Immer gut bestückt


Titelthema a:lot 05 - Winter 2012

Die Bestückung von Leiterplatten ist ein hochkomplexer Prozess, der von zahlreichen technischen, betriebswirtschaftlichen und anderen Faktoren abhängig ist. Seit in den 70er-Jahren die ersten Bestückungsautomaten auf den Markt kamen, sind die Anbieter den steigenden Anforderungen mit einer wachsenden Auswahl begegnet. a:lot zeigt deshalb Kriterien auf, die Sie beim Erstkauf oder Ersatz eines Bestückungsautomaten beachten sollten.

Der Geschäftsführer eines Unternehmens, das wir im Rahmen unserer Recherche besucht haben, möchte lieber nicht namentlich genannt werden. Er hatte nämlich nur ein einziges Auswahlkriterium für seinen neuen Bestückungsautomaten: Er war schlichtweg mit dem alten Modell zufrieden, also hat er den neuen beim selben Anbieter gekauft. Mag sein, dass diese Entscheidung sich erneut als richtig erweist, ihre Grundlage ist für eine Investition von mehr als 30.000 Euro dennoch erstaunlich. Dieses Vorgehen scheint aber keineswegs unüblich zu sein, wie Insider uns bestätigen.
Neben Gewohnheit und Bequemlichkeit spielt dabei offenbar noch ein weiterer Faktor eine wichtige Rolle. Das Angebot an SMD-Bestückungsautomaten ist derart umfangreich geworden, dass viele Anwender den Überblick verloren haben und sich von den Anbietern nicht ausreichend unterstützt fühlen. Was unterscheidet den einen vom anderen Hersteller, das eine vom anderen Modell? Wodurch rechtfertigen sich die zum Teil erheblichen Preisunterschiede? Und wie soll man Ausstattungsmerkmale miteinander vergleichen, die oft nicht technisch vereinheitlicht sind und überdies unterschiedliche Bezeichnungen tragen?

Probieren geht über studieren

Hinzu kommt, dass ein Bestückungsautomat nur selten genau so zum Einsatz kommt, wie er im Katalog steht, im Internet zu sehen ist oder auf einer Messe ausgestellt wird. Für jeden Einsatzzweck ist eine individuelle Anpassung nötig, deren Machbarkeit der Interessent auf den ersten Blick bestenfalls erahnen kann. „Auf Messen sieht man gar nichts“, stellt Thomas Otto, Field Service Manager der Factronix GmbH dementsprechend unmissverständlich fest. Seine Empfehlung ist deshalb: „Nehmen Sie ein Board aus Ihrem Betrieb mit und lassen Sie sich zeigen, ob das funktioniert!“ Factronix geht sogar noch einen Schritt weiter. Interessenten können die SMD-Bestückungsautomaten des Unternehmens einen Monat lang in ihrem Betrieb ausprobieren. Behalten sie die Maschine, wird ihnen die Miete angerechnet.
Auch andere Hersteller haben oftmals ihre Maschinen in einem Vorführcenter aufgebaut und bieten dort kostenlose Versuche an. Eine weitere Testmöglichkeit bietet ein spezielle Software, die verschiedene Fertigungsprozesse und Maschinenkonfigurationen simuliert. Bevor man sich jedoch auf solche Tests einlässt, sollte man sich bereits Klarheit über die wesentlichen technischen Anforderungen und finanziellen Möglichkeiten verschafft haben. Im Zweifel findet sich nämlich immer eine Maschine, die die gestellte Aufgabe meistert – am Ende aber zwei Nummern zu groß ist. Um sich gut vorzubereiten, kann ein etwas unkonventioneller Weg hilfreich sein: Andere Unternehmer geben oftmals ihre Erfahrungen mit den Bestückungsautomaten, die sie selbst verwenden, gerne weiter.

Das passende Finanzierungsmodell für jedes Budget

Ein wesentliches Kriterium bei der Anschaffung eines SMD-Bestückungsautomaten ist das zur Verfügung stehende Budget. So banal diese Erkenntnis im ersten Moment klingen mag, so komplex ist sie in der Umsetzung. Ähnlich wie beim Kauf eines PKW gibt es vielfältige Möglichkeiten, einen bestimmten Betrag zu investieren. Bei Neugeräten unterscheidet sich das Leistungsvermögen einzelner Maschinen bei etwa gleichem Preis mitunter deutlich. Das herauszufinden ist schon eine Aufgabe für sich, weil die Hersteller ihre Geräte mit individuellen Funktionen und Features ausstatten, die eine unmittelbare Vergleichbarkeit erschweren. Hinzu kommen die sehr unterschiedlichen Angebote bei der Aufstellung, der Wartung und dem Service. Es ist eine strategische Entscheidung, ob man lieber etwas Geld sparen und dafür auf technische Unterstützung zumindest teilweise verzichten möchte.
Gerade für Neueinsteiger stellt sich die Frage, ob es überhaupt eine neue Maschine sein muss. Es gibt einen regen Handel mit gebrauchten Geräten, der sogar von vielen Herstellern mit eigenen Angeboten genährt wird. Insbesondere wenn die Bestückungsgeschwindigkeit und der technische Support nicht so wichtig sind, kann eine gebrauchte Maschine eine gute und budgetschonende Alternative sein. Wer die hohen Anschaffungskosten einer neuen Maschine scheut, kann auch die Miet-, Leasing- und Finanzierungsangebote nutzen, die viele Hersteller machen. Keinesfalls sollte man sich auf Anbieter einlassen, die bei der Bestellung eine saftige Anzahlung verlangen. Ein solches Vorgehen ist bestenfalls bei enorm hohen Investitionen üblich.

