Was tun, wenn die Bauteile knapp werden?

Natürlich ist die Pandemie eine neue Erfahrung für die Verantwortlichen in Industrie und Logistik. Dabei treten ungeahnte Effekte auf. Beispielsweise bestellten asiatische Reedereien eine Zeit lang keine Leercontainer mehr, weil sie aufgrund des Lockdowns in verschiedenen Ländern nicht gebraucht wurden. Auf der anderen Seite wurden kaum noch Waren (und somit auch keine Container) von den USA und Europa nach Asien gesendet. Schließlich wurde hier ja auch viel weniger produziert. Das Gesamtergebnis: In den westlichen Ländern liegt aktuell ein Container-Überschuss vor, in Asien gibt es hingegen zu wenige.

Wiederbeschaffungszeiten von mehr als einem Jahr

In der Folge kommt es derzeit an vielen Stellen in der Industrie zu Materialengpässen – auch in der Elektronikproduktion. So auch beim EMS-Anbieter Kraus Hardware. Geschäftsführer Andreas Kraus berichtet dazu aus seiner täglichen Praxis: „Neu aufgetauchte Bestände bei unseren Lieferanten sind schnell vergriffen oder die Broker erhöhen bei Ad-hoc-Bestellungen den regulären Preis um das 10- bis 20-fache. Vor diesem Hintergrund ist es übrigens auch nicht möglich, eine seriöse Auflistung der betroffenen Bauteile zu erstellen. Das wäre immer nur eine Momentaufnahme.“

Technische Alternativen

Was also tun? „Zum einen bitten wir unsere Kunden darum, so frühzeitig wie möglich zu bestellen oder zumindest eine Materialfreigabe zu erteilen, damit die benötigten Materialien und Bauteile rechtzeitig zur Verfügung stehen. Zum anderen gibt es eine Reihe von „technischen“ Alternativen. Mit unserem Know-how im Rework und in der Baugruppenanalyse unterstützen wir viele Kunden je nach Anforderung. Die Bandbreite reicht hier von der Baugruppenreparatur über die Bauteilrückgewinnung (sie werden fachgerecht von nicht benötigten Baugruppen abgelötet) bis zum Refreshing oder Bekugeln (Reballing). Bei Letzterem wird das Bauteil zunächst entlötet und das Restlot entfernt. Anschließend erfolgt das Reballing des Chips und das Rücklöten auf die Leiterplatte. So kann man unter Umständen eine Baugruppe ohne den Einsatz von neuen Bauteilen reparieren“, erklärt der Geschäftsführer.

„Fertigungsknappheit“ verhindern

Zudem ist es auch gut möglich, dass es nach der Bauteilknappheit zu einer Fertigungsknappheit kommt – nämlich dann, wenn die Bauteile wieder vorliegen und plötzlich alle „auf einmal“ ihre verschobenen Produktionsaufgaben nachholen wollen. Das lässt sich ebenso mit technischem Know-how und intelligenter Planung verhindern: Man fertigt einfach jetzt die benötigten Baugruppen – so weit wie möglich – und setzt einzelne (derzeit noch fehlende Bauteile) später nach.

Schnelle und effektive Lösungen sind gefragt

Beim Rework kommt es in besonderer Weise auf Know-how und Kreativität an. Häufig gibt es gar keine Standardlösung – oder ihre Umsetzung ist zu langwierig beziehungsweise zu teuer. Wie kreativ Kraus Hardware die vielseitigen Aufgaben in diesem Bereich angeht, zeigt dieses Beispiel: Für den schnellen Test von alternativen Komponenten und Modifikationen unter BTC (Bottom Terminated Components) setzen die Spezialisten auf die Fädeltechnik – mit Erfolg. Anpassungen lassen sich so in kürzester Zeit umsetzen.

