Wenn intelligente Bausteinprogrammierung zum Sicherheitsfaktor wird

Unsere moderne Alltagselektronik ist „Mission Critical“: Bei einer Geschwindigkeit von 130 km/h auf der Autobahn ist es unmöglich, das Anti-Blockier-System neu zu booten – die Bremsen müssen funktionieren. Bei der Blutzuckermessung vor einer Mahlzeit lässt sich das Messgerät nicht einfach nachkalibrieren – die Ergebnisse müssen exakt stimmen. Bei einem Unfall kann ein schneller Notruf unter Umständen über Leben und Tod entscheiden – das Mobiltelefon muss funktionieren. Die meisten elektronischen Helfer gäbe es ohne programmierbare Halbleiter wie Mikrocontroller, Flash- und Logikbausteine gar nicht. In der Elektronikfertigung sind diese Bausteine die ersten Komponenten, die auf der Mission-Critical-Liste landen und erheblich dazu beitragen, dass unser Alltag immer sicherer wird.
Ihre Programmierung bildet die Grundlage dafür, dass diese Geräte Qualität, Verlässlichkeit und Sicherheit garantieren.

Investitionskriterien für Programmierequipment

Zeit ist Geld: Je schneller sich Bauelemente programmieren lassen, umso besser ist es, denn die Programmiertechnologie ist die Basis jedes automatischen Programmiersystems und hilft somit, Zeit und Geld zu sparen. Es existieren derzeit mehr als 10.000 unterschiedlich programmierbare Bausteine. Ein ideales Programmiersystem sollte sowohl alte (1980er bis 1990er) als auch neueste Familien von Speicher- und Logikbausteinen sowie Mikrokontrollern unterstützen und damit heutigen und künftigen Anforderungen gerecht werden. Die steigenden Größen der zu programmierenden Datenfiles erfordern hohe Programmiergeschwindigkeiten, um die nötigen Durchsätze (Bausteine pro Stunde) zu erreichen. Je näher Programmier- respektive Prüfgeschwindigkeiten moderner Halbleiter am theoretischen Limit liegen, umso besser ist es. Größere Image-Files benötigen auch längere Download-Zeiten, sodass das Programmiersystem schnelle Downloads ermöglichen sollte. Geschwindigkeiten für Downloads wirken sich direkt auf die Umrüstzeit des Systems aus. Außerdem ist es besser, die Programmierleistung über Softwareupdates zu steigern als über die Hardware. Software Performance Upgrades sind schneller zu bewerkstelligen, kosten weniger und haben minimalen Einfluss auf die Produktion.
Ein weiterer Aspekt ist der Durchsatz (Bausteine pro Stunde): Beim Systemdurchsatz ist es ratsam, wirklich Birnen mit Birnen zu vergleichen. Er wird durch viele Faktoren beeinflusst, wie beispielsweise die Größe des Datenfiles, Programmiergeschwindigkeit, mechanisches Handling, Zahl der Pick-und-Place-Köpfe sowie Input/Output-Medien und Markierungsoptionen. Lieferanten sollten benennen können, welcher Durchsatz bei unterschiedlichen Daten-file-Größen oder verschiedenen Konfigurationen von Input/Output-Medien und Markierungsoptionen zu erwarten ist. Programmiersysteme müssen flexibel konfigurierbar sein, um Fertigungskapazitäten möglichst schnell anpassen zu können.
Werden kleinere Datenfiles mit kürzeren Programmierzeiten programmiert, limitiert nicht die Sockelanzahl den Durchsatz, sondern das mechanische Handling. Das ist die Zeit, die das System braucht, um einen Baustein aus dem Inputmedium zu entnehmen (Pick), ihn in den Sockel zu platzieren (Place), wieder zu entfernen und in das Output-Medium zurückzulegen. Die Pick-und-Place-Einheit im neuesten Programmierautomaten PSV7000 von Data I/O wird über ein H-Portal mit linearen Encodern bewegt und nicht über ein X/Y-Portalsystem. Das mindert die Abnutzung, erhöht aber die Reproduzierbarkeit und Positionierungsgenauigkeit auf ±0,030 mm. Die linearen X/Y-Encoder haben eine hohe Auflösung von ±1 µm und positionieren den Pick- und Place-Kopf hochgenau. Federnde Pick-und Place-Nozzles sorgen dafür, dass auch kleinste Bausteine gehandelt werden können, ähnlich wie in SMT-Bestückautomaten.
Werden größere Datenfiles mit längeren Programmierzeiten programmiert, limitiert nicht die Bearbeitungszeit den Durchsatz, sondern die Sockelanzahl und die Programmiergeschwindigkeit. Ein System mit gut ausgestatteter Robotertechnik kann alle Handling-Funktionen innerhalb des Arbeitsbereichs leisten. Zusätzlich wirken sich der Einsatz von Kameras zur Bausteinausrichtung, Markierung, 3-D-Koplanaritäts-Testsysteme (Stichwort Sichtprüfung) und die Übergabe in das Output-Medium auf den Durchsatz aus.

