(Bild: Marisa Robles)
Vielen ist das Smartphone zu einer Art zweitem Gehirn geworden. Was einem spontan nicht einfällt, wird schnell gegoogelt.
Michael Brianda, Geschäftsführer von Christian Koenen: „Innovation bleibt unser Steckenpferd.“ Marisa Robles
Dr. Thomas Ahrens, Geschäftsführer und Gesellschafter von Trainalytics. Marisa Robles
Christoph Hippin, Developer TPP F&E Plattform Prozessentwicklung von Endress+Hauser. Marisa Robles
Karsten Dierker von Tonfunk. Marisa Robles
Lukas Wüsteney, Trajectory Planning db018 des TUfast Racing Team. Marisa Robles
Frank Breer, Vertriebsleiter von Christian Koenen, moderierte die Veranstaltung. Marisa Robles
Apps – allein der App-Store von Apple hält mehr als 1,52 Mio. Programme zum Herunterladen bereit – sind genauso wie Multimediafunktionen nicht mehr aus dem Alltag wegzudenken. Überhaupt vereint das kompakte Mobilo so ziemlich alles, was man zum Leben, Reisen, zur zwischenmenschlichen nonverbalen Kommunikation und zur Fitness benötigt – nur die eigentliche Funktion – das Telefonieren – gerät dabei immer mehr ins Hintertreffen. Spätestens seitdem Apple im Jahr 2007 mit iPhone sein erstes Smartphone mit selbst entwickeltem Betriebssystem sowie Touch- und Wischfunktion herausbrachte, begann nicht nur der Apple-Hype: Auch die Elektronikfertigung machte sich schnell die Vorzüge von Tablets und Smartwatches zu eigen. Laut Wikipedia erklärte Steve Jobs, dass während der Entwicklung des ersten iPhone über 300 Patente und Geschmacksmuster angemeldet wurden, unter anderem die Multi-Touch-Funktion und die Entsperrtechnik „slide to unlock“ (Zum Entsperren streichen).
Die rasante Smartphone-Entwicklung hat ihre Spuren hinterlassen. Aus dem einst klobigen, schweren Handy sind kleine, mobile Computer geworden. Heutige Smartphones sind nur wenige Millimeter flach, bieten extrem hohe Rechnerleistung, sind bestückt mit zahlreichen Sensoren, besitzen riesige Touchscreens und präzise Kameramodule. Hinzu kommen schnelles Internet und ein großer interner Speicher für Multimedia-Inhalte. Intelligente Software, Sprachfunktionen und Apps für jede Lebenslage zeigen anschaulich, dass Smartphones sich auch weiterhin weiterentwickeln werden.
Basis dieser Entwicklungen ist die elektronische Baugruppe und mit ihr die Aufbau- und Verbindungstechnik. Können wir auch weiterhin Schritt mit den rasanten Entwicklungen halten? „Yes, we can!“ Das hat Michael Brianda, Geschäftsführer von Christian Koenen, in seiner Eröffnungsrede so wortwörtlich nicht gesagt. Aber er ließ keinen Zweifel daran, dass die „Märkte im Wandel sind“ und dass Elektronikfertiger den Herausforderungen durchaus selbstbewusst begegnen können. Mit Anerkennung spricht er von Apples rasanten Entwicklungen: „Das ist eine Firma, die sich so rasend schnell entwickelt und dabei mehrere Rekorde gebrochen hat. Aber das Beeindruckteste ist, dass Apple mehr Märkte und Menschen beeinflusst hat, als es je eine andere Firma weltweit geschafft hat.“ Für ihn steht fest: „Gerade im Zeichen des Wandels und der vielen Veränderungen, die wir auch in der Fertigung erleben, ist Apple einer, der die Fertigung sehr stark beeinflusst hat.“
Qualität und Präzision sind unabdingbar
Doch ohne Evolutionen, Revolutionen und Innovationen in der elektronischen Baugruppenfertigung hätte auch ein Steve Jobbs keine fulminanten Erfolge feiern können. Das betont Brianda ebenfalls: „Die Familie Koenen ist schon vor 50 Jahren gestartet, um die SMT-Welt zu beeinflussen. Natürlich nicht in dem Stil wie Apple das gemacht hat, aber immerhin war Koenen schon ganz vorne mit dabei.“ Sehr früh gelang es dem kleinen Mittelständler Präzisionswerkzeuge für den Sieb- und Schablonendruck zu entwickeln und zu fertigen, führt er aus: „Man hat sehr früh erkannt, dass sich hier etwas auftut und sich weiterentwickeln wird. Große Firmen wie Siemens waren da die Wegbereiter.“
Die steigende Vielfalt an oberflächenmontierbaren Bauelementen und Komponenten befeuerte die Weiterentwicklung der Druckschablone und immer mehr auch den Einsatz von Lasertechnik. „Christian Koenen war einer der ersten, der sehr früh in Lasertechnik investiert hat. Sicherlich erinnern wir uns alle noch daran, dass sich die Lasertechnologie erst in den letzten Jahren so richtig entwickelt hat“, wendet er sich an die 75 Teilnehmer. Heute ist Christian Koenen in der Lage, mit den Lasern nahezu alles zu schneiden und zu bearbeiten.