Fädeltechnik unter BTC-Bauteilen? Bei dieser Frage horchen Experten auf, denn hier treffen zwei besondere Herausforderungen aus der Elektronikproduktion direkt aufeinander:

• Da wäre auf der einen Seite die etablierte Fädeltechnik, die nur noch bei Prototypen, Korrekturen und Reparaturen eine größere Rolle spielt. Der ganze Ablauf ist geprägt von einer sehr anspruchsvollen (und somit auch nicht sehr schnellen) Handarbeit. Die gewünschte Verdrahtung der elektrischen Schaltungen erfolgt per dünnen und durchlötbaren Kupferlackdrähten („Fädeldraht“) nach den Vorgaben eines Verdrahtungsplan auf dem Layout oder eines Schaltplans.
• Auf der anderen Seite stellen BTC-Bauteile die Elektronikproduktion grundsätzlich vor Herausforderungen. Ihre dicht gepackten Anschlüsse befinden sich in Form von Lotkugeln und/oder Lotpaste auf der Unterseite des Chips. Diese werden beim Reflow-Löten aufgeschmolzen und verbinden sich anschließend mit den Kontaktpads – ein automatisierter Prozess, der natürlich denkbar weit von der händischen Fädeltechnik entfernt ist.

Kosten und Zeit beim Rework einsparen

Vor diesem Hintergrund ist es selbstverständlich, dass Kraus Hardware den Fädeldraht nur bei ganz bestimmten Rework-Prozessen zum Einsatz bringt. Hier führt das anspruchsvolle Verfahren aber zu entscheidenden Vorteilen, wie Gesellschafter Kraus betont: „Am Anfang stehen Schaltpläne oder Layouts, die Probleme aufweisen. In diesem Fall ist es mithilfe der Fädeltechnik möglich, Modifikationen sehr schnell auf die Platine aufzubringen, zum Beispiel, wenn man statt eines Single-Core-Designs versuchsweise ein Dual- oder Quad-Core-Design ausprobieren will. Eine solche Anpassung führen wir in wenigen Tagen aus. Alternativ müsste man ein komplettes Redesign durchführen. Das dauert inklusive Materialbeschaffung und kompletter Fertigung mehrere Wochen und ist insgesamt natürlich auch deutlich teurer.“

Kreativ und offen mit anspruchsvollen Aufgaben umgehen

Wie stellt man jedoch sicher, dass die millimetergenaue Fädelverdrahtung unter dem BTC gelingt? Kraus Hardware verfügt über hochqualifizierte Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, die mit viel Erfahrungswissen den „Fädel-Erfolg“ sicherstellen, wobei die Verdrahtung millimetergenau unter dem Stereomikroskop erfolgt. Das Endergebnis wird per Endoskopie und Röntgenuntersuchung überprüft. „Natürlich ist die Fädeltechnik ein absoluter Sonderfall und nicht geeignet für die Serienproduktion“, fasst Andreas Kraus den Ansatz zusammen. „Allerdings macht das Beispiel sehr schön deutlich, wie kreativ und offen wir mit anspruchsvollen Aufgaben umgehen. Es ist unser Hauptziel, Kunden möglichst schnell und effektiv eine Lösung anzubieten – und genau in diesem Sinne stellt die Fädeltechnik bei der Modifikation von Baugruppen eine sinnvolle Ergänzung dar.“

Kürzere Durchlaufzeiten mit eigenen Schablonen

Bei vielen Rework-Prozessen sind Schablonen unverzichtbar: Sie sorgen für das sichere Bedrucken von Leiterplatten oder Bauteilen mit Lotpaste, wenn diese kein eigenes Lotdepot aufweisen. Dabei lassen viele Unternehmen ihre Schablonen von externen Dienstleistern nach präzisen Vorgaben fertigen – bei Kraus Hardware erfolgt das Ganze hingegen neuerdings Inhouse. Warum genau ist das so?

