Design for Excellence

Wie Best Practices die Produktentwicklung verkürzen

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Eine neue Sicht auf die Prototypenphase

Da im traditionellen Prototypenbau viele Bauteile manuell bestückt werden, wirkt sich die zunehmende Miniaturisierung immer stärker aus. Die erforderliche Positionsgenauigkeit eines SMD-Bauteils von beispielsweise 50 µm ist per Hand nicht zuverlässig einzuhalten. Befinden sich die Bauteile in der Paste nicht exakt an der richtigen Stelle (x, y und Höhe), ergeben sich mangelhafte Lötstellen mit Fehlerraten von häufig 20 bis 30 Prozent.

Die Bestückung erfolgt üblicherweise auf Musterbaumaschinen. Datenformate, Prozesse und technische Parameter unterscheiden sich daher von den Serienmaschinen. Trotz einer erfolgreichen Inbetriebnahme eines traditionell hergestellten Prototypen ergeben sich durch die größer werdenden Unterschiede zwischen Prototypen- und Serienfertigung nach der Prototypenphase steigende Entwicklungsaufwände.

Deshalb empfiehlt Ihlemann die Fertigung von Prototypen bereits auf High-End-SMD-Bestückungsautomaten. Hier werden Anforderungen wie Design for Manufacturing (DfM), Design for Testability (DfT) und Design for Cost (DfC) bereits an die Erstellung von Prototypen gestellt. Das hat zur Folge, dass bereits vor der Nullserie alle Vorbereitungen der Serienproduktion abgeschlossen sind. Dadurch kann ein ganzer Prozessschritt eingespart werden und der doppelte Aufwand für die Vorbereitung der Prototypen- und Serienfertigung entfallen.

Risikomanagement und kürzere Fertigungszeiten

„Es reicht nicht aus, durch immer leistungsfähigere Testverfahren auch verdeckte Fehler immer besser zu erkennen. Es geht darum, die Fehler frühzeitig zu vermeiden. Das betrifft sowohl nicht normgerechte Designs als auch Verfahren und Abläufe in der Fertigung“, erläutert Bernd Richter die Anwendung von Risikomanagement-Verfahren wie das FMEA (Failure Mode and Effects Analysis), das für jeden einzelnen Prozess, jedes System und für jedes Produkt untersucht und bewertet, wo Fehler auftreten können, welche Bedeutung sie für den Kunden haben, mit welcher Auftretenswahrscheinlichkeit zu rechnen und wie groß die Entdeckungswahrscheinlichkeit ist. Dieses präventive Vorgehen wurde bei Ihlemann zunächst in der Medizintechnik und schließlich für alle Prozesse umgesetzt.

Der EMS-Dienstleister berichtet, dass mit dieser neuen Qualitätsphilosophie neue Chancen besser erkannt und genutzt werden können, etwa durch die Anwendung innovativer Technik. Die Vermeidung von Fehlern verbessert dabei nicht nur die Qualitätskennzahlen, sondern sorgt auch für kürzere Durchlaufzeiten in der Fertigung. Richter nennt den Lötprozess unter Stickstoff, Verfahren wie Pin in Paste und die Beratung bei der Auswahl von Bauformen als Beispiele.

„Noch vor 10 Jahren fehlte es an Verfahren wie dem Selektivlöten oder dem Einsatz einer Stickstoff-Atmosphäre beim THT-Löten. So gab es viele Probleme mit fehlerhaften Lötstellen und störende Flussmittelrückstände“, so Richter. Durch die Verwendung von Stickstoff als Schutzgas in Wellenlötmaschinen und Reflow-Öfen wird der Sauerstoffgehalt in der Prozesskammer so weit reduziert, dass das flüssige Lot und die erwärmten Oberflächen der Bauteile und Leiterkarten nicht weiter oxidieren können. Im Ergebnis verbessert sich das Benetzungsverhalten, es wird weniger Flussmittel eingesetzt und die Lötprozesse werden sicherer und fehlerfreier.

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