronik: Halle 4, Stand 141
Mycronic: Halle 4, Stand 349