Wie Mostec auf Solder Paste Jet Printing umgestellt hat

Seit Jahrzehnten ist der Schablonendruck das dominierende Verfahren zur Applikation von Lotpaste in der SMT-Fertigung. Mit zunehmender Produktvielfalt, kleineren Losgrößen und immer komplexeren Leiterplattendesigns beginnen jedoch einige Hersteller zu hinterfragen, ob dieses traditionelle Verfahren weiterhin die effizienteste Lösung darstellt.

Der Schweizer Elektronikspezialist Mostec hat sich entschieden, diesen etablierten Prozess neu zu bewerten. Anstatt einen alternden Schablonendrucker einfach zu ersetzen, prüfte das Unternehmen eine radikalere Alternative: den vollständigen Verzicht auf den Schablonendruck und den Wechsel zu einem vollständig digitalen Verfahren des Lotpasten-Jettings, das direkt in die SMT-Linie integriert ist.

Das Ergebnis ist eine hochflexible Produktionsumgebung, die eine große Vielfalt an Baugruppen verarbeiten kann und gleichzeitig Prozesse vereinfacht sowie Materialverschwendung reduziert.

Eine Produktionsumgebung, die auf Flexibilität ausgelegt ist

Das in Liestal ansässige Unternehmen Mostec entwickelt und produziert seit mehr als vierzig Jahren elektronische Systeme für Mess- und Steuerungsanwendungen. Das Unternehmen ist auf kundenspezifische Lösungen spezialisiert und beliefert vor allem Kunden aus der Pharma- und Chemieindustrie, wo Zuverlässigkeit und Qualität höchste Priorität haben.

Im Gegensatz zu klassischen Großserienproduzenten arbeitet Mostec in einer Produktionsumgebung mit hoher Variantenvielfalt und vergleichsweise kleinen Losgrößen. An einem einzigen Tag können mehrere unterschiedliche Baugruppen gefertigt werden. Diese Produktionsweise stellt besondere Anforderungen an Effizienz und Flexibilität der SMT-Linie.

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Dr. Martin Large

„Wir produzieren oft viele unterschiedliche Projekte an einem Tag“, erklärt Fabian Häfelfinger, Development of Customized Electronics bei Mostec. „In einem solchen Umfeld ist es entscheidend, Rüstzeiten zu reduzieren und Prozesse möglichst einfach zu gestalten.“

Der klassische Schablonendruck ist zwar in vielen Anwendungen sehr effizient, erfordert jedoch regelmäßige Schablonenwechsel, Reinigungsprozesse, eine entsprechende Prozesskontrolle sowie Lagerkapazitäten. Für Unternehmen mit einer High-Mix-Produktion können diese zusätzlichen Schritte schnell zu unnötiger Komplexität im Fertigungsablauf führen.

Den Lotpastenprozess neu denken

Der entscheidende Impuls zur Neubewertung des Lotpastendruckprozesses entstand, als der vorhandene Schablonendrucker das Ende seiner Lebensdauer erreichte. Anstatt einfach ein neues System zu beschaffen, begann das Engineering-Team zu prüfen, ob ein grundlegend anderer Ansatz besser zu den Anforderungen der Produktion passen könnte.

„Unser Schablonendrucker war bereits sehr alt und musste ersetzt werden“, erinnert sich Häfelfinger. „In diesem Moment stellten wir uns die Frage, ob wir den Drucker nicht komplett aus der Linie entfernen und den Prozess durch eine Jetting-Lösung ersetzen könnten.“

Die Idee bestand darin, eine Hochgeschwindigkeits-Jetting-Technologie direkt in eine Bestückplattform zu integrieren. Dadurch wird das Aufbringen der Lotpaste zu einem Bestandteil des automatisierten Bestückprozesses und nicht mehr zu einem separaten Prozessschritt.

Diese Überlegung versprach eine deutlich höhere Flexibilität, war jedoch zunächst mit einigen offenen Fragen verbunden. Das Team musste sicherstellen, dass die Jetting-Technologie die notwendige Prozessgeschwindigkeit erreicht, die erforderliche Qualität auch bei Fine-Pitch-Bauteilen gewährleistet und neue Programme schnell genug erstellt werden können, um Produktionsunterbrechungen zu vermeiden.

Diese Fragen waren besonders relevant, da Mostec seine komplette SMT-Linie mit nur einem einzigen Bediener betreibt. Der Produktionsprozess musste daher möglichst autonom und einfach bleiben.

