Herausforderungen in der Elektronikfertigung

Dr. Thomas Ahrens, Geschäftsführer und Gesellschafter von Trainalytics kann auf über 25 Jahre Erfahrung in der Praxis, angewandter Forschung und Seminaren zu den Themen Qualität, Zuverlässigkeit, Fertigung und Rework & Repair verweisen. In seinem Vortrag zum Thema „Design of Experiment als Werkzeug zur Pastendruckoptimierung“ erklärte er, dass Design of Experiment, kurz DoE, eine logische Konsequenz aus der sich weiter erhöhenden Komplexität der elektronischen Baugruppenfertigung ist. Immer kleiner werdende Bauteile und entsprechend kleineren Strukturen stellten neue Anforderungen an den Lotpastenauftrag, erläutert der Experte: „Das Ziel muss gute Lötverbindungen sein“. Für einen qualitativ hochwertigen und reproduzierbaren Prozess reichten die bisher üblichen intuitiven Methoden wie „Best Guess“ (Erfahrungsbasiertes Raten), „One Factor at Time“ (OFAT) also ein Parameter nach dem Anderen oder das berühmt-berüchtigte „Trial and Error“ (Versuch und Irrtum) einfach nicht mehr aus.

Als Norddeutscher scheute er den Vergleich mit der Schifffahrt nicht: „Um im Kanal auf Kurs zu bleiben, ist es nicht nur wichtig, das Ziel vor Augen zu haben. Man muss auch regelnd am Steuerrad drehen, damit man nicht mit dem Ufer kollidiert.“ Umgesetzt auf den Lotpastenauftrag bedeutet dies, Störfaktoren zu minimieren und durch Inspektion den Prozess zu optimieren. Das gelingt mit DoE, da die eine statistische Versuchsplanung eine strukturierte Parametervariation ermöglicht. Veranschaulicht hat Ahrens dies mit einigen Beispielen. Die Ergebnisse geben die Richtung der Parameteränderung vor, die zur Verbesserung der Ergebnisse führt, weshalb Ahrens betont: „Aufgrund der strukturierten Vorgehensweise erhält man eine Grundlage zur Berechnung der Streuung der Versuchsergebnisse. Auch Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Parametern werden erfasst.“ Eine wesentliche Rolle spielen hierbei auch die Mitarbeiter: „Für qualifizierten Prozess ist Erfahrung notwendig. Das können nur gut geschulte und motivierte Mitarbeiter bieten.“ Auch stellte er einen Versuchsaufbau vor, mit dem Schablonendrucker Horizon 01iX von DEK (jetzt ASM Assembly Systems) und dem Lotpasteninspektionssystem KY8030-3 von Koh Young.

In seinem Vortrag „Herausforderungen beim Schablonendruck für SOT- und SOD- Bauelemente“ fokussierte Christoph Hippin, Developer TPP F&E Plattform Prozessentwicklung von Endress+Hauser, die Schablonenbeschichtung mit Plasma 3.0 von Christian Koenen. Er zeigte anschaulich, worauf es bei der Druckschablone ankommt. Bei der hohen Komplexität der Baugruppe ist eine Stufenschablone, wie sie etwa Christian Koenen anbietet, unabdingbar. Doch bei der Nutzengestaltung für Stufenschablonen sollte die Rakelrichtung stets Berücksichtigung finden. Auch die Güte der Oberflächen auf den Schablonen und bei den Aperturen haben einen Einfluss auf das Lotpastendepot. Dabei stellte er einige Versuchsreihen mit den verschiedenen Oberlfächengüten der Druckschablone vor und erläuterte dabei die jeweiligen Vor- und Nachteile. Dabei kristallisierte sich heraus, dass gerade bei den kleinsten Bauteilen sich eine Area Ratio mit Tendenz in Richtung ≥ 0,7 abzeichnet. Der Beschichtungstechnik Plasma 3.0 attestierte er anhand der Versuchsreihen eine sehr hohe Prozesssicherheit, ein verbessertes Auslöseverhalten gegenüber konventionellen Oberflächen und damit auch ein größeres Prozessfenster. Wie der Lösungsansatz zur Verbesserung der Prozesssicherheit bei SOD- und SOT-Bauteilen aussehen kann, stellte er ebenfalls vor.

