Kennzeichnungslösungen für die elektronische Baugruppenfertigung

Dort, wo andere Urlaub machen, ist der deutsche Ableger des Schweizer Unternehmens Schärer + Kunz seit 2016 angesiedelt: im idyllischen Chiemsee-Alpenland, am Fuße des Wendelsteins. Auf Lorenz Huber, Geschäftsführer von Schärer + Kunz Deutschland, hat die bayerische Gemütlichkeit indes nicht abgefärbt. Mit Enthusiasmus und Engagement stellt er die Welt der Kennzeichnungstechnik vor – allen voran die Etiketten-Brandbreite, die es dazu gibt. Schärer + Kunz ist Vertriebspartner der Hersteller Brady, Wolk, Nice Label, Epson und weiteren Herstellern und bewegt sich in der industriellen Kennzeichnungstechnik für Leiterplatten, Kabel und Typenschilder. „Mit unseren Partnern bieten wir innovative Kennzeichnungslösungen an, die Kunden auf der ganzen Welt mehr Schutz, Sicherheit, Produktivität und Leistung bieten“, bekräftigt er. Dass dabei Etiketten die erste Wahl ist, verwundert etwas, angesichts der durch Industrie 4.0 getriggerten Digitalisierungsbestrebungen in der Elektronikfertigung.

Lorenz Huber ist zuversichtlich: „Die klebende Kennzeichnungstechnik erfreut sich nach wie vor einer hohen Nachfrage. Daran wird sich so schnell auch nichts ändern.“ Deshalb bietet das Unternehmen neuerdings auch den Etikettendruck als Dienstleistung in seinem Lohndruckcenter an. Besonders nachgefragt werden Traceability-Etiketten für 2D-Bare-Codes, die sich automatisiert aufbringen lassen. Zudem erfreuen sich Bauteil-Etiketten, Typenschilder und Sicherheits- beziehungsweise selbstzerstörende Etiketten großer Beliebtheit. In der Kabelbearbeitung kommen wickel- oder selbstlaminierende Etiketten und Kabelfähnchen zum Einsatz. Für Kabelfähnchen bietet Schärer + Kunz automatisierte Druck- und Spenderlösungen an, während sich die Systeme für die wickel- oder selbstlaminierenden Etiketten mit den Kabelbearbeitungssystemen von Schleuniger und Komax verbinden und sich auf diese Weise in einer vollautomatisierten Linie einsetzen lassen.

RFID und seine Grenzen

Etiketten und RFID-Technik müssen sich seiner Ansicht nach nicht ausschließen: „Wir haben öfter in Projekten mitgearbeitet, in denen Etiketten mit einem RFID-Inlay ausgestattet wurden“, erläutert er. Der Siegeszug von RFID als Kennzeichnungslösung hält unvermindert an. Denn noch nie zuvor war die Welt so vernetzt wie heute: Dieser enorme Wandel führt zu ungeahnten Möglichkeiten, nicht nur für den einzelnen Konsumenten, sondern auch für Unternehmen. Die vierte industrielle Revolution gilt als Innovationstreiber der Wirtschaft und zwingt die Industrie zum Umdenken. Kein Wunder also, dass Industrie 4.0 immer konkretere Formen annimmt. Linienübergreifende Softwarelösungen lassen die Ziele von Smart Factory, Lean Production und Losgröße 1 zunehmend Realität werden. Linienübergreifende Lösungen sollen helfen, Flaschenhälse in der elektronischen Baugruppenfertigung zu identifizieren, Fehler zu vermeiden und zu informieren, ob der Zieldurchsatz erreicht wird.

Lorenz Huber von Schärer + Kunz Schärer + Kunz

Hier kann die RFID-Technik als Kennzeichnungslösung ihre Vorteile ausspielen: 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. Wenn man so will, dient der RFID-Chip als Produktgedächtnis und Datenspeicher. In Zeiten der cyberphysikalischen Systeme kann RFID ein Dreh- und Angelpunkt sein, wenn es darum geht, der zunehmenden Komplexität der Integration von verschiedenen Systemen zuverlässig zu begegnen. Die im RFID hinterlegten Informationen ermöglichen es, dass Prozessabläufe selbstständig beeinflusst werden oder sich selbst überwachen können.

Doch die Nachteile sind nicht von der Hand zu weisen: Viele Umgebungen im technischen Bereich sind nicht für die RFID-Technologie geeignet. Das kann einerseits eine für den Tiefsttemperaturbereich ausgelegte Labor-Kennzeichnung sein, andererseits können die hohen Temperaturen im Reflow-Lötprozess eine Herausforderung für RFIDs darstellen. In der Kabelkennzeichnung ließen sich RFIDs nur über große Fähnchen realisieren. Das ist nicht nur umständlich, sondern in vielen Bereichen wie etwa im Schaltschrank ziemlich störend. Zu Beeinträchtigungen beim Auslesen der Informationen kann es zudem in Eingangsschnittstellen mit vielen, eng beieinanderliegenden Kabeln kommen, da sich die Signale nicht sauber trennen lassen. Auch in der Gehäusetechnik mit einer gewohnt guten Abschirmung werden der RFID-Lesetechnik Grenzen aufgezeigt, weshalb Huber anmerkt: „Mit einem Bare-Code-Scanner lässt sich die aufgedruckte Information im Gehäuse problemlos auslesen. Daher werden Etiketten immer eine Daseinsberechtigung haben. Gerade die Kabel- und Laborkennzeichnung sind für uns starke Wachstumsbereiche.“

