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Investition in nachhaltige Qualitäts- und Prozessverbesserungen

Stefanie Marszalkowski • 17. Mai 2021

Die Synetronics Bestückungs AG investiert in 3D AOI von Koh Young

Die Synetronics Bestückungs AG, ein EMSler aus dem schweizerischen Mümliswil, setzt mit ihrer Investition in das 3D AOI „Zenith Alpha HS+“ von Koh Young auf modernste Messtechnologie zur Fehlererkennung bei bestückten Leiterplatten und legt so den Grundstein für nachhaltige Qualitäts- und Prozessverbesserungen.

Das 3D AOI Zenith Alpha HS+ bei der Synetronics Bestückungs AG (c) Synetronics

Das 3D AOI Zenith Alpha HS+ bei der Synetronics Bestückungs AG (c) Synetronics

Von der Entwicklung über die Prototypen-Erstellung, die SMD- bzw. THT-Serienfertigung bis hin zur Montage der fertigen Baugruppe bietet die Synetronics Bestückungs AG ihren Kunden einen „alles aus einer Hand“-Service, der für einen hohen Standard in Sachen Produktqualität steht. Nun kehrt das nach EN ISO 13485 zertifizierte Unternehmen der manuellen Sichtkontrolle den Rücken zu und investiert mit dem 3D AOI „Zenith Alpha HS+“ in Datentransparenz, Rückverfolgbarkeit und eine vollständige Prüfabdeckung: Das System vermisst Bauteile und Lotanflusswinkel mit der von Koh Young patentierten Piezo-Technologie, die sich den Phasen-Shift beim Moiré-Effekt zunutze macht, exakt in 3D. Herausforderungen wie Bauteilabschattungen und Leiterplattenverwölbungen haben dabei keinen Einfluss auf das Messergebnis. „Das messtechnische Prinzip der Anlage und die daraus resultierende Mess- und Wiederholgenauigkeit sind absolut überzeugend,“ begründet Tobias Schwöble, Produktionsleiter Elektronikfertigung bei Synetronics, die Entscheidung für das System.


Seine Prozessentscheidungen stützt der EMSler, der in kleinen bis mittelgroßen Serien unter anderem für Kunden aus der Medizintechnik und dem Apparatebau fertigt, nun auf absolute, reproduzierbare Messergebnisse: Über die KSMART-Tools, einer Sammlung webbasierter Analyse-Tools, können sämtliche Aufträge eingesehen und aufgetretene Fehler bis auf Board und Bauteil hin nachvollzogen werden. Ansichten wie die Top 5 der häufigsten Fehler lassen Rückschlüsse auf Schwachstellen im Prozess zu und ermöglichen so ein gezieltes Eingreifen. „Das Datenmanagement des AOI birgt für uns viele Vorteile,“ bekräftigt Schwöble, „die Messergebnisse sind komplett rückverfolgbar und unsere Prozesse werden transparent.“


Mit der Investition realisiert Synetronics nicht nur Qualitäts- und Prozessverbesserungen, sondern sichert sich auch langfristige Wettbewerbsvorteile: Durch die gründliche Datenerfassung des Systems kann Synetronics seinen Kunden die Inspektions- und Qualitätsdaten künftig noch transparenter darlegen und so das Vertrauen in die Produkte weiter stärken. Für die nahe Zukunft ist eine Integration der Maschine in die Linie geplant, von der man sich bei Synetronics positive Effekte auf die Schnelligkeit und die Rentabilität der Bestückung in der Schweiz erhofft.


Ein wichtiges Kriterium bei der Entscheidung für das Inspektionssystem war laut Schwöble neben einer hohen Prüf-Abdeckung, schneller Programmierung und einem durchdachten Datenmanagement ein zuverlässiger Support. „Mit der Alpha HS+ sehen wir unsere Anforderungen in allen Punkten erfüllt,“ freut sich Tobias Schwöble. Technisch betreut wird die Anlage durch die SmartRep GmbH, die mit dem größten Koh Young Applikationsteam Europas für Service und Vertrieb von Koh Young Anlagen in der gesamten D-A-CH Region verantwortlich ist.


Über Synetronics
In die Produkte und Lösungen der Synetronics Bestückungs AG, ein EMSler mit Sitz in Mümliswil, Schweiz, fließen über 40 Jahre Erfahrung und Know-How ein. Der Hersteller von anspruchsvollen elektronischen Baugruppen und Geräten fertigt unter anderem für Kunden aus der Medizintechnik, der Avionik und dem Apparatebau in kleinen bis mittelgroßen Serien und verantwortet den gesamten Produktlebenszyklus von der Prototypenentwicklung bis hin zur Testung der fertigen Baugruppe.

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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.
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