WGIDT2018-Teilnehmer

(Bild: 4-tec Marketing)

| von Marisa Robles

Die Optimierung von Produktionsabläufen und die Sicherung der Produktqualität setzen genaue Verfahren voraus. Innovative Technik und Anwendungs-Know-how in der Aufbau- und Verbindungstechnologie helfen die Produktqualität zu sichern, Prozesse zu optimieren und gleichbleibende sowie kostengünstige Ergebnisse sicherzustellen. In 12 Fachvorträgen gab das Expertenseminar fundiert Auskunft darüber, was derzeit die Elektronikfertigung bewegt und welche Trends sich in der nächsten Zukunft abzeichnen. Etwa 106 Teilnehmer aus dem deutschsprachigen Raum folgten der Einladung nach Dresden.

WGIDT2018-Referenten

Die Referenten der zweitägigen Veranstaltung „Wir gehen in die Tiefe 2018“ (v.l.n.r.): Prof. Mathias Nowottnick (Uni Rostock), Christoph Hippin (Endress+Hauser),Thomas Marktschaffel (ASM Assembly Systems), Claus Heller (Nokia), Andreas Kraus (Kraus Hardware), Dr. Mathias Kamp (Fraunhofer ISE), Thomas Mückl (Zollner Elektronik), Günter Lorenz (Asys) und Paul Wild (Rehm Thermal Systems). 4-tec Marketing

 

Technologien mit großem Zukunftspotenzial

Temperaturprofile in Reflow-Lötanlagen – damit hat Rehm Thermal Systems langjährige Erfahrung. Bei thermischen Prozessen wie dem Löten, Trocknen oder Aushärten von elektronischen Baugruppen ist eine zuverlässige und reproduzierbare Temperaturprofilierung wichtig, um belastbare Aussagen über die eingebrachte thermische Energie zu erzielen. Doch mit den steigenden Bestrebungen hin zu Industrie 4.0 hat der Anlagenbauer das große Potenzial der Sensoren erkannt und damit begonnen, diese zu implementieren. Für Paul Wild, Deputy Head of R&D von Rehm Thermal Systems steht fest, dass die Welt nie zuvor so vernetzt war wie heute: „Ziel ist es, dass die zu fertigenden Produkte während der kompletten Prozessdauer mit den Fertigungsmaschinen kommunizieren können.“ Mit Smart Factory, Lean Production und Losgröße 1 kommen cyberphysikalische Systeme ins Spiel. „Ein cyberphysisches System braucht intelligente Sensoren. Sie messen nicht nur, sondern werten Daten aus und können auch gewisse Entscheidungen treffen“, betont er in seinem Vortrag „Smart Sensors in Reflow-Lötanlagen“ und prognostiziert: „Die Anzahl der Sensoren wird in den Konvektions-Lötanlagen weiter steigen.“

Heute kommen in einer Konvektions-Lötanlage gut 60 Sensoren zum Einsatz – mit steigender Tendenz, auch, weil die zu analysierende Datenmenge weiter steigen wird. Solche smarte Sensoren vereinen neben der eigentlichen Messgrößenerfassung auch die komplette Signalaufbereitung und Signalverarbeitung in einem Gehäuse. Das macht sie für die immer mehr in den Fokus rückende Predictive Maintenance (vorausschauende Wartung) attraktiv. Denn hierfür müssen nicht nur Daten erfasst, digitalisiert und übermittelt werden, sondern auch gespeichert, analysiert und bewertet werden können. Daraus lassen sich Eintrittswahrscheinlichkeiten für bestimmte Ereignisse errechnen.

 

RFID für die SMT 4.0

Zum Zukunftsszenario passt es auch, dass sich Rehm im Konsortium „RFID für SMT (RiS)“ engagiert. Drahtlose Temperaturmesssysteme haben den Weg der Datenerfassung bereits geebnet, jedoch „ist eine RFID-gebundene Datenkommunikation auch in der Peakzone ein hochgestecktes Ziel, mit sehr vielen Herausforderungen“, räumt er ein und zeigt sich dennoch zuversichtlich: „Aufgrund der hohen Prozesstemperaturen müssen wir bei der Realisierung dieser Ziele eine gewisse Pionierarbeit leisten.“ Er schätzt, dass das Projektteam von Rehm in etwa drei Jahren soweit sein wird, um RFID durchgängig im Reflowprozess einsetzen zu können.