Je mehr flexible Optionen,
desto wirtschaftlicher

Die Skalierbarkeit des Systems und die maximale Kapazität des Programmiersystems sollten unbedingt mit in die Kaufentscheidung einbezogen werden. Das Programmiersystem muss so konfigurierbar sein, dass es heutigem wie künftigem Kapazitätsbedarf in der Fertigung gerecht wird. Die Möglichkeit, eine Programmierlösung je nach Bedarf umzukonfigurieren, ist im Vergleich zu den Kosten und der Zeitverzögerung, die der Kauf eines zusätzlichen Gerätes verursacht, ein immenser Vorteil für Profitabilität und Marktstellung. Es ist wesentlich wirtschaftlicher, zusätzliche Programmer zu installieren als in neues Equipment zu investieren.
Zudem kann man Kosten sparen, indem man einen genauen Blick auf den Bedarf an Stellfläche, Instandhaltung und Arbeitsumfeld wirft. Die Optionen für Input/Output-Medien, Markierung und 3D-Koplanaritätsprüfung variieren von einem zum anderen Anbieter. Eine optimierte Input/Output-Konfiguration ohne Notwendigkeit einer mechanischen Umrüstung sorgt dafür, dass hohe Betriebszeiten und damit mehr Durchsatz erreicht werden können. Durch den Einsatz eines skalierbaren Programmiersystems mit maximaler Kapazität lässt sich vermeiden, dass zusätzliche Stellflächen für neue Automaten notwendig werden. Die Systemflexibilität im Allgemeinen entscheidet auch darüber, ob sich unterschiedliche Applikationen bei möglichst minimalen Umrüstzeiten mit dem gleichen System programmieren lassen. Wenn Applikationen und Jobs schnell abgewechselt werden müssen, dann ist es auch hier wirtschaftlicher, zusätzliche Programmierkapazität zu installieren als in neues Equipment mit Extra-Stellfläche zu investieren.

Preis zahlt man, Mehrwert bekommt man

Wie verlässlich und glaubwürdig ist der Anbieter? Ein Blick auf Unternehmensgeschichte und -hintergrund ist angeraten. Ein „Trusted Supplier“ sollte ein hohes Verständnis für die Geschäftsprozesse und Anforderungen seiner Kunden haben. Werden Ausgaben für Investitionsgüter wie Programmierlösungen getätigt, ist es wichtig, den richtigen Partner zu finden. Beständige Qualität, nicht der Preis sollte der ausschlaggebende Faktor sein. Wenn die Qualität mit der Zeit abnimmt, leiden Reputation und das Verhältnis zum Kunden darunter. Auch die Lieferanten müssen Produkte, Personal und Ausstattung verwalten. Wenn sie ihre Preise drücken müssen, nur um an Aufträge zu kommen, dann kann das zu weniger Qualität und Verlässlichkeit führen. Sinnvoll ist es daher, mindestens zwei oder mehr Lieferanten zu identifizieren und zu evaluieren, sodass der beste Return-On-Investment sichergestellt ist. Ein qualifizierter Einkäufer überprüft nicht nur den Preis, sondern besonders auch Qualität, Sicherheitsrichtlinien, Design und Gesamterfolg einer Investition. Sonst bezahlt man für das niedrigste Angebot am Ende nicht den geringsten Preis.
Weitere Aspekte sind die Strategie für Bausteinunterstützung und der technische Support: Programmiersysteme ohne Bausteinunterstützung sind wie Rasierer ohne Klingen. Bausteinsupport ist ein „Muss“ und sollte Programmieralgorithmen, Sockeladapter mit speziellen Features und/oder Bad-Block-Management-Software bieten. Weiß man um die Bausteinsupport-Anforderungen jetzt und in Zukunft, so spart man sich unter Umständen Millionen von Euros im weiteren Entwicklungs- und Fertigungsprozess. Nicht jeder Algorithmus ist gleich. Um höchste Qualität zu erreichen ist es hilfreich, dass die Algorithmen gemäß der aktuellen Spezifikationen der Bausteinhersteller geschrieben werden. Da die Halbleiterhersteller laufend die Bausteinfamilien und ihre Spezifikationen aktualisieren, sorgt ein Jahresvertrag beim Support für höchste Algorithmen-Aktualität.
Verschiedene Faktoren haben Einfluss auf termingerechten Bausteinsupport wie eingeschränkte personelle Ressourcen, mangelhafte interne Prozesse, unterschiedliche möglicherweise inkompatible Programmierplattformen, komplexe Bausteinspezifikationen und/oder die Verfügbarkeit der Sockel. Guter Bausteinsupport bietet Feedbackschleifen und Updates beim Projektstatus sowie Tools, die zu enger Zusammenarbeit animieren und so den Prozess deutlich beschleunigen können. Der technische Support ist für Kunden eine unterstützende Leistung, die erfahrene Softwareingenieure erfordert. Anbieter von Programmiersystemen benötigen in der Regel Musterbausteine und deren Spezifikationen, um Algorithmen für neue Halbleiterfamilien zu generieren. Die Bausteinhersteller entwickeln ihre Produkte laufend weiter, um neue Features zu integrieren, Leistungserweiterungen und/oder Fehlerkorrekturen vorzunehmen. Jeder seriöse Hersteller bietet folgerichtig Updateverträge an, damit die Kunden immer auf den neuesten Stand bei den Algorithmen sind. Angebote über kostenlosen Support sind daher mit Vorsicht zu genießen.

(mrc)