Elektronik-Auftragsfertiger reduziert Lötfehler beim Schablonendesign um 80 Prozent

Fehlerhafte Schablonen vermeiden

SRXGlobal (SRX) ist ein multinationaler Elektronik-Auftragsfertiger (Contract Electronics Manufacturer, CEM), der seinem internationalen Kundenstamm in den Bereichen Medizin, Industrie, Banken, Verteidigung und Kommunikation Konstruktions-, Engineering-, Entwicklungs- und Fertigungslösungen anbietet. SRX wurde 1991 gegründet und hat seinen Hauptsitz in Sydney, Australien. Das Tagesgeschäft wird in Melbourne, Singapur sowie Johor Bahru und Penang, Malaysia, abgewickelt.

Der Branchentrend hin zu einer Produktion mit hoher Produktvarianz und geringen Stückzahlen hat dazu geführt, dass die Elektronikfertigungsbranche ihre Konstruktionspraktiken neu ausrichtet, und SRX bildet da keine Ausnahme. Nick Niculita, Engineering Manager bei SRX, erklärt: „In unserem wettbewerbsintensiven Umfeld ist die Senkung der Entwicklungskosten von größter Bedeutung. Die Standardisierung des Konstruktionskonzeptes in der Fertigung ist der Schlüssel zur Bewältigung einer hohen Produktvarianz bei geringen Stückzahlen, und wie bei jedem Fertigungsunternehmen ist es wichtig zu erkennen, dass die Umsetzung einer digitalen Transformation ein Muss ist. Wir haben unsere Abläufe digitalisiert, sodass jetzt alles online ist und die Mitarbeiter überall in der Fertigung darauf zugreifen können.“

Für SRX lag einer der Hauptschwerpunkte bei der Digitalisierung auf Lötfehlern bei der Oberflächenmontage (Surface Mount Technology, SMT). Lötfehler führen zu Produktionsfehlern, verursachen Verzögerungen und beeinträchtigen das Endergebnis. Niculita erläutert: „Laut IPC, dem Weltverband für Elektronikfertigung, treten bis zu 65 Prozent der SMT-Fehler während des Druckprozesses auf. Nach den Druckparametern und dem Aufbringen der Lötpaste ist die Schablone der drittwichtigste Faktor, der die Qualität des Lötpastenauftrags beeinflusst. Eine fehlerhafte Schablone kann zu Defekten auf allen Ihren Leiterplatten führen.

„Wir haben festgestellt, dass die Ursache für die Lötfehler in einem fehlerhaften Schablonendesign lag. Um Zeit zu sparen, wurde die Schablone anhand von CAD-Daten exakt auf die Größe und Form der Öffnung zugeschnitten, wodurch eine ganze Reihe von Lötfehlern entstanden. Die Alternative – die Anpassung der Schablone – ist sowohl zeitaufwändig als auch fehleranfällig, da der Produktionsingenieur die Öffnungen manuell mit dem CAM-Tool bearbeiten muss. Die Bearbeitung erfordert Fachwissen und obliegt der Interpretation durch den Ingenieur.

„Wie Sie sehen können, würde eine Standardisierung des Anpassungsprozesses Fehler und Verzögerungen reduzieren. Wenn alles gleich auf Anhieb richtig gemacht wird, verringert sich auch die Anzahl der vom Anbieter des Schablonenschneiders benötigten Umdrehungen.“

Die Valor-Lösung

Um seine Digitalisierungs- und Standardisierungsziele zu erreichen, implementierte SRX mit Hilfe des australischen Siemens-Partners ONBoard Solutions das Valor™ Process Preparation Software-Schablonenmodul.

Das Valor-Schablonenmodul wurde entwickelt, um den Prozess der Schablonenanpassung zu vereinfachen und zu beschleunigen. Valor™ Process Preparation ist Teil des Siemens Xcelerator-Portfolios, dem umfassenden und integrierten Software- und Service-Portfolio von Siemens Digital Industries Software, und umfasst auch ein Modul für den Entwurf für Tests (Design for Testing, DFT).

