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Umfassende Qualitätssicherung für optimale Linienauslastung

Stefanie Marszalkowski • 2. März 2021

Insta GmbH setzt auf Koh Young 3D-Inspektion 

Als mittelständischer OEM-Hersteller verbaut die Insta GmbH 200 Millionen Komponenten pro Jahr in kleinen bis mittleren Serien; schnelle Produktwechsel sind dabei an der Tagesordnung. Ein Inline-Inspektionssystem muss da nicht nur zuverlässig die Qualität sichern, sondern auch mit dem Linientempo Schritt halten können. Nun investierte die Insta GmbH in Koh Young AOI- und SPI-Systeme. 

Die Insta GmbH investiert in 3D AOI und 3D SPI-Systeme von Koh Young © Insta GmbH

Das Gros der Fehler im SMD-Prozess passiert bereits rund um die Prozessschritte Drucken und Bestücken. Mit SPI und AOI-Systemen können schon früh im Prozess Fehler erkannt und behoben werden, fehlerhafte Produkte wandern in den Ausschuss. 


Soweit die Theorie. Tatsächlich kann ein Inspektionssystem zum Hindernis in der Fertigung werden: Lange Programmier- und Analysezeiten bremsen die Fertigung aus und dank Pseudofehlern landen auch gute Produkte im Ausschuss.


Schnelle Produktwechsel in kleinen und mittleren Serien

Bei der Firma Insta aus dem nordrhein-westfälischen Lüdenscheid laufen jährlich rund 2000 verschiedene Produkte mit insgesamt 200 Millionen verbauten Komponenten vom Band. Viele Produktwechsel und kurze Linientaktzeiten zeichnen die Fertigung aus: Der OEM-Hersteller betreibt zwei Linien im Zwei-Schicht Betrieb, wobei auf einer Linie hoch flexible, kleine bis mittlere Serien mit 15 bis 22 Produktwechseln pro Schicht gefahren werden – und das ohne nennenswerten Rüstzeitverlust. Auf der zweiten Linie werden pro Schicht 10 bis 12 Produktwechsel realisiert. Nun investiert die Insta GmbH in jeweils zwei 3D AOI und 3D SPI-Systeme des Herstellers Koh Young. Von der Investition erwartet sich Dirk Natt, Industrial Production Planer und Teilprojektleiter im Bereich AOI und SPI, neben einer umfassenden Qualitätssicherung vor allem eine Reduzierung des Ausschusses. 


Koh Young Systeme überzeugten im Benchmark

Die Entscheidung für die Koh Young-Systeme fiel nach einem Benchmark: Um verschiedene Optionen zu evaluieren, gab die Insta GmbH jeweils vier komplexe Baugruppen an Koh Young und drei weitere Anbieter aus. Wichtige Aspekte für die Auswahl der Systeme waren neben der Dauer für die Erstellung der Prüfprogramme und den Analysezeiten an AOI und SPI auch Stabilität und Ergonomie der Software. Während des Benchmarks, der bei den Anbietern vor Ort stattfand, wurden die Programmierung, das Handling des Systems und die Auswertungsmöglichkeiten bewertet. „Da wir durch unser altes AOI-System bereits 10 Jahre Erfahrung in diesen Bereichen haben, war für uns hier besonders die Pseudofehlerrate von Interesse“, erinnert sich Efthimia Palkanikou, Value Stream Managerin bei Insta. Bisher arbeitete die Insta GmbH mit einem 2D-AOI. Im direkten Vergleich haben die Koh Young Systeme überzeugt: „Im Hinblick auf die Pseudofehlerrate hat Koh Young die mit Abstand besten Ergebnisse geliefert“, sagt Palkanikou, „und das bereits nach Neuanlage der Bauteile ohne Optimierungsversuche.“ Auch die rasche Abarbeitung der Testnutzen und der einfache Umgang mit der Software haben beeindruckt.