Umsetzung der Jet-Printing-Lösung

Nach einer Evaluierungsphase entschied sich Mostec für die Implementierung einer SMT-Linie mit integrierter Solder-Paste-Jetting-Technologie von Essemtec. Die Produktionslinie beginnt mit einer Magazinladeeinheit, gefolgt von einem All-in-One-Bestücksystem von Essemtec mit integrierten Jet-Ventilen für unterschiedliche Lotpastenvolumina. Eine zweite Bestückmaschine von Essemtec übernimmt anschließend die restliche Bauteilmontage, bevor die Baugruppen über eine Magazinentladeeinheit aus der Linie ausgeschleust werden.

Die neue Linie ging im Februar 2024 in den regulären Produktionsbetrieb. Laut Häfelfinger zeigte sich bereits kurz nach der Inbetriebnahme, dass die Entscheidung für das neue Verfahren richtig war. „Unsere Erfahrungen sind durchweg positiv“, berichtet er. „Wir haben den alten Schablonendrucker gar nicht erst wieder in die Linie integriert. Heute produzieren wir ausschließlich mit der Jetting-Lösung.“

Verbesserte Qualität bei Fine-Pitch-Baugruppen

Ein wesentlicher Vorteil der neuen Lösung zeigte sich in der Prozessqualität, insbesondere bei Baugruppen mit sehr feinen Strukturen. Mit zunehmender Miniaturisierung elektronischer Bauteile kann der Schablonendruck bei sehr kleinen Padgeometrien an seine Grenzen stoßen. „Mit dem Jetting-Verfahren konnten wir Fine-Pitch-Leiterplatten mit deutlich weniger Qualitätsproblemen produzieren als zuvor mit dem Schablonendruck“, erklärt Häfelfinger. „Gleichzeitig konnten wir diese Qualität über eine große Anzahl von Baugruppen hinweg reproduzieren.“ Da das Verfahren digital gesteuert wird, lässt sich das Lotpastenvolumen für jedes einzelne Pad präzise anpassen. Dadurch können kritische Bauteile gezielt optimiert werden, ohne dass spezielle Schablonen oder zusätzliche Werkzeuge erforderlich sind.

Einfachere Bedienung und weniger Materialverbrauch

Neben den Qualitätsverbesserungen hat sich auch der Produktionsalltag deutlich vereinfacht. Da keine Schablonen mehr benötigt werden, entfallen Schablonenwechsel, Reinigungsprozesse sowie die Handhabung überschüssiger Lotpaste. Ein besonders schöner Nebeneffekt ist die Reduzierung der Logistikflächen im Produktions- und Vorbereitungsbereich. Mit der Jetting-Technologie konnten hier wertvolle Produktionsflächen zurückgewonnen werden. Besonders in einer High-Mix-Fertigung mit häufig wechselnden Produkten führt dies zu einer spürbaren Zeitersparnis.

Auch der tägliche Produktionsstart erfolgt heute deutlich schneller. Wartungsarbeiten sind minimal: Der Bediener tauscht lediglich in größeren Abständen die Lotpastenkartuschen aus und führt einmal pro Woche eine kurze Reinigung durch, die nur etwa zehn Minuten dauert.

Ein weiterer Vorteil ist die deutliche Reduzierung des Materialverbrauchs. Beim klassischen Schablonendruck gelangt ein erheblicher Anteil der aufgetragenen Lotpaste nicht auf die Leiterplatte. Beim Jetting wird dagegen nur die tatsächlich benötigte Menge direkt auf die Pads appliziert.

„Als wir festgestellt haben, dass praktisch kein Lotpastenabfall mehr entsteht, wurde schnell klar, dass unsere Betriebskosten sogar niedriger sind als zuvor“, sagt Häfelfinger. „Unter dem Gesichtspunkt der Gesamtkostenbetrachtung ist die Umrüstung damit auch ein nachhaltiger wirtschaftlicher Erfolgsbeitrag mit der Umstellung hin zur Jetting-Technologie.“

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Petra Gottwald

Eine digitale Alternative zum klassischen Schablonendruck

Die Erfahrungen von Mostec zeigen, wie digitale Lotpastenapplikation die SMT-Fertigung in High-Mix-Umgebungen verändern kann. Durch den Wegfall physischer Werkzeuge wie Schablonen gewinnen Hersteller deutlich an Flexibilität bei der Einführung neuer Produkte, bei Designänderungen oder beim Prototyping.

Während der Schablonendruck weiterhin die dominierende Lösung in der Großserienfertigung bleibt, bietet das Solder Paste Jetting insbesondere für Unternehmen mit hoher Variantenvielfalt und kleineren Losgrößen eine attraktive Alternative. Für Mostec hat sich der Wechsel als voller Erfolg erwiesen. „Wir sind mit der Lösung sehr zufrieden“, fasst Häfelfinger zusammen. „Der Prozess ist einfacher geworden, die Qualität ist besser und er passt perfekt zu unserer Art zu produzieren.“