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Besseres Prozessverständnis durch 3D Inspektion

Stefanie Marszalkowski • 19. September 2023

Christ Electronic Systems optimiert mit 3D SPI und AOI-Systemen von Koh Young seinen Prozess 

2020 investierte Christ Electronic Systems aufgrund einer Kundenanforderung in ein Koh Young 3D AOI, nun rüstet das Unternehmen mit Sitz in Memmingen seine Linie mit einem Koh Young 3D SPI weiter auf. Damit verbessert der Experte für Touch Panels und Softwarelösungen nicht nur die Produktqualität, sondern gewinnt auch ein besseres Verständnis für seinen Produktionsprozess. 

2020 hielt das Koh Young 3D AOI aufgrund einer Kundenanforderung in der Fertigung von Christ Electronic Systems, einem Tochterunternehmen der Otto Christ AG, das für seine Kunden neben kundenspezifischen Touch Panels auch Softwarelösungen und Sonderanfertigungen in Kleinserie entwickelt und fertigt, Einzug. Positiv überrascht haben Mathias Winzerling, Teamleiter der SMD- und THT-Fertigung, und sein Team die tiefen Einblicke in den Prozess, die das System ermöglichte: „Das AOI hat uns nicht nur die Probleme – in einem speziellen Fall zu viel Zinn auf der Leiterplatte – gezeigt, sondern auch, wo die Ursache lag“, erinnert sich Mathias Winzerling. Basierend auf den Inspektionsergebnissen des AOI wurden die Schablonen angepasst und das Leiterplattendesign konnte optimiert werden, was die Fehlerrate deutlich senkte.


Auf das 3D AOI folgt das 3D SPI

Mit der 2023 erfolgten Integration eines Koh Young 3D SPIs in die Fertigungslinie legt Christ Electronic Systems noch „eine Schippe drauf“: Fehler werden nun bereits vor dem Lötvorgang erkannt und behoben. „Besonderes Augenmerk legen wir hier auf das Lot unter BGAs“, erzählt Mathias Winzerling, „denn die können im weiteren Produktionsverlauf Probleme verursachen.“ Da mit dem AOI verdeckte Lötstellen nicht inspiziert werden können, sei es umso wichtiger, bei Bauteilen wie BGAs oder QFNs bereits den Lotpastenauftrag zu kontrollieren, um mögliche Fehlerquellen zu erkennen.

Wie schon das AOI brachte auch das SPI ein neues, tieferes Verständnis für den Produktionsprozess: „Wir gehen mit unserem Drucker nun ganz anders um“, berichtet Wolfgang Beer, ebenfalls Teamleiter SMD- und THT-Fertigung bei Christ Electronic Systems, denn das SPI habe unter anderem gezeigt, dass der Drucker mit der Zeit an Präzision verliere. „Statt im jährlichen Intervall, kalibrieren wir den Drucker nun halbjährlich, um Offsets zu verhindern.“ 


Technischer Support als Entscheidungskriterium

2020, bei der Entscheidung für das AOI-System, spielte der Support eine entscheidende Rolle: „Neben der Inspektionsgenauigkeit und den Möglichkeiten der Programmierung waren uns besonders deutscher Support und ein Ansprechpartner in der Nähe wichtig“, erzählt Mathias Winzerling. Aus diesem Grund fiel die Entscheidung auf den Hersteller Koh Young, der in der D-A-CH Region von der SmartRep GmbH als Vertriebs- und Servicepartner vertreten wird. „Mit SmartRep bekommt man nicht nur eine Maschine, sondern einen kompetenten technischen Ansprechpartner, der mit Rat und Tat zur Seite steht“, erklärt Andreas Keller, CEO der SmartRep GmbH. Auch bei Christ Electronic Systems zeigt man sich mit der Betreuung durch SmartRep zufrieden: „Man kann nicht mal ansatzweise etwas Negatives sagen“, freut sich Mathias Winzerling, „man erhält wirklich schnell fachliche Unterstützung.“  Dass auch das SPI aus dem Hause Koh Young kommen sollte, sei daher außer Frage gestanden.