Integration in den laufenden Betrieb

Nach und nach integrierte die Insta GmbH das AOI Zenith 2 in beide Produktionslinien: Stand das erste System für die Implementierung noch neun Monate offline, während im laufenden Betrieb alle Baugruppen neu angelegt wurden, so konnte eine weitere Zenith 2 nach nur fünf Monaten offline-Betrieb in die zweite Linie integriert werden. Schon jetzt bemerken Stephan Filthuth, Head of Production Systems, und sein Team einen positiven Effekt. Die neue Zenith 2 erkenne wesentlich mehr Bauteil- und Lötfehler als das alte 2D-AOI, so Filthuth. Auch der Zeitaufwand für die Erstellung eines neuen Programms sei spürbar gesunken. 
Als weiteren Schritt wird die Insta GmbH auch die SPI-Systeme in ihre Linien integrieren. „Mit der Integration der SPIs werden Lotpastenfehler schon vor dem Bestücken sichtbar“, freut sich Stephan Filthuth. Von der Integration der SPI-Systeme erwartet er sich eine weitere Reduzierung der Pseudofehlerrate und somit von Ausfällen am Ende der Linie als auch eine Qualitätssteigerung der produzierten Baugruppen.

„Die neuen Systeme fügen sich gut in die Linie ein – Fehler werden zuverlässig und vor allem schnell erkannt, die Taktzeit unserer Linien kann eingehalten werden“, ziehen Stephan Filthuth und sein Team ihr Fazit.


Kompetenter und schneller Support

Nicht nur die Performance des Systems, auch Service und technischer Support waren laut Dirk Natt wichtige Entscheidungskriterien. Mit der Firma SmartRep als Service-Partner hat Insta eine gute Wahl getroffen: Die SmartRep GmbH übernimmt seit mehr als zehn Jahren Installation, Wartung und Service für Koh Young Systeme. Mit dem größten Service-Team für Koh Young Anlagen in Europa und einer Support-Hotline bietet die SmartRep GmbH Koh Young Anwendern im gesamten D-A-CH-Gebiet kompetenten und reaktionsschnellen Support.  In Ihren hauseigenen Applikationszentren im hessischen Hanau und im schwäbischen Günzburg führt die SmartRep GmbH zudem Schulungen und Demos für Koh Young Systeme durch.

„Zu guter Letzt war uns wichtig, SPI und AOI-Systeme aus einer Hand zu beziehen“, sagt Stephan Filthuth, „da wir planen, dieses System als integrale Qualitätssicherung auszugestalten und mit den Prüfsystemen der Montage zu einem Regelkreis zusammenschalten.“ Mit 3D AOI und 3D SPI-Systemen von Koh Young ist dies möglich: Die KSMART-Tools sammeln zentralisiert Mess-, Prozess-, und Maschinendaten und ermöglichen mit zahlreichen Analysetools die Bewertung und Optimierung des gesamten Prozesses.  „Mit der Entscheidung für Koh Young schlägt die Insta GmbH zwei Fliegen mit einer Klappe“, bestätigt Andreas Keller, Geschäftsführer der SmartRep GmbH, „hohe Produktqualität bringt langfristige Vorteile und mit den Koh Young eigenen Analysetools zur Auswertung echter Messdaten kann die Insta GmbH Rückschlüsse auf den gesamten Prozess ziehen und so die Prozessverbesserungen stetig vorantreiben.“


Über Insta

Die Insta GmbH entwickelt und produziert als OEM-Lieferant hochwertige Elektronik für innovative Lösungen rund um die Licht- und Gebäudesteuerung. Das mittelständische Unternehmen setzt auf „Made in Germany“ und fertigt am Standort Lüdenscheid auf zwei Linien im 2-Schicht-System rund 2000 verschiedene Produkte im Jahr. Mit den neuen Koh Young Anlagen investiert Insta in die erfolgreiche Implementierung einer integralen Qualitätssicherung sowie eine gesteigerte Effizienz in der Produktion. 

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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.
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von Dr. Julia Traut 17. November 2020
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von Stefanie Marszalkowski 6. November 2020
Steigende Anforderungen an die Produktqualität bei häufigen Layoutänderungen und flexiblen Produktionsprozessen: Die SMT-Welt und ihre Anforderungen ändern sich ständig. Wer da Schritt halten will, sollte einen Blick auf seinen Nutzentrennprozess werfen.
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