Manchmal ist doch die Größe entscheidend

Ein weiterer simpler, aber wichtiger Aspekt ist der zur Verfügung stehende Platz. In Abhängigkeit von der Leistungsfähigkeit unterscheiden sich die angebotenen Bestückungsautomaten deutlich in ihrer Größe. Doch auch hier lohnt es sich, genauer hinzuschauen, denn einige Geräte sind gezielt platzsparend konstruiert, sodass sie sich in ihrer Stellplatzkapazität deutlich von anderen Modellen unterscheiden. Dabei ist nicht nur der Raum zu bedenken, den die Maschine für sich selbst einnimmt, sondern auch der für eventuell nötige Zusatzgeräte wie zum Beispiel die Feeder.
Lässt sich der Bestückungsautomat nicht oder nicht ausreichend zerlegen, können seine Außenmaße insbesondere für kleine Lohnfertiger und Ingenieurbüros ein wichtiges Kaufkriterium sein, um ihn überhaupt an seinen Bestimmungsort transportieren und ihn dort aufstellen zu können. Dazu gehört auch, dass die neue Maschine in der Regel Teil einer ganzen Prozesskette ist, in die sie sich einfügen muss. Die Kompatibilität zu den bereits vorhandenen Maschinen sollte deshalb in jeder Hinsicht unbedingt im Vorfeld geklärt werden.

Fertigungstechnische Anforderungen genau analysieren

Neben den betriebswirtschaftlichen und räumlichen Rahmenbedingungen sind die fertigungstechnischen Anforderungen an den SMD-Bestückungsautomaten von entscheidender Bedeutung. Immerhin bildet er einen wesentlichen Bestandteil der Wertschöpfungskette in der Elektronikfertigung. In diesem Punkt ist besondere Sorgfalt geboten, weil die komplexen Leistungsmerkmale oft nur mühsam zu erkennen, durchschauen und miteinander zu vergleichen sind. Viele Interessenten fühlen sich besonders in diesem Punkt im Stich gelassen, und das aus gutem Grund. Liefert eine Maschine nicht die Leistung, die der Hersteller versprochen hat, kann die Nachrüstung teurer werden, als die Maschine selbst es war. Abgesehen davon kann ein solcher Fehlkauf zu einem Qualitätsverlust der eigenen Produkte und in der Folge zu Komplikationen mit den Kunden führen.
Insbesondere für häufig wechselnde Bestückungsprozesse sollte der Bestückungsautomat modular aufgebaut sein. Durch den Anbau unterschiedlicher Bauteilversorgungsstationen, Bestückerköpfe, Kamerasysteme usw. wird gewährleistet, dass ein und dieselbe Maschine ein großes Spektrum an Einsatzmöglichkeiten abdecken kann. Dabei ist es wichtig, dass die Rüstzeiten kurz sind, damit die Maschine nur kurze Standzeiten hat. Allerdings ist hier nicht der Bestückungsautomat alleine der Engpass. Je genauer im Vorfeld die Prozesse abgestimmt und optimiert werden, desto geringer sind die Ausfallzeiten. Auch intelligente Feeder, Software zur Optimierung der Abläufe, Wechseltische und ähnliche Maßnahmen können zu einer beinahe unterbrechungsfreien Produktion beitragen.

Irreführende Maßstäbe bei der Bestückleistung

Ein wichtiges Leistungsmerkmal jedes SMD-Bestückungsautomaten ist seine Bestückleistung. Diese liegt je nach Maschine etwa zwischen 4.000 und 120.000 Bauteilen pro Stunde (Bt/h oder Be/h für Bauelemente). Wichtig hierbei ist, dass die Messung nach IPC 9850 erfolgt, weil diese einen realistischen Rückschluss auf die tatsächliche Bestückleistung zulässt. Bei der von vielen Herstellern angegebenen Maximalleistung handelt es sich meistens um einen theoretischen Wert, der nur unter speziellen Rahmenbedingungen und mit einer eigens dafür definierten Leiterplatte zustande kommt.
Natürlich nimmt die Bestückleistung zu, je weniger unterschiedliche Bauteile zum Einsatz kommen. In der Praxis ist die Entwicklung jedoch genau anders herum. Immer kleinere Bauteile werden auf immer engerem Raum verbaut. Deshalb ist es wichtig, dass der Bestückungsautomat eine große Vielfalt an Bauteilen verarbeiten kann und eine möglichst flexible Bestückung zulässt. Ein wichtiger Maßstab hierfür ist die 01005-Fähigkeit. Diese attestiert, dass die Maschine SMD-Chips mit einer Länge von 0,2 mm Länge und 0,1 mm Breite verarbeiten kann. Das geschieht in der Regel durch das Pocket-Scanning, bei dem der Bestücker direkt auf die Tasche im Gurt zugreift. Bei vielen Maschinen hilft ein Closed-Loop-Lernprozess das Ergebnis zu optimieren, allerdings kann es dennoch nötig sein, dass über das Bedienelement beziehungsweise über die Software nachjustiert werden muss.

Bauteilvielfalt und Bestückgenauigkeit als Garanten zum Erfolg

Damit viele verschiedene Arten von Bauteilen verarbeