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Kuttig Electronic investiert in ein 3D AOI-System von Koh Young

Dr. Julia Traut • 2. März 2017

Echte 3D Messung statt bloße Inspektion

„Oft steht 100 Prozent 3D auf einem AOI drauf – es ist aber nicht drin.“ Zu dieser Erkenntnis kam Michael Kuttig, Geschäftsführer von Kuttig Electronic, beim Benchmark für ein automatisches optisches Inspektionssystem. Beim Hersteller KohYoung aber wurde er fündig: „In der Zenith steckt wirkliche 3D Technologie – 2D wird nur bei Bedarf zugeschaltet.“ In Zusammenarbeit mit SmartRep und dem Fachmagazin EPP entstand darüber nun ein Applikationsvideo.

Weil das bisherige 2D AOI mit 4,5 bis 5 Prozent bezogen auf bestückte Bauteile eine relativ hohe Pseudofehlerrate aufwies, schaute sich das Unternehmen nach einer neuen Technologie um: „Das alte System arbeitete zu unpräzise, der zeitliche Aufwand war damit zu hoch“, erklärt Michael Kuttig. Weil manche Fehler in 2D einfach nicht sichtbar waren, und Schlupf auf jeden Fall vermieden werden sollte, wurde die Investition in ein 3D AOI nötig. Der Firmengründer und seine leitenden Mitarbeiter besuchten deshalb fünf Anbieter automatischer optischer Inspektionssysteme und ließen sich an eigenen Baugruppen die Systeme vorführen. „Wir haben jeweils die Erstellung des Prüfprogrammes verfolgt und dann einige Leiterplatten durchlaufen lassen.“ Beim Besuch im Hanauer Democenter der Firma SmartRep, dem exklusiven Partner des Herstellers KohYoung in der DACH-Region, überzeugte sie die einfache Programmierung, die genügend Flexibilität für den EMS-Dienstleister verspricht. Das Zenith-System lieferte bei geringster Pseudofehlerquote überzeugende Ergebnisse in 3D.


Über die Technologie


Mit dem KohYoung-System kann Kuttig Electronic Schlupf verhindern, Pseudofehlerraten minimieren und damit eine höhere Qualität produzieren. Die Umstellung von 2D auf 3D ging dabei relativ schnell: „Wir mussten unsere Daten um die dritte Dimension, also die Höhe der Bauteile, erweitern“, erklärt der Leiter Prüffeld. Man habe nun eine Bauteilbibliothek aufgebaut, mit der komplexe Prüfprogramme in zwei bis drei Stunden erstellt und optimiert werden können. Besonders die Koplanaritätsprüfung setzt das Unternehmen gerne ein: Bei BGAs kann mittels eines Höhenreliefs ermittelt werden, ob sich das Lot gleichmäßig unter dem Bauteil verteilt hat, und ob der BGA plan aufliegt.


Ein Highlight, das für sehr gute Messwerte sorgt, ist die Kompensation der Leiterplattenverwölbung. Das Prüfergebnis, das ist die große Stärke der KohYoung Technologie, ist dabei unabhängig vom Bediener, weil objektiv Messwerte verglichen werden. Erkennt das KohYoung AOI einen Fehler, meldet es diesen an den Reparaturarbeitsplatz. Dort kontrolliert ein Mitarbeiter die Fehlermeldung und leitet Reparaturmaßnahmen ein. Zur Schrifterkennung kann eine 2D Messung hinzugeschalten werden.


Kuttig Electronic betreibt das AOI als Insellösung mit Ein- und Ausgabepuffer und lässt Produkte aller drei Linien darüber laufen; möglich machen dies die kurzen Taktzeiten des AOI-Systems. „Rückverfolgbarkeit ist uns sehr wichtig; mittels Barcodes können wir jedes Bauteil einer gefertigten Leiterplatte bis auf den Lieferanten zurückverfolgen. Deshalb war die Archivierung und nachträgliche Offline-Sichtung der AOI-Daten ein wichtiger Faktor in unserem Benchmark“, sagt Michael Kuttig. „Schon nach einer achtwöchigen Teststellung wollten wir nicht mehr auf unsere Zenith verzichten“, so der Firmengründer.


Über Kuttig Electronic

High-Mix-Low-Volume zeichnet das Tagesgeschäft des EMS-Dienstleisters Kuttig Electronic in Roetgen aus. Bei durchschnittlichen 100er Losgrößen sind schnelle Produktwechsel an der Tagesordnung. Auf drei Linien bietet das Full-Service-Elektronik-Unternehmen hochwertige Dienstleistungen rund um die Elektronik inklusive umfangreicher Funktionsprüfungen. Mit 60 Mitarbeitern werden im Dreischichtbetrieb 400 bis 500 neue Produkte pro Jahr eingeführt. Dabei laufen jährlich rund 150 000 Baugruppen übers AOI. Kuttig fertigt für die Branchen Industrieelektronik und Medizintechnik und liefert nach Belgien, Holland, Schweiz, Österreich und sogar China und USA.


Über die Zusammenarbeit mit SmartRep

„Anfangs hatten wir Bedenken, weil die Maschine in Korea entwickelt und produziert, der technische Support aber vom Distributor SmartRep aus Deutschland geleistet wird. Wie sich nun aber nach knapp einem Jahr Betrieb herausstellt, war dies völlig unbegründet“, sagt Kuttig. SmartRep bearbeite über seine Service-Hotline und den Fernzugang auf das System zügig alle Anfragen: „Die Techniker sind hoch kompetent, engagiert und nah dran am Fertigungsgeschehen“, bestätigt auch Christian Heinrichs, Leiter Prüffeld und optische Inspektion. Dabei arbeiten SmartRep und KohYoung eng zusammen und geben Vorschläge aus der Praxis an die Entwicklungsabteilung weiter. „Denn nicht nur bei den regelmäßigen Anwendertagen setzen KohYoung und SmartRep auf Austausch und Dialog mit den Usern“, betont Rudolf Niebling, Geschäftsführer von SmartRep.

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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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