Klare Anforderungen an Lieferanten: Investieren!
Liveschaltung ins Application-Center mit Sebastian Bechmann, Leiter Applikation von Christian Koenen. Marisa Robles
Die weiterhin angespannte Liefersituation für Bauteile und Komponenten verlangt den Elektronikfertigern einiges ab, erläutert er anerkennend. Nicht nur, dass es Bauteile gibt, die bereits seit über 20 Jahren und mehr auf dem im Markt sind und auch weiterhin produziert werden. Parallel dazu hat sich ein Bauteile-Universum im Miniaturbereich entwickelt, die es ebenfalls zu verarbeiten gilt. „Die Frage ist, haben wir langfristig mehr Bauteile zu bestücken oder eher weniger? Auch hier gibt es noch keine klare Antwort. Ich denke, das hängt auch sehr stark von der Industrie ab, in der wir uns gerade bewegen.“ Das Unternehmen Christian Koenen sieht sich da in der Pflicht: „Was können wir dazu beitragen? Wir sind Präzisionswerkzeughersteller und als solcher der, der Sie darin unterstützen möchte, Ihren Druckprozess immer weiter zu optimieren“, bekräftigt Michael Brianda an die Teilnehmer gerichtet. Er ist davon überzeugt, dass Elektronikfertiger von Lieferanten ein hörendes Ohr und eine kontinuierliche Investitionsbereitschaft in Technologie und Maschinenpark erwarten und voraussetzen.
Beispiel für die verwendeten Testboards im Application Center. Marisa Robles
Dazu gesellt sich der persönliche Kontakt durch motivierte und kompetente Mitarbeiter. „Wir müssen genau hinhören, wenn es darum geht, ein Präzisionswerkzeug herzustellen, denn der kleinste Fehler würde dazu führen, dass Elektronikfertiger nicht ordentlich drucken können.“ Unter Umständen könnten dadurch mehrere Fertigungsstraßen stehen – der Verlust durch Produktionsausfälle wäre immens. Daher ist man sich bei Christian Koenen sehr bewusst, kontinuierlich in Mitarbeiter und auch in den Maschinenpark investieren zu müssen. „Es braucht die Bereitschaft für individuelle Kundenwünsche, es braucht innovative, zuverlässige Fertigungsverfahren. Für uns heißt es, immer wieder zu investieren, damit eine fein abgestimmte Lieferkette in der Lage ist, auch in kürzester Zeit ein Präzisionswerkzeug liefern zu können.“
Damit umreißt Brianda die festgesetzten Ziele von Christian Koenen, künftig verstärkt in Kompetenz, Qualität und Zuverlässigkeit investieren zu wollen. Derzeit ist die Fertigung am Hauptstandort Ottobrunn-Riemerling im Umbau, da Fräs-, Bohr- und präzise Lasermaschinen angeschafft wurden. Einige von denen sind bereits installiert, sowohl in Ottobrunn als auch in der ungarischen Niederlassung in Györ. Derzeit fertigt das Unternehmen mit etwa 140 Mitarbeitern nahezu 75.000 Siebe und Schablonen pro Jahr. „Innovation bleibt unser Steckenpferd. Wir suchen nach neuen Möglichkeiten, um noch präziser aber auch noch schneller zu fertigen.“ Es gelte den Spagat zu schaffen zwischen einer akkuraten, fein abgestimmten Lieferkette und der Möglichkeit, in kürzester Zeit, zuverlässig zu liefern. Daher habe man sich ein Programm auferlegt, das „Service Excellence“ genannt wird und aus den drei Pfeilern Ziel- und Mitarbeiter-Entwicklungsprogramm sowie QRM besteht. QRM bedeutet Quick Runtime Manufacturing, also im Wesentlichen die Möglichkeit zu schaffen, in kürzesten Zeit Präzisionswerkzeuge zu liefern.
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).
Marisa Robles