WGIDT2018-Prof Mathias Nowottnick

Prof. Mathias Nowottnick der Uni Rostock moderierte die Veranstaltung und hielt auch den letzten Vortrag über das Forschungsprojekt ERFEB, das integrierte Heizelemente in der Leiterplatte vorsieht. 4-tec Marketing

Was genau sich hinter „RFID für SMT“ verbirgt, erläutert Alexander Schmoldt in seinem Vortrag: „Neue Verbindungen aufbauen mit RFID – vom Bestückprozess zum End-of-Life“. Der Manager Business Innovation & Incubation von Murata Europe ist seit zehn Jahren im Thema RFID in der Elektronikfertigung unterwegs und gehört zu den Initiatoren des Konsortium „RFID in der SMT (RiS)“, das namhafte Hersteller und Anbieter wie Harting, Beta Layout, Rehm Thermal Systems, Kaspar Vliesstoffe, Zollner Elektronik, Nokia, etc. vereint. „Identifikation ist der Schlüssel zur nötigen Transparenz der Produktions- und Logistikprozesse. Im RFID-Chip lassen sich nicht nur wichtige Daten hinterlegen, sondern auch kontinuierlich aktualisieren. Dadurch wird es möglich, die gesamte Produktlebenszeit abzubilden, die jederzeit abrufbar ist.“ Konkret bedeutet dies, dass RFID als Produktgedächtnis und Datenspeicher fungieren können, was gerade angesichts der zunehmenden Komplexität der Integration von verschiedenen Systemen immer wichtiger wird. „Prozessabläufe werden selbstständig beeinflusst oder überwachen sich selbst“, erläutert er. RFID ist eine drahtlose Identifikationstechnik, bei der über Funk mit dem Transponder (Objekt) kommuniziert wird. Die Kommunikation wird hierbei von einer RFID-Lese-Schreibeinheit (Reader) initiiert. Der Transponder ist direkt in das Objekt eingebettet. Das bietet die geforderte Echtzeit-Transparenz und Eindeutigkeit. Zudem liefert es kontextbezogene Informationen, die im Prozess der Anlage genutzt werden, aber auch zugleich den Menschen als einen zentralen Akteur in der Produktion unterstützen. RFID kommt damit eine zentrale Rolle zu. Sie gibt Produkten mittels Tags die erforderliche Identität, ermöglicht die bi-direktionale Kommunikation zwischen Objekt und IT-Welt.

WGIDT2018/Wir gehen in die Tiefe 2018: Ausstellung

In den Kaffeepausen hatten die Teilnehmer viel Gelegenheit, um sich über die Herausforderungen der Elektronikfertigung auszutauschen. 4-tec Marketing

Bewandert auf dem Gebiet von RFID als interaktives Traceability-Tool ist auch Claus Heller, Senior Quality & Technology Specialist von Nokia Solutions and Networks. Er arbeitet im Bereich Manufacturing und treibt dort die Technologieentwicklung voran. Der Begriff „Industrie 4.0“ gehe nach der Philosopie Nokias nicht weit genug, weshalb Nokia andere Wege in der fortschreitenden Digitalisierung beschreiten wolle, berichtet er: „Mit unserem conscious factory concept stellen wir uns den sich verändernden Herausforderungen.“ Um besser nachvollziehen zu können, inwieweit die angebotenen Technologien tatsächlich greifen, hat Nokia sämtliche Werke und Niederlassungen mit LTE- und 5G-Technik sowie IIOT-Equipment ausgestattet. Die so genannte Digital Workforce zeigt, welchem Wandel der Arbeitsplatz und demnach auch die Mitarbeiter unterworfen sind. Welchen Bezug hat der Anbieter für Netzwerkinfrastrukturtechnik zur Elektronikfertigung, wenn der überwiegende Anteil der Produkte durch EMS-Anbieter gefertigt wird? Nokia selbst unterhält laut Heller zwei Fertigungswerke.