Die gesamte Aufgabe ist nicht einfach – im Gegenteil: Viele Bauteile weisen sehr komplexe Strukturen auf, mit denen man einen optimalen Reworkprozess sicherstellt. Im Zentrum steht dabei immer das Ziel, für jedes unterschiedliche Pad genau die richtige Menge Paste aufzubringen – zu wenig Paste führt zu mageren oder sogar offenen Lötstellen, zu viel führt zum Solderballing (separierte Lotkugeln) oder Kurzschluss. „Allerdings lässt sich bei sehr komplexen Bauteilen nicht jede Unwägbarkeit und jedes Detail bereits in der Designphase erkennen. Deshalb sind für die Schablonenentwicklung mitunter verschiedene Evaluierungsrunden nötig“, erklärt der Geschäftsführer. „Würde man nun bei jeder Runde immer wieder einen externen Dienstleister zu Hilfe rufen und anschließend auf seine Schnittergebnisse warten, nähme das sehr viel Zeit in Anspruch. Diese Zeit haben wir nicht.“

Den externen Paketdienst einsparen

Genau an dieser Stelle wird der entscheidende Vorteil der „internen“ Lösung deutlich: Weil Kraus Hardware die Schablonen selbst schneidet, können die Experten viel schneller reagieren und Probleme vor Ort lösen. Dabei spielt es kaum eine Rolle, dass die eigentliche Fertigung der Schablone langsamer als bei externen Spezialisten vonstatten geht. „Wir verwenden unser neues Lasersystem, das auch für verschiedene andere Aufgaben bei uns zum Einsatz kommt und somit nicht speziell für den Schablonenschnitt ausgelegt ist. Es dauert deshalb 0,5 bis 2 Stunden (je nach Komplexität), bis die Schablone in einer ersten Iteration vorliegt – mit speziell ausgelegten Lasertypen sind viele kürzere Durchlaufzeiten möglich. Das spielt aber letztlich keine Rolle, denn wir sind trotzdem schneller und können den Rework entsprechend schnell durchführen, je nach Anforderung am gleichen Tag. Die Alternative wäre, immer wieder auf den Laserdienstleister zu warten, um dann unter Umständen festzustellen, dass trotzdem noch eine Anpassung für das optimale Ergebnis nötig wäre. Das Hin und Her gibt es bei uns nicht.“

Langsamer Prozess, aber schnelles Rework

• Insgesamt ist Kraus Hardware also trotz des verlangsamten Produktionsprozesses deutlich schneller und flexibler – und zwar mit Blick auf das gesamte Rework. Hier gibt es zwei Varianten:
  Die Lotpaste wird über eine kleine Schablone direkt auf der Leiterplatte ge-druckt, wobei sie sehr präzise (zwischen den restlichen umliegenden Bauteilen) positioniert wird. Die dafür notwendige Außenkontur entsteht ebenfalls per Laser.
• Das Bauteil wird in einer kleinen Vorrichtung bedruckt. Im weiteren Prozess wird die Paste aufgeschmolzen und das Bauteil anschließend mit Zusatz von Flussmittel auf die Baugruppe gelötet.

Unterschiedlich dicke Schablonen (80, 100, 120 und 150µm) stellen kein Problem dar. „Der ganze Prozess rund um die Schablonenherstellung macht unsere Philosophie deutlich“, erklärt Andreas Kraus ab-schließend. „Unsere Kunden sind sowohl große Konzerne als auch kleinere Unternehmen und Forschungsinstitute, die immer wieder hohe Anforderungen an uns stellen und zugleich nach schnellen Reaktionszeiten verlangen. Zugleich geht es um sehr anspruchsvolle elektronische Baugruppen und Systeme. Deshalb kommt es in der Entwicklung, Produktion und abschließenden Funktionsprüfung auf Perfektion an – und zwar in jedem Detail. Mir ist kein weiteres Unternehmen bekannt, das sich die Reworkschablonen selber schneidet.“ Andreas Kraus ist überzeugt, dass in Zeiten allgemeiner Materialknappheit das Rework eine echte Alternative ist.