Mit 3D-SPI die Qualität des Druckprozesses verbessern

Einen hohen Auftragseingang und eine gute Auslastung verzeichnet der Bereich Elektronikfertigung von ebm-papst in Mulfingen. Nur der Bauteilmangel macht zu schaffen: Häufig ist nicht genügend Material auf Lager, um Aufträge komplett zu produzieren. Dann heißt es flexibel agieren – Teilmengen produzieren, häufig umrüsten. Das gelingt vor allem durch einen flexiblen Maschinenpark. Unterschiedlich große, komplexe Leiterplatten und zugleich niedrige Taktzeiten – diese Anforderungen hatte der Luft- und Antriebstechnikexperte an ein Investment in neue Inspektionssysteme. Seit 2018 werden die acht SMD-Linien sukzessive mit SPI- und AOI-Systemen von Koh Young ausgerüstet. Auf fünf Linien erfolgt die optische Prüfung des Druck- und Bestückprozesses bereits in 3D.

Mit Messdaten Prozess analysieren

Circa 30.000 gefertigte Leiterplatten gehen bei ebm-papst täglich vom Band. Seit die Koh Young Systeme im Einsatz sind, konnte die Qualität maßgeblich nach oben geschraubt werden: „Da wir aus der 2D-Welt kamen, konnten wir durch die SPI-Ergebnisse unseren Druckprozess maßgeblich verbessern: Dieser war sehr schwimmend. Durch die SPI-Messdaten konnten wir unmittelbar nachvollziehen, wie sich beispielsweise eine Veränderung des Rakeldrucks oder der Einsatz einer neuen Schablone auf das Druckergebnis ausgewirkt hat. Das war ein sehr großer Fortschritt für uns“, erklärt Tobias Brand, Verfahrensentwickler bei ebm-papst.

Zuvor habe man partiell eine 2D-Inspektion im Drucker genutzt und offline mit Tischgeräten geprüft. Ab 2018 wurden die Linien dann sukzessive mit Inline-Prüfsystemen von Koh Young nachgerüstet. „Nun haben wir eine 100-prozentige Kontrolle“, erklärt Verfahrensentwickler Markus Wagner. Bei der AOI-Implementierung konstatierte er ähnliche Prozessverbesserungen: „Wir haben keine Serienfehler mehr, denn wenn zum Beispiel eine Pipette verschlissen ist und getauscht werden muss, dann merke ich das sofort, da laufen nicht noch weitere Leiterplatten mit demselben Fehler durch.“

Brokerware prüfen

Bei 500 verschiedenen Produkten pro Woche ist Markus Wagner froh, dass die Programmierung der Koh Young-Systeme so unkompliziert ist: „Aufgrund der aktuellen Bauteilknappheit haben wir auch Brokerware im Einsatz. Da kann es natürlich sein, dass die Polarität oder Geometrie sich im Vergleich zum Standardbauteil verändert haben“, erklärt er. „Dann sparen wir sehr viel Zeit beim Anpassen der Programme, weil sich die Koh Young Systeme die neuen Daten selbst ziehen. Wir müssen also nicht jede Anlage und jedes Programm separat anfassen.“

Verfahrwege bei 400 x 400 mm großen Platinen

Beim Benchmark waren echte, wiederholgenaue Messwerte, geringe Pseudofehlerraten und die hohen Taktzeitanforderungen die wichtigsten Kriterien für das Mulfinger Unternehmen. Aus Gründen der Vernetzbarkeit und Bedienungsfreundlichkeit bevorzugte ebm-papst einen Equipmenthersteller, der sowohl am SPI als auch am AOI die Anforderungen bedienen kann. Hinzu kommt, dass ebm-papst mit sehr großen Leiterplatten arbeitet: 400 x 400 mm Platinen sind keine Seltenheit. „Die Dichte der Bauteile ist bei der optischen Prüfung also weniger das Problem, sondern die lange Zeit der Verfahrwege“, sagt Tobias Brand. Da seien einige Systemhersteller im Benchmark schon herausgefallen, sodass die Wahl auf das 3D-Lotpasteninspektionssystem aSPIre3 fiel.

In nur 2 Jahren amortisiert

Dabei haben sich die Systeme durch den hohen Durchsatz – Markus Wagner rechnet mit einem Linientakt von durchschnittlich 15-20 Sekunden – in nur zwei Jahren amortisiert. Was Druck- und Bestückprozess angeht, sind die acht Linien am Standort Mulfingen verschieden aufgebaut, um sowohl Highrunner-Produkte als auch High-Mix-Low-Volume oder besonders große Platinen adäquat produzieren zu können. Die Systeme von Koh Young decken alle diese Anforderungen ab, weshalb ebm-papst nach einem erfolgreichen Testlauf 2018 bereits vier weitere Linen mit der aSPIre3 und der Zenith UHS (3D-AOI) von Koh Young ausstattete. „Das verleiht uns große Flexibilität, denn die Prüfprogramme werden nur einmal zentral erstellt und laufen auf allen Linien – ganz egal, auf welcher Linie ich produziere, überall wird das Ergebnis auf gleiche Weise mit den gleichen Maßstäben geprüft“, sagt Wagner.

Des Weiteren profitiert man von der einheitlichen Datenstruktur: „Für die Linien-Bedienerin und den Mitarbeiter am Reparaturplatz ist es wichtig, dass die Fehlerbewertung übersichtlich und einheitlich ist: Meldet das AOI einen Fehler, kann die Bedienerin ganz einfach und schnell noch einmal die SPI-Daten aufrufen, um die Lötstelle genauer in Augenschein zu nehmen“, erklärt Brand. „Und natürlich bietet die Fehlerauswertung im Reklamationsfall eine schnelle Rückverfolgung“, ergänzt Wagner.

Sehr große, schwere Platinen

Ebm-papst hat das Auto-Verification-Tool von Koh Young im Einsatz, um neben den jährlichen Kalibrierungen und Wartungen regelmäßig die Messgenauigkeit der SPI-Systeme zu prüfen. „Eine große Stärke der Koh Young-Anlagen ist, dass sie Leiterplattenverwölbungen von bis zu 5mm in ihren Messungen berücksichtigen“, erklärt Nikolai Knapp, Verkaufsleiter bei Smartrep. „Weil ebm-papst viele große, schwere Leiterplatten produziert, wurden die SPI und AOI-Systeme zusätzlich mit einer flexiblen Mittenunterstützung ausgestattet, damit die Platinen nicht durchhängen können. Dies sichert hochpräzise Prüfergebnisse.“ SmartRep ist exklusiver Distributor von Koh Young in Deutschland, Österreich und der Schweiz und hat ebm-papst bei dieser Investitionsentscheidung begleitet.