Embedded-Boards Raspberry Pi: Wie das intrusive Reflow-Löten die Effizienz steigert

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Die Raspberrry Pi Foundation hat die Fertigungszeit um 15 Prozent verkürzt, die Produktrücksendungen um die Hälfte reduziert und 43 Tonnen CO₂-Emissionen pro Jahr vermieden, indem sie die Art und Weise geändert hat, wie sie die Anschlüsse an ihre Computer lötet.

Bei der Produktentwicklung und -herstellung bewirken kleine Änderungen oft große Unterschiede in der Fertigung und in den Umweltauswirkungen. „Wir bei Raspberry Pi haben immer darauf. geachtet, dass wir die Prozesse zur Herstellung unserer Produkte genau verstehen, damit wir Möglichkeiten zur Verbesserung erkennen können“, erklärt Roger Thornton, Principal Hardware Engineer bei der Raspberrry Pi Foundation. „Im Vorfeld des Raspberry Pi 5 haben wir mit unserem Fertigungspartner Sony zusammengearbeitet, um die Technik intrusives Reflow-Lötung einzuführen, eine Anpassung, die die Produktqualität verbessert, den Abfall reduziert und unsere Umweltauswirkungen verringert hat.“

Lösung des Engpasses bei Durchsteckverbindungen

Steckverbinder mit Durchgangslöchern sind seit langem ein Knackpunkt in der effizienten Produktion. Sie erfordern robuste Lötverbindungen, die durch die Leiterplatte selbst hindurch hergestellt werden, was bedeutet, dass sie nicht einfach mit den Standardverfahren von SMT-Maschinen (Surface Mount Technology, auch bekannt als Pick-and-Place) verarbeitet werden können.

„Aus diesem Grund haben wir uns immer bemüht, die Anzahl der durchkontaktierten Teile zu minimieren und diese Art der Montage ist in der Regel für Steckverbinder reserviert“, so Thornton weiter. „In den Anfängen des Raspberry Pi wurden diese Teile von Hand und später mit Hilfe von Robotern eingesetzt. Danach folgte ein Wellenlötschritt - ein zusätzlicher Prozess, bei dem die Platinen ein Bad aus geschmolzenem Lot durchlaufen. Dies bedeutete einen zusätzlichen Zeit- und Kostenaufwand sowie eine höhere Komplexität für unsere Produktionslinie.“

Dank der Zusammenarbeit mit Sony konnte die Raspberry Pi Foundation alle lochspezifischen Vorgänge aus ihren Fertigungsprozessen entfernen. Mit dem Intrusive-Reflow-Verfahren lassen sich nun Steckverbinder mit denselben Bestückungsautomaten platzieren, die bereits für oberflächenmontierte Teile verwendet wurden; das bedeutet, dass keine maßgeschneiderte Robotertechnik oder ein zusätzlicher Lötschritt mehr erforderlich ist.

In einer Reihe von Versuchen haben wir die Bauteilplatzierung perfektioniert, die Lotpastenschablone optimiert, das Leiterplattenlayout verfeinert, das Steckverbinderdesign angepasst und den Prüfprozess angepasst. Die Ergebnisse wurden anhand strenger Qualitätskontrolle überprüft und so erfolgreich alle selbst gesetzten Standards erreicht.

Ein neuer Fertigungsstandard für Raspberry Pi 5 und weitere Modelle

„Dies ist der Produktionsprozess, den wir bei allen Raspberry-Pi-5-Computern anwenden, und wir arbeiten daran, ihn auch auf die Herstellung unserer früheren Modelle auszuweiten“, berichtet Thornton stolz weiter.

Die Umstellung führte zu einer deutlichen Verbesserung der Produktqualität und zu einem massiven Rückgang der Produktrückgaben um 50 Prozent. Außerdem konnte die Geschwindigkeit der Produktherstellung um 15 Prozent gesteigert werden. Der Bestand an unfertigen Produkten (WIP) wurde vollständig eliminiert, da es keine Unterbrechung in der Produktionslinie mehr gibt, von der Ankunft der nackten Platinen in der Fabrik bis zur Verpackung der fertigen Raspberry Pi Computer in Schachteln. Und durch die Entfernung eines Maschinensatzes – des Selektivlötbads – aus der Produktionslinie wurde der CO₂-Ausstoß der Produktion um 43 Tonnen pro Jahr reduziert.

Intelligentere Fertigung, kleinerer Fußabdruck

Die Umstellung des Raspberry Pi auf intrusive Reflow-Lötung zeigt, wie gezielte Änderungen in der Fertigung zu erheblichen Verbesserungen der Nachhaltigkeit führen können. Durch die Senkung des Energieverbrauchs, die Eliminierung verschwenderischer Zwischenschritte und die Verbesserung der Produktqualität verringerte das Unternehmen Umweltauswirkungen und machte gleichzeitig seine Produktion effizienter. Dies ist laut Raspberry Pi nur eine von mehreren laufenden Bemühungen, verantwortungsvoller und nachhaltiger zu produzieren. (mk)

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