 

Dennoch erkennt man am Kauf- und Konsumverhalten, dass „der Time-to-Market kürzer wird, die Produktlebenszyklen sinken und parallel dazu die Anzahl der Produktvarianten ansteigt“, erläutert er und fügt hinzu: „Der Trend geht immer mehr in Richtung Submodul-Fertigung, weil es immer mehr customized, also auf individuelle Kundenwünsche adaptierte Produkte geben wird. Das hat zur Folge, dass sich auch die Fertigungsprozesse verändern werden.“ Demnach bestellt der Kunde nicht nur sein individuelles Produkt (Stichwort: Exklusiv), sondern kann künftig auch den Fertigungsstatus und das Lieferdatum abrufen. Dieser hohe Grad an Transparenz wird möglich durch die bislang erzielten Traceability-Entwicklungen, den vermehrten Einsatz von Sensoren und auch von RFID. Das nötigt Fertigungsprozessen eine extrem hohe Flexibilität, aber auch Modularität und Mobilität ab, ist sich Heller sicher. Wie portabel die Fertigungs-Modularität sein kann, stellte Nokia gemeinsam mit Harting während der Hannover Messe 2018 mit „factory in a box“ vor – eine komplette SMT-Fertigungslinie in Übersee-Containern. Die SMT-Fertigungslinie, die modular und portabel in Übersee-Containern untergebracht ist, umfasst neben IoT- und Cloud-basierten Lösungen sowie Robotik auch ein RFID-Konzept. Zum Einsatz kamen dabei Systeme und Anlagen unter anderem von Rehm, Viscom, Fuji Europe und Mycronic; die mit einem RFID-Transponder integrierten Platinen stellte Beta Layout zur Verfügung.

WGIDT2018-Ausstellung

Netzwerken und Wissensaustausch – das nutzten die gut 106 Teilnehmer redlich. 4-tec Marketing

Smart Factory heute

Wie sich Smart Factory heute realisieren lässt, zeigte Thomas Marktscheffel, Director Product Management SW-Integration Platform von ASM Assembly Systems. Der Ausrüster und Partner für die Elektronikfertigung hat vor einigen Jahren das Konzept der „Smart #1 SMT Factory“ aufgesetzt, das auf innovative Lösungen in allen Fertigungsbereichen setzt und den Elektronikfertiger darin unterstützt, die Produktivitätstreiber „Zeit“, „Kosten“ und „Qualität“ deutlich besser zu optimieren als der Wettbewerber. Doch dafür sind durchdachte Prozesse im Shop Floor nötig, um die Effizienz in der Produktion zu steigern, während die zuständigen Mitarbeiter mehr Transparenz und Überblick über die laufende Produktion erhalten. Das gelingt mit linienübergreifenden Softwarelösungen, weshalb ASM hohes Engagement zeigt. So hat das Unternehmen gemeinsam mit Asys die Initiative „The Hermes Standard“ gegründet mit dem Erfolg, dass sich daraus ein von IPC abgesegneter SMEMA-Ersatz als Standard IPC-Hermes-9852 etabliert hat. Damit liefert ASM ein offenes Protokoll für die Maschine-zu-Maschine Kommunikation und unterstützt so die Steigerung der Interoperabilität und Vernetzung innerhalb der Elektronikfertigungen.

Spannende Mischung

Von 27. bis 28. Juni 2018 fand in Dresden das Expertenseminar „Wir gehen in die Tiefe“ zum 13. Mal statt – und zum 10. Mal in Dresden. Wie immer bot die Veranstaltung eine spannende Mischung an Vorträgen rund um die Elektronikfertigung. Es vermittelte in zwölf Fachvorträgen und direktem Erfahrungsaustausch mit hochkarätigen Experten und Kollegen einen umfangreichen Überblick, welche Technologien in Zukunft die größten Erfolgsaussichten bieten.

Dennoch: „Ohne Standards würden vermutlich nur wenige der technischen Lösungen auf dem heutigen Markt bestehen können – so ist es auch in der Elektronikbranche“, erklärt Thomas Markscheffel. In der Smart Factory sind firmenübergreifende Softwarestandards essenziell, um eine optimale Linienintegration zu gewährleisten. Denn offene Kommunikationsstandards und IIoT-Plattformen sind der Schlüssel zu einem problemlosen Datenaustausch, zwischen einer Vielzahl unterschiedlicher Sensoren, Maschinen und Softwaresystemen.

