Geboostert für die Elektronikfertigung der Zukunft?

Das Berliner Technologieforum ist wieder von den Partnerfirmen Siemens, Rehm Thermal Systems, ASM Assembly Systems, ASYS Group, Balver Zinn, ATEcare, Christian Koenen, kolb Cleaning Technology, MTM Ruhrzinn, Vliesstoff Kasper und Zevac im Conference Center Berlin der Siemens AG veranstaltet worden. Die Vorträge wurden von einer Table Top-Ausstellung ergänzt, an der sich neben den Partnerfirmen auch die Scheid IT GmbH und Würth Elektronik beteiligten.

Die Moderatoren Bernd Müller, Siemens AG, und Dr. Paul Wild, Rehm Thermal Systems, führten nach der Begrüßung in die Thematik ein, wobei die Situation und die Herausforderungen betrachtet wurden.

Vortragsblock Kreislaufwirtschaft und Nachhaltigkeit

Dass und wie eine CO₂-Reduktion durch Kreislaufwirtschaft möglich ist, zeigte Lothar Pietrzak, MTM Ruhrzinn, am Beispiel des Metallrecyclings auf. So zeigt die Ökobilanz von Sekundärzinn aus dem Recycling im Vergleich zu Primärzinn aus Erzen klare Vorteile: nur knapp 1 % der Energie wird benötigt und weniger als 1 % CO₂ ausgestoßen. Und durch ein neues chemisches Trennverfahren von Lotpulver ohne Verbrennen von Organik kann dieses erhalten werden, so dass kein Vernichten der bereits erfolgten Transformation des Lotes in die Pulverform erfolgt, was mit weiterer CO₂ Reduktion und Energieeinsparung verbunden ist. MTM Ruhrzinn bietet als Entsorgungsfachbetrieb nicht nur für Zinnabfälle sondern auch für Edelmetall-haltige Abfälle ein Recycling mit rechtssicherem Abfallmanagement und Nachhaltigkeitszertifikat an.

Auch André Neumann, kolb Cleaning Technology, ging in seinem Beitrag ‚Nachhaltige Reinigungsprozesse – mehr Vermeidung anstatt Recycling' zuerst auf die Forderungen des Kreislaufwirtschaftsgesetzes ein. Als Lösung zur primär geforderten Vermeidung von Abfällen stellte er die Produkte (Reinigungsanlagen und -chemie für verschiedene Anwendungen) und Dienstleistungen seines Unternehmens vor.

Nach einer Kaffeepause zeigte Michael Matthes, Würth Elektronik, anhand von zwei Beispielen des umfangreichen Leiterplattenportfolios seiner Firma auf, dass neue Leiterplattentechnologien nicht nur besser, sondern auch nachhaltiger sind. Dabei ging er auf die 3D-Technik, genauer die digitale additive Lötstoppmaske ‚s.mask' ein, mit der nur die benötigten Bereiche beschichtet werden, so dass die effektive Flächenbelegung der Lötstoppmaske z. B. nur 0,7 % beträgt und entsprechende Materialeinsparungen realisiert werden. Die dehnbare Leiterplatte ‚STRETCH.flex' besteht aus Polyurethan als Basismaterial. Sie muss zum Transport durch die Lötanlage mit einem Supportmaterial verstärkt werden und das Löten muss wegen der Temperaturempfindlichkeit mit einer niedrigschmelzenden Legierung erfolgen. Durch die bei ‚STRETCH.flex' erheblich reduzierte Prozesstemperatur können bis zu 40 % der elektrischen Energie eingespart werden.

Vortragsblock Prozessoptimierung

Matthias Eymann, Balver Zinn, legte dar, wie die Nachhaltigkeit durch Prozessoptimierung beim Löten verbessert werden kann. Bei Flussmitteln liegt der Lösemittelanteil (meistens Alkohol) bei 97 % und ist damit größter CO₂-Faktor. Der mögliche Einsatz von Sekundär-IPA (75 % weniger CO₂) ist allerdings fraglich, ebenso für viele Anwendungen der Einsatz wasserbasierter Flussmittel. Teilwasserbasierte Flussmittel sind eine Alternative. Der Dropjet ist am sparsamsten zum Auftragen bzw. der Dosierung des Flussmittels. Zu den weiteren Einsparpotenzialen bei den Lötanlagen gehören Schutzgas, Nachtabsenkung oder Maschine komplett ausschalten und Standby-Modus. Die Lottiegeltemperatur sollte so niedrig wie möglich sein. Auch das Lötbadmanagement ist wichtig, so dass das Lot möglichst lange nutzbar ist, u. a. mit Antioxidantien und Stickstoff zur Krätzereduktion. Mit Sekundär- anstelle von Primärzinn kann viel CO₂ eingespart werden. Eine Alternative für etliche Anwendungen sind niedrig schmelzende Lote wie SnBi28. Wie Balver Zinn bei der Umsetzung der Prozessoptimierung bzw. auf dem Weg zur Nachhaltigkeit hilft, wurde erläutert.