Erfahrungen aus mehr als sechs Jahrzehnten haben Tonfunk zu einem kompetenten Anbieter komplexer Produktionsdienstleistungen gemacht. Daher kann Karsten Dierker in seinem Vortrag „Vom Musterbau bis zur Serienfertigung – Wenn der Bauteilmix von 0402 bis zu THR Bauteilen reicht“ fundiert aus der Praxis berichten. Vier SMT-Linien sind das Herzstück der Elektronikfertigung, zudem setzt der EMS diverse Systeme ein wie den DEK Stinger, einem präzisen Dispenser mit Schneckenförderer, sowie die etwas betagte aber optimale Ergebnisse liefernde Klebe-Dosieranlage Siplace G2 mit drei Kleberauftragsköpfen als auch den Siplace Glue-Feeder von ASM Assembly Systems für das Applizieren von Klebepunkten an 0402- und 0603-Bauteilen. Dabei stellte er verschiedene Technologien des SMT-Kleberauftrages vor. Karsten Dierker stellte hierbei die Vor- und Nachteile der verschiedenen Verfahren vor. Jedoch galt sein Augenmerk der Stufenschablone. Anschaulich stellte er dar, wie man bei Tonfunk die Schablonenparameter festlegt und Anpassungen des Schablonendesigns vornimmt. Das zeigte er anhand von verschiedenen Beispielen.

Dynamisch wurde es beim Vortrag „Autonomes Fahren – neue Herausforderungen in Cyber-Physical-Systems“ von Lukas Wüsteney, Trajectory Planning db018 des TUfast Racing Team. Die Studententeam der TU Fast Racing der TU München sehen sich selbstbewusst als die Ingenieure der Zukunft. Tatsächlich sind die Fast-Racer-Teams ziemlich gefordert, müssen sie doch jedes Jahr einen neuen Rennboliden für die verschiedenen weltweit ausgetragenen Rennen bauen. Im Internationalen Konstruktions-& Ingenieurswettbewerb, an dem 700 Teams weltweit teilnehmen, konnten sich die TUfast-Studenten in den letzten Jahren gut positionieren: Sie waren durchgehend unter den Top 5 der schnellsten Rennteams. „Wir sind eine Gruppe junger Studenten, die allesamt eine Leidenschaft verbindet: Die Liebe zum Motorsport! Jahr für Jahr gehen wir dieser Leidenschaft nach, wenn wir neue Rennwagen konzipieren“, erläutert Lukas Wüsteney, der es nicht versäumt, Christian Koenen als Sponsor zu erwähnen. Wüsteney stellte die Herausforderungen vor, vor denen das Team jedes Jahr steht: Baute man anfangs noch Rennwagen mit Verbrennungsmotor, so sind es nun e-Rennboliden und seit 2016 sogar „Driverless Vehicles“, also autonome Rennboliden. Die ersten Erfolge stimmen zuversichtlich. Worauf es ankommt? „Überzeugung, Teamgeist und Engagement — All dies gepaart mit ingenieurstechnischer Raffinesse ermöglicht uns viele Erfolge bei nationalen wie auch internationalen Wettbewerben innerhalb der Formula Student“, resümiert er.

Application-Center als Highlight

Traditionell gab es eine Live-Schaltung zum Application-Center. Hausherr des im Jahr 2008 eröffneten hauseigenen Labors für Forschung und Entwicklung ist Sebastian Bechmann (Leiter Applikation), der von seinem Kollegen Daniel Rudolph (Applikation) unterstützt wird. Die technische Einrichtung ermöglicht es Kunden die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur Verbesserung ihres Druckprozesses auszulagern. Dass Kunden eine fundierte Prozessberatung von Experten erhalten, sollte die Liveschaltung untermauern: Es wurde der Druckprozess mit anschließender SPI vorgestellt, genauso wie das Reballing und Rework & Repair. Schließlich wurden die verschiedenen Reinigungsprozesse für Druckschablonen aufgezeigt.

Das praxisgerechte Inline-Konzept umfasst zwei Sieb- und Schablonendrucksysteme der Hersteller Ekra (X5 Professional) und Ersa (Versaprint S1 3D), ein Lotpasteninspektionssystem von Koh Young (KY 8030-2) und intelligente Board-Handlingsysteme von Asys. Durch die Anordnung der Anlagen als Linie wird ein praxisnaher Versuchsablauf sichergestellt, der es Kunden ermöglicht, die Untersuchungsergebnisse direkt in der Produktion anzuwenden. Zusätzliche Inselkonzepte für Siebdruck (Professional X5 STS von Ekra), Trocknung (Heraeus), Balling (WB300 von Wagenbrett) und Vermessung (VHX von Keyence, M205C von Leica und CT300 von Cyber Technologies sowie ein Hybrid-Rework-System HR 550 von Ersa) erhalten die Flexibilität des Application-Centers in Bezug auf Sonderprozesse oder spezielle Messaufgaben. Der Produktionsbereich des Application-Centers ist als Sauberbereich konzipiert und voll klimatisiert. Für die Reinigung der Siebe, Schablonen und Substrate existiert ein eigener Bereich und bietet zwei vollautomatische Reinigungsanlagen (CB300 von Kolb Cleaning Technology und MC5000 von GMS) und zwei manuelle Reinigungsplätze mit Ultraschallunterstützung (Gensonic).

 

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