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Umfassende Qualitätssicherung mit 3D Lotpasteninspektion

Stefanie Marszalkowski • 25. Mai 2021

Ginzinger investiert in ein 3D SPI von Koh Young 

Automatisierungslösungen, Feuerwehrautos und sogar der Bohrer beim Zahnarzt haben etwas gemeinsam: In ihnen stecken die Lösungen der Ginzinger Electronic Systems GmbH, einem EMS-Dienstleister aus Österreich. Für das Unternehmen, das mit seinen Lösungen ein Spektrum, das von einfachen Interface-Baugruppen bis hin zu komplexen Embedded-Linux-Systemen reicht, abdeckt, ist höchste Qualität oberstes Gebot. Um diese sicherzustellen, setzt Ginzinger auf umfassende Lotpasteninspektion und ein 3D SPI von Koh Young. 

Die aSPIre3, ein 3D SPI aus dem Hause Koh Young

Die Produktionslinie von Ginzinger Electronic Systems – derzeit eine der modernsten Mitteleuropas – setzt Maßstäbe hinsichtlich Qualität und Effizienz: Von der Bauteilanlieferung bis zur Auslieferung des fertigen Produktes verantwortet das Unternehmen die gesamte Logistikkette und produziert für Kunden aus Branchen mit hohen Anforderungen an die Produktqualität, darunter die Medizintechnik und die Sonderfahrzeugbranche. Auch in sicherheitsrelevanten Systemen kommen Lösungen von Ginzinger zum Einsatz. „Höchste Qualität und 100%ige Rückverfolgbarkeit sind für uns daher Grundvoraussetzungen,“ erklärt Ralph Prosinger, Leiter der SMT-Produktion bei Ginzinger. Um diesem Anspruch gerecht zu werden, investierte Ginzinger bereits 2018 in ein 3D SPI von Koh Young.

Bei Losgrößen von ein bis mehreren tausend Leiterplatten pro Auftrag und rund 11 Rüstwechseln pro Tag stellte die Taktzeit ein maßgebliches Entscheidungskriterium dar. Das gesamte Linienkonzept ziele darauf ab, durch Rüstwechsel verursachte Linienstillstände zu vermeiden, so Prosinger. Mit der Inline betriebenen aSPIre3 konnte die Inspektion aus dem Drucker ausgelagert und dessen Zykluszeit reduziert werden. „Die Integration in die Linie stellte kein Problem dar, da wir wussten, dass die Anlage unsere Taktzeit halten kann.“

Mit der Investition in das SPI realisiert Ginzinger neben einer umfassenden Qualitätssicherung auch Verbesserungen im Druckprozess: Das System ist über eine Schnittstelle mit dem Drucker verbunden und kommuniziert mit diesem in einer Art closed-loop: Der Drucker passt, basierend auf den Messergebnissen des SPI, automatisch seinen Druck an. In Kombination mit dem bereits 2016 in die Linie integrierten AOI liefert das SPI darüber hinaus Daten, die Rückschlüsse auf den Status der Fertigung erlauben. Über die KSMART-Tools, eine Gruppe webbasierter Anwendungen, werden die Daten aller Koh Young Systeme in einer Fertigung gesammelt, aufbereitet und dem Bediener in Übersichten präsentiert. Mit den Anwendungen kann unter anderem der Status der Produktion eingesehen werden und Fehlerquellen sowie Serienfehler können identifiziert und bis auf den Einbauplatz hin nachvollzogen werden. „Wir erhalten einen tiefen Einblick in unsere Fertigung, können den Produktionsprozess nachverfolgen und gezielt in diesen eingreifen,“ fasst Ralph Prosinger zusammen.

Technisch betreut werden die Systeme von der SmartRep GmbH, die seit mehr als zehn Jahren Installation, Wartung und Service für Koh Young Systeme in Deutschland, Österreich und der Schweiz übernimmt. Mit der Entscheidung für die SmartRep GmbH zeigt sich Ralph Prosinger zufrieden: „Der Support ist sehr gut aufgestellt, auf Anfragen wird schnell reagiert.“ „Wir freuen uns, mit unseren Lösungen dazu beizutragen, den hohen Qualitätsstandard bei Ginzinger zu halten“ sagt Andreas Keller, Geschäftsführer der SmartRep GmbH, „von dieser Investition wird Ginzinger noch lange profitieren.“ 
Die Lösungen der Ginzinger Electronic Systems GmbH unterliegen hohen Erwartungen an die Produktqualität. Mit der Investition in ein 3D SPI von Koh Young sichert sich das Unternehmen langfristige Vorteile in Sachen Produktqualität und Kundenzufriedenheit.

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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
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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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