Etikett als robuste Kennzeichnungslösung

Auch die Leiterplattenkennzeichnung durch Lasermarkierung steht mittlerweile bei einigen Anwendungen auf dem Prüfstand. Denn die Lasermarkierung kann eine Delamination der Leiterplattenlayer als Langzeiteffekt hervorrufen, die durch äußere Einflüsse noch begünstigt wird. „Die Identifikation ist der Schlüssel zur nötigen Transparenz der Produktions- und Logistikprozesse“, argumentiert Lorenz Huber daher mit Blick auf Etiketten als bewährte Kennzeichnungslösung. Durch ihre Langlebigkeit stellen Etiketten eine robuste und integrationsfähige Lösung dar. So überstehen sie beispielsweise unbeschadet 5 min. lang Temperaturen von bis zu 260 °C. Überdies sind sie beständig gegen scharfe Chemikalien und Reinigungsverfahren, die bei der Fertigung von Flachbaugruppen, Geräten und Bauteilen üblich sind. Da die hitzebeständigen Etiketten zumeist als erste Komponente auf die Leiterplatte aufgebracht werden, ermöglichen sie die Überwachung des gesamten Herstellungszyklus und tragen so zu Verfahrensoptimierungen und Betriebskostensenkungen bei. Auch als Lötabdeckung als Schutz für wertvolle Bauteile und andere Teile während der Fertigung haben sich Etiketten seit Jahrzehnten einen festen Platz in der elektronischen Baugruppenfertigung gesichert.

Schärer + Kunz

Jedoch hängen die Beständigkeit und Zuverlässigkeit von Etiketten für die Rückverfolgbarkeit in hohem Grade von den Materialien ab. Die zur Leiterplattenkennzeichnung verwendeten Etikettenmaterialien und Einrichtungen müssen daher auf allen Stufen des Fertigungsprozesses die hundertprozentige Lesbarkeit der Etiketten sicherstellen. Demnach müssen sie auch eine gute Bedruckbarkeit aufweisen, um ein konturscharfes Druckbild sicherstellen zu können. Für die die nachträgliche Kennzeichnung eignet sich eine Label-Farbband-Kombination, die auch ohne Lötprozess dauerhaft haften bleibt.

Etikett ist nicht gleich Etikett

Deshalb erfordern sie eine intensive Beratung, die Huber als Design-In bezeichnet. Dabei geht es darum, gemeinsam mit dem Kunden das richtige Etikett für die jeweilige Anwendung zu finden. Denn der Kleber muss auf die Oberflächen abgestimmt sein, auf die das Etikett auf ewig haften bleiben soll. Demnach spielt die Beschaffenheit der Leiterplattenoberfläche genauso eine Rolle wie die Oberflächen von Bauteilen, Lötstopp- und Schutzlacken, Kabeln und Gehäusen. Zudem müssen sie den Reinigungschemikalien trotzen können. Gekrümmte Oberflächen benötigen ebenfalls individuell abgestimmte Etiketten. Aber auch das Etikettenmaterial muss auf die Anwendung adaptiert sein. Häufigster Fehler, den Huber beobachtet ist, dass ein Farbband für alle Etikettenarten eingesetzt wird. Gerade der für die elektronische Baugruppenfertigung ausgelegte Thermotransferdruck hat jedoch besondere Anforderungen, da in Abhängigkeit der Etikettenoberfläche zwei Farbbänder notwendig sind: Das Harzband ist für glatte, glänzende Oberflächen geeignet, während das Wachsharzband für raue und matte Oberflächen ausgelegt ist. Würde man beispielsweise das Wachsband auf glänzenden Flächen verwenden, sei keine Kratz- und Wischfestigkeit gegeben.

Im Zuge der fortschreitenden Miniaturisierung werden die elektronischen Baugruppen immer kleiner und vor allem dicht bepackter. Etiketten müssen auch hier Schritt halten, um im spärlich bemessenen Platz unterzukommen. Standardmäßig bietet Schärer + Kunz als kleinstes Format 5 mm x 5 mm an und für Sonderanwendungen sind Abmaße von 3 mm x 3 mm realisierbar. Das stellt hohe Anforderungen an die Druckqualität. Bei Thermotransferdruckern werden heute 600 dpi Auflösung erreicht, wodurch ein Data-Matrix-Code auf 5 mm x 5 mm noch gut platzierbar ist. Die Beschriftung eines 3 mm x 3 mm kleinen Etiketts beschreibt Huber als „sportlich“, da sich der Druckbereich auf eine jeweilige Kantenlänge von 1,3 mm reduziert: „Da muss der Data-Matrix-Code stark verdichtet werden, aber für eine Serialisierung, also für eine eindeutige Zuordnung, reicht dies noch aus“, erläutert er.

Da Etiketten immer kleiner werden, steigen die Anforderungen an die Platziergenauigkeit. Üblicherweise werden Etiketten mit dafür ausgelegten Feedern im Bestückprozess platziert, für die nachträgliche Etikettierung gibt es Aplikatoren, die sich an MES-Strukturen anbinden lassen. „Wir können für jedes Etiketten-Produkt eine automatische Druck-und Spende-Anlage anbieten, die auch MES-kompatibel ist“, resümiert Huber.

Productronica 2019: Halle A2, Stand 540