KSMART Anbindung für Synergieeffekte geplant

Aktuell werden bei Christ Electronic Systems nur die Inspektionsergebnisse des AOI an den KSMART-Server übergeben. Der KSMART-Server ist ein Koh Young-eigenes Tool für Prozessanalyse und -verbesserung: Die Inspektionsdaten aller angebundenen Koh Young Systeme in der Fertigung laufen hier zentral zusammen. „KSMART ist für uns ein wichtiges Werkzeug im Qualitätsprozess: Wir können den Prozess auch rückwirkend kontrollieren, Analysen durchführen und Trends erkennen“, erklärt Mathias Winzerling. Langfristig soll auch das SPI an den KSMART-Server angebunden werden. Davon erhofft man sich bei Christ Electronic Systems weitere Synergieeffekte wie eine durchgängige Rückverfolgbarkeit und noch mehr Transparenz im Prozess.

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Die wichtigsten Verfahren sind DPM und Klebeetiketten Eine der bekanntesten Möglichkeiten der Kennzeichnung von Leiterplatten ist die Verwendung von Klebeetiketten (Aufkleber oder auch Labels genannt). Verwendet wird dabei meist ein weißes Trägermaterial, welches vorab mit einer Information in Form eines 1D oder 2D Codes bedruckt wurde. Der nachweisliche Trend der Kennzeichnung geht hin zum DPM-Verfahren. DPM steht hierbei für „Direct Part Marking“. Beim DPM wird die Kennzeichnung dauerhaft auf dem jeweiligen Produkt (Leiterplatte, Baugruppe) aufgebracht. Als DPM-Verfahren hat sich dabei die Laserbeschriftung durchgesetzt. In der Regel kommt dabei ein CO2-Lasersystem zum Einsatz, welches beim Beschriftungsprozess einen Farbumschlag im Lötstoplack erzeugt. Wie wir alle wissen ist nichts wirklich perfekt, so auch hier. Beide Verfahren bringen in ihrer Anwendung und im Hinblick auf den gesamten Produktlebenszyklus entsprechende Vor- und Nachteile mit sich. Wo Licht da auch Schatten: Die Vor- und Nachteile liegen auf der Hand Schauen wir uns mal das Aufbringen von Etiketten näher an. Im ersten Moment und gerade bei kleiner Stückzahl sehen wir oft den Einsatz von Etiketten als eine kostengünstige Lösung. Werden diese von Hand aufgeklebt, müssen wir uns über die Kosten und die Fehlermöglichkeiten sicher Gedanken machen. Daher bringt man heutzutage die Etiketten überwiegend direkt mit dem Bestücker auf. Dies hat zur Folge, dass eine mögliche Datenerfassung erst ab der Mitte des Fertigungsprozesses erfolgt. Alle unsere vorgeschalteten Prozesse werden somit für die spätere wichtige gesamtheitliche Prozessvalidierung nicht erfasst. Wir setzen typisch sog. Labelfeeder ein, die der Bestückungsanlage die Aufkleber wie ein Bauteil zur Verfügung stellen. Dadurch reduzieren wir natürlich den so dringend benötigten Stellplatz auf der Bestückungsanlage um teilweise bis zu sieben Spuren. Dies hat direkte Auswirkungen auf die Rüstungen und könnte im Einzelfall sogar dazu führen, dass wir ein Produkt nicht komplett mit einer Rüstung produzieren können. Zudem erhöhen sich durch das Setzen eines oder mehrerer Etiketten mittels Bestückungsmaschine auch die Taktzeiten, da Etiketten langsamer bestückt werden müssen. Final hat dies Auswirkungen auf unseren gesamten Fertigungsprozess. Die meist vorgedruckten Etiketten müssen bei einem Produktwechsel auch oft umgerüstet werden, da es produktabhängig verschiedene Anforderungen und Einschränkungen gibt. Oftmals ist der Platz auf der jeweiligen Leiterplatte nicht ausreichend vorhanden und so wird lediglich nur ein Barcode auf den Nutzenrand aufgebracht und nicht jeweils auf alle Einzelschaltungen, was nach dem Vereinzelungsprozess zu einer unvollständigen und nicht mehr nachvollziehbaren Prozesskette führt. Eine solche vereinfachte Kennzeichnung deckt zwar manchmal den reinen internen Prozess zur Datenerfassung ab, am Ende müssen wir uns aber alle überlegen, ob dies unserem Anspruch an Qualität und Liefertransparenz gerecht wird. Immer die Konsequenz