 

Unter dem Aspekt „Vertrauen ist gut, Kontrolle ist besser – Kontrolle in der elektronischen Baugruppenfertigung“ referierte Andreas Kraus, Geschäftsführer von Kraus Hardware. Weil viele Anforderungen an den Elektronikfertiger für anspruchsvolle Baugruppen gestellt werden, ist eine lückenlose Traceability unabdingbar: „Wir betreiben bereits einen relativ großen Aufwand beginnend in der Warenannahme bis hin zum eigentlichen Fertigungsprozess und Auslieferung der Produkte. Wir sehen aber klar, dass Rückverfolgbarkeit und Prozesskontrolle notwendig ist, weshalb wir diese Bereiche weiter ausbauen werden.“ Parallel dazu will der mittelständische EMS-Anbieter auch die digitalen Arbeitspläne mit direktem Zugriff auf relevante Daten und Dokumente im Unternehmen forcieren, genauso wie das automatische Scannen der Baugruppen, das die manuelle Prozessdokumentation reduziert. Dennoch merkt er mahnend an: „Früher oder später kommt man an den Punkt wo man Mut zur Lücke demonstrieren muss. Denn trotz Traceability darf man die Prozesse nicht aus den Augen verlieren.“

 

Aus der Praxis für die Praxis

Wie sehen „Individuelle Lösungen für Sonderprozesse in der SMT“ aus? Für Thomas Mückl, Director Global Engineering von der Zollner Elektronik, steht außer Frage, dass es längst nicht mehr reicht, einfach nur Bauteile zu bestücken: „Der Trend zu Sonderbauformen geht ungebremst weiter. Wegen der vielfältigen Anforderungen ist die Entwicklung von Sonderequipment oder eines kompletten Prozesses oft der entscheidende Faktor.“ Was das in der Praxis bedeutet, hat er anhand von einigen Fallbeispielen illustriert wie der akkuraten Platzierung einer Asphäre auf bestückten LEDs in einer Matrix, die Verarbeitung eines Hall-Sensors oder das Handling so genannter XXL-Boards. Dass hierbei zuweilen die gesamte SMT-Linienfertigung auf dem Prüfstand steht, zeigte er anhand der Verarbeitung extra langen und extra schweren Leiterplatten: Für die bis zu 1500 mm langen oder bis zu 13 kg schweren Platinen mussten die üblichen SMT-Prozesse noch um Handling-Adaptionen ergänzt werden, sodass für die XXL-Boards eine 45,5 m lange SMT-Linie aufgebaut wurde. Die extra schweren Platinen kamen mit einer Anlagenlänge von 40,11 m aus.

 

Neben der Leistungselektronik ist die fortschreitende Miniaturisierung einer der Haupttreiber, die Entwicklungen in der Elektronikfertigung voranzutreiben. Durch die steigende Komplexität werden auch die Anforderungen beim Nutzentrennen immer höher, berichtet Gerhard Lorenz in seinem Vortrag „Laser-Nutzentrennen – Technologien und Trends beim Einsatz von Lasern zum Trennen von modernen Leiterplatten“. Der Product Development Manager Laser Systems New Business & Technology von Asys, erläutert: „Feine, kompakt bestückte Elektronikschaltungen sind besonders empfindlich gegenüber mechanischem Stress, Staub und geometrischen Abweichungen“, merkt er an und stellt gleichzeitig die Vorteile der Lasertechnik vor: „Das konzentrierte Licht arbeitet berührungslos. Es bringt keine mechanischen Kräfte in die Prozesse ein und ist umgekehrt nicht von Verschleiß betroffen. Die hohe Flexibilität und Geschwindigkeit sprechen ebenfalls für die Lasertechnik.“ Im Zuge der fortschreitenden Etablierung der Lasertechnologie hat Asys früh das Potenzial dieser Technik erkannt und sogenannte Laser-Rails eigenständig konstruiert, wodurch sich das Unternehmen in der Lage sieht, flexibel auf Prozessanforderungen einzugehen. Je nach Anforderung kommen verschiedene Laser zum Einsatz, wie etwa CO2- und UV-Laser, sowie GR-Laser (grüner Laser) als auch QCW-Faserlaser.

 

Über die „Herausforderungen bei der Verarbeitung von modernen SOT und SOD Bauteilformen“ berichtete Christoph Hippin von Endress+Hauser. Dabei richtete er die Aufmerksamkeit auf den Schablonendruck. Die Erfahrung zeigt, dass nach wie vor rund 70 Prozent der Linienfehler beim Schablonendruckprozess entstehen. Christoph Hippin wies anschaulich darauf hin, worauf es bei der Druckschablone ankommt und stellte Lösungsansätze zur Verbesserung der Prozesssicherheit bei SOT- und SOD-Bauteilen vor.