„SRX hatte geschäftlichen Bedarf an einem DFT-Engineering-Prozess“, sagt Joshua Lawson, Sales and Operations bei ONBoard Solutions. „In der Vergangenheit benötigte SRX Tage, um Testprogramme für die Testart Flying Probe auf ihrem Takaya-System zu erstellen, doch mit der Valor-Lösung, die genau dieses Problem löst, dauerte es nur Stunden.“

Mit Hilfe der Valor Parts Library – der umfassenden Teiledatenbank von Siemens – können die Produktionsingenieure die Schablone automatisch für jedes einzelne Teil anpassen. Diese Lösung ermöglicht eine einfache Standardisierung der Schablonenfertigung, ohne dass man sich auf das Fachwissen oder die richtige Interpretation des Prozessingenieurs verlassen muss.

Die Valor Parts Library bietet eine zusätzliche Überprüfung, ob das Schablonendesign optimal erstellt und bereit für den Einsatz ist. „Die integrierte Wissensdatenbank der Valor Parts Library kann in Vorlagen integriert werden, welche die Erstellung von Schablonendesigns auf Anhieb ermöglichen“, erläutert Niculita.

Die Berichtsfunktionen des Schablonenmoduls von Valor Process Preparation liefern eine Fülle von Werkzeugdetails und Daten zur Rückverfolgbarkeit des Schablonendesigns und können bei internen Audits zur Einhaltung neuer Produkteinführungsqualitätssicherungsstandards (NPI-QA), wie z. B. der International Organization for Standardization (ISO9001/ISO13485), verwendet werden.

Die Berichte können auch zur Berechnung des Lötmittelbedarfs und der Kosten genutzt werden, da die Menge der auf jeder Leiterplatte verwendeten Lötpaste angegeben wird.

„Das Tool für die Schablonenentwicklung war eine beeindruckende Ergänzung der Lösung, die einen großen Nutzwert für den NPI-Prozess sowie die Reduzierung von Fehlern im SMT-Prozess und Beiträge zur Kostenkalkulation in Form von Schätzungen des Lötpastenverbrauchs lieferte“, fügt Lawson hinzu.

„Von allen Lösungen, die wir evaluiert haben, war Valor Process Preparation die umfassendste, da sie alle Produktionsstufen in einem einzigen Tool abdeckt“, berichtet Niculita. „Wir brauchten keine separaten Lösungen zu erlernen und zu integrieren.

Unsere Ergebnisse hängen nicht mehr allein von der Erfahrung des Prozessingenieurs ab. Für uns bietet Valor Process Preparation den größten Nutzen.

Wenn Sie Ihre Schablone auf der Grundlage der von IPC empfohlenen Best Practices standardisiert entwerfen, eine geeignete Lötpaste verwenden und die Druckparameter sorgfältig überprüfen, ist das Druckergebnis optimal. Genau das ist es, was wir wollen, und genau das bekommen wir jetzt mit Valor Process Preparation.“

Ergebnisse

SRX hat nach dem Einsatz des Valor Process Preparation Schablonenmoduls folgende betriebliche Verbesserungen festgestellt:

• Reduzierung der NPI-Lötfehler im ersten Durchgang in Verbindung mit dem Schablonendesign um 80 Prozent
• Verkürzung der Zeit für die Bearbeitung der Öffnungen von drei bis sechs Stunden für die manuelle Bearbeitung im computergestützten Fertigungssystem (CAM) auf weniger als eine Stunde mit Valor Process Preparation. Valor bietet eine automatische Größenanpassung von Standardöffnungen, so dass sich der Prozessingenieur auf komplexere, betriebsnotwendige Teile konzentrieren kann
• Umstellung auf das NPI-DFM-Engineering-Modell "Right-First-Time", bei dem der Prozess weniger von der Erfahrung der Ingenieure und mehr von der Validierung der erfassten Beschränkungen bestimmt wird

Zukunftspläne

SRX evaluiert derzeit die Software Valor BOM Connector, ein Tool zur Angebotserstellung für Leiterplatten (PCB) von Siemens, das über eine Schnittstelle mit Valor Process Preparation, der Valor Parts Library und dem ERP-System (Enterprise Resource Planning) verbunden ist, um schnelle und genaue Preisinformationen zu erstellen.