aus dem Gesamten dabei beachten. Gewisse technische Einschränkungen sind zudem zu überprüfen. Wir wissen, dass Etiketten kleiner 5x5mm nicht mehr prozesssicher platziert und gelesen werden können. Auf kleinen Etiketten ist natürlich auch weniger Inhalt möglich. Um einen Code muss mindestens ein umlaufender Rand von gut 1mm freigehalten werden um ihn später sauber lesen zu können. Besteht der Wunsch oder die Idee die Etiketten bereits vor der SMT Linie auf die Leiterplatte aufzubringen, müssen wir ein paar weitere Faktoren beachten. Einer davon ist der Druckprozess. Man stelle sich vor, dass ein ca. 100µm dickes Etikett auf die Leiterplatte aufgebracht wird. Eine klassische Druckschablone ist i.d.R. ca. 100-130µm dick. Nun trifft die Schablone auf das 100µm dicke Etikett und verursacht so an und um diese Stelle einen erhöhten Absprung. Dieser führt zu einer ungewollt höheren Aufbringung von Lotpaste, was gerade bei FinePitch zu Fehlern führt. Am Ende ist es auch eine Kostenfrage. Die Kosten für Etiketten steigen mit zunehmender Menge und Varianten. Zudem bedarf es hitzebeständiger und teurer Etiketten (sog. Kapton-Material) für einen prozesssicheren Einsatz im Lötprozess. Nur diese halten einen teilweise zweimaligen Durchlauf durch den Lötofen aus. Eine langfristige Berechnung über die Stückzahlen sollte hier immer vorgenommen werden, um so andere Verfahren wie die Laserbeschriftung auch in Betracht zu ziehen. Ein klarer Vorteil von Aufklebern ist dabei das sehr gute Kontrastverhältnis. Auf ein weißes Etikett wird ein schwarzer Inhalt gedruckt. Auch bei einem späteren Beschichtungsverfahren (Bsp. Schutzlackierung) der Baugruppe kann meist der Inhalt noch sehr gut gelesen werden. Der wichtigste Faktor aber ist, Etiketten können abfallen und somit verlieren Sie alle Informationen. Kommen wir zum DPM-Verfahren und schauen uns dabei die Laserbeschriftung genauer an. Die Laserbeschriftung kommt am Anfang einer SMT Fertigung zum Einsatz. Meist als inlinefähige Anlage direkt in der SMT Linie vor dem Drucker oder als autarke automatisierte „Beschriftungsinsel“ vor der Linie oder bereits im Wareneingang. Die Taktzeiten pro Beschriftung sind sehr kurz. Die Qualität der Beschriftung wird im System gleich nach dem Aufbringen überprüft. Neben dem hohen Durchsatz steht auch die Flexibilität der Kennzeichnung im Fokus einer modernen Laserbeschriftungsanlage. Der Inhalt kann frei definiert und zur Kennzeichnung entsprechend produktspezifisch ausgeführt werden. In der Größe der Kennzeichnung und dem Inhalt sind Sie praktisch frei und so ist eine individuelle Kennzeichnung je nach verfügbarem Platz auf der Leiterplatte umsetzbar. Definitiv verbleibt die Kennzeichnung dauerhaft auf der Leiterplatte und kann nur mechanisch zerstört werden. So sind Sie für alle Fälle auf der sicheren Seite.
von Stefanie Marszalkowski 13. Januar 2021
Die LPKF Laser & Electronics AG blickt zurück auf ein Jahr erfolgreicher Zusammenarbeit mit der SmartRep GmbH: Seit 2019 ist SmartRep exklusiver Partner für die LPKF-Lasernutzentrennsysteme in der D-A-CH Region. SmartRep konnte bereits zahlreiche Anfragen generieren und mehrere Projekte erfolgreich abschließen. Vor allem der Schweizer EMS-Markt zeigte großes Interesse an der Lasernutzentrenntechnologie. „SmartRep hat sich mit seiner langjährigen Erfahrung und guter Branchenkenntnis als die richtige Wahl für einen Vertriebspartner erwiesen“, sagt Thorne Lietz, Senior Sales Manager bei LPKF.
Smarte SMD-Lagerlösungen bei Deltec
von Dr. Julia Traut 17. November 2020
Keine Suchzeiten für Bauteilrollen, geringer Platzaufwand, einfache Bedienung – so lassen sich die Vorteile kurz zusammenfassen, die DELTEC Automotive durch die Umstellung des Lagers für Highrunner-Produkte auf die smarten Regale von INOVAXE erreichte.
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