 

Nach wie vor haben Whisker ihren Schrecken nicht verloren. „Sie wachsen spontan und ziemlich schnell“, bestätigt Thomas Lauer, Production Specialist von Hensoldt Sensors. In seinem Vortrag „Whisker-Mitigationskonzepte für Avionik- und hochzuverlässige Elektronikprodukte“ stellte er die Entstehungsweisen vor und wie sie sich eindämmen lassen. Dabei stellte er die über Testboards ermittelten Untersuchungsergebnisse vor. Zudem verwies er auf das große Whisker-Wissens-Archiv der Nasa (www.nasa.gov), die Historie vom ersten bekannten Auftreten Whiskern in Space-Applikationen bis hin zu den aktuelleren Fällen unter anderem mit Todesfolge bei einer Gaspedal-Elektronik, die vor Jahren bei einigen Fahrzeugen verbaut wurde.

WGIDT2018-Dresden

Jubiläum in Dresden: Zum 10. Mal fand die Veranstaltung „Wir gehen in die Tiefe“ in Dresden statt. Die drei Jahre davor ging es im Salzbergwerk Merkes nahe Eisenach auch buchstäblich in die Tiefe. 4-tec Marketing

Wie sehen probate „Strategien zur Reduktion von Residues in Konvektionslötsystemen“ aus? Ralf Heidenreich, Leiter Luftreinhaltung am Institut für Luft-und Kältetechnik Dresden, machte deutlich, worauf es ankommt. Gemeinsam mit Rehm Thermal Systems wurde untersucht, wie sich Residues im Lötprozess auswirken und welche Maßnahmen sich ergreifen lassen. Da während des Lötprozesses immer Lötrauche und Aerosole respektive Residues entstehen, bleibt ein erhebliches Verschmutzungspotenzial für Reflowlötanlagen nicht aus. Die Residues sind auf ausgasende Baugruppenkomponenten wie Lotpaste, Leiterplatte und Bauelemente zurückzuführen. Ohne ein wirkungsvolles Abscheidesystem in der Reflowlötanlage erhöht sich die Lötrauch-/Aerosolkonzentration in der Prozessgasatmosphäre stetig. Rehm bietet durch kontinuierliche Entwicklung eine breite Palette von möglichen Gasreinigungsvarianten an, allem voran die Pyrolyse-Technik, die in den VXP-Reflowanlagen zum Einsatz kommt.

 

Neues aus der Forschung

Auch in der Forschung und Entwicklung kommt es auf exakte und reproduzierbare Analysenergebnisse an. Daher gab Dr. rer. nat. Mathias Kamp vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in seinem Vortrag „Elektrochemischer Siebdruck zur Strukturierung dünner Metallschichten“ Einblicke in das Herstellungsverfahren hocheffizienter IBC-Solarzellen. Dabei wurde der elektrochemische Siebdruck-Prozess vorgestellt. Zum Einsatz kamen dabei auch Siebdruck-Schablonen von Christian Koenen.

 

Prof. Mathias Nowottnick, Leiter des Lehrstuhl Zuverlässigkeit und Sicherheit elektronischer Systeme der Universität Rostock, stellte in seinem Vortrag „Integrierte Heizstrukturen in Leiterplatten“ ein BMWI-gefördertes Forschungsprojekt ERFEB vor, das einen völlig neuen Ansatz in der elektronischen Baugruppenfertigung eröffnet. Bei der Herstellung elektronischer Baugruppen spielen thermische Prozesse naturgemäß eine große Rolle. Daher soll nun erforscht werden, inwieweit sich die zur Lötung einer Baugruppe erforderliche Energie durch Integration der Heizsysteme in den Schaltungsträger einbringen lässt. Bei der im Schaltungsträger eingebetteten Heizschicht handelt es sich um ein spezielles Material, das mithilfe der jouleschen Erwärmung die erforderliche Löttemperatur an den erforderlichen Stellen auf der Baugruppe erzeugen soll. Im Vergleich zu herkömmlichen Konvektions-Reflow-Lötverfahren ist mit einer integrierten Heizstruktur eine theoretische Energieverbrauchsreduzierung von bis zu 50 Prozent möglich.

 

Marisa Robles

Marisa Robles
Chefredakteurin Productronic

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