Nach der Mittagspause erläuterte Werner Eckert, Christian Koenen, wie man den Schablonendruck im Fine-Pitch-Bereich verbessern kann. Häufige Herausforderungen im Fine-Pitch-Druck sind Unebenheiten auf dem Substrat z. B. aufgrund von zu hohen Via-Fillings, Kennzeichnungen (Beschriftungsdruck oder Aufkleber) oder Lötstopplack. Auch ein Versatz des Substrates und falsche Padgrößen ergeben Probleme beim Pastendruck. Mit günstig gesetzten LP-Unterstützungen, Skalierung, gefrästen Stufenschablonen, PLASMA-3.0- Beschichtung und optimierten Rakelparametern sind Optimierungen möglich. Als Drucken in neuen ‚Spheren' stellte Torsten Vegelahn, ASYS Automatisierungssysteme, einen weiteren Schritt zum vollautonomen Drucksystem vor, nachdem er vorab die Autonomielevels definiert hatte. Zum Autonomielevel 1 gehört ein Magazin zur Pastenversorgung mit 9 Kartuschen, so dass ein Betrieb von bis zu 36 h und unterschiedliche Typen (Wechselbetrieb) ermöglicht wird. Zudem gehören ein Druckwerk mit neuen Funktionen (Einzug und Positionierung der Schablone, automatisierter Rakelwechsel, einstellbare Rakelwinkel und -kraft) sowie ein elektrischer Pastendispenser mit Volumenregelung und Kontrolle und ein Schablonenmagazin zum Autonomielevel 1. Der zugehörige neue elektrischer Rakelkopf ‚Sphere' kann Paste von der Schablone aufnehmen und Paste auf eine neue Schablone übertragen. Er ermöglicht variable Rakelwinkel und Rakelkassetten in üblichen Größen/Längen. Er ist austauschbar zwischen den Druckern und auch für Stufenschablonen geeignet. Der Bediener kann die Maschine rüsten, wenn er dazu Zeit hat – auch während des Druckbetriebes. Der Drucker führt dann den nächsten Rüstwechsel selbständig, i. e. autonom durch.

Vortragsblock Digitalisierung

Nach einer Kaffeepause referierte Markus Scheid, Scheid IT, über Connectivity – Kommunikationsschnittstellen in der Elektronikfertigung. Der neue Standard für die M2M-, d. h. für die horizontale Kommunikation in der Produktionslinie ist IPC-HERMES-9852. Er ist offizieller Nachfolger von IPC-SMEMA-9851. Nun veranlasst das Produkt die Änderungen der Einstellungen der Maschinen in der Linie, indem eine herstellerunabhängige Maschine-zu-Maschine-Kommunikation erfolgt. Die Qualität wird dabei in jedem Fertigungsschritt erfasst, indem jeweils das Produkt identifiziert wird und eine Datenerfassung z. B. Seriennummer, Gesamtstatus (Pass/Fail ...) pro Leiterplatte erfolgt. Durch die Übertagung des Digitalen Zwillings in Verbindung mit der Leiterplatte mittels IPC-HERMES-9852 wird die Linienkomplexität reduziert und transparenter. Für die vertikale Kommunikation von der Maschine zum MES- und ERP-System gibt es mehrere Standards. Der Standard IPC CFX-2591 ermöglicht, dass nur ein Barcodeleser am Start der Linie erforderlich ist und alle Daten synchronisiert sind. Damit können Prozessverriegelung, Monitoring, Traceability, WIP Tracking, Materialmanagement, Wartungsdaten, OEE und Energiemanagement, Produktumstellungen und der Programm-Download unterstützt werden. IPC CFX-2591 ermöglicht so die Steuerung und Überwachung der kompletten Linie einschließlich Closed Loop. Mit SELMA der SMEMA Hermes Bridge gibt es auch eine Lösung für ältere Maschinen in der Linie, um diese datentechnisch zu überbrücken.

Wie AI und Digitale Zwillinge Elektronikfertigungen revolutionieren können, einige Beispiele aus der Praxis erläuterte Dr. Daniel Klein, Siemens AG. So wurde bei der AOI festgestellt, dass in vielen Produktionen im ersten Durchgang nur 70 % der Baugruppen vom System als ‚Pass' bewertet werden und die restlichen zu 95 % Pseudofehler aufweisen. Die Falschbewertungsrate von Fehlern der Operatoren liegt bei 30 %. Eine Verringerung der Pseudofehlerrate des AOI-Systems durch AI um 50 % kann die Pass-Ausbeute um 25 % erhöhen und zu entsprechend großen Einsparungen führen. Bei Fräsmaschinen können sich entwickelnde Spindelfehler mittels AI drei Tage im Voraus erkannt werden, so dass rechtzeitig eingegriffen und die Spindel getauscht werden kann, wodurch ebenfalls viel eingespart wird.

Mit einer kurzen Abschlussdiskussion endete das 13. Berliner Technologieforum.

Austausch auf den Spotlights – den Kurzvorträgen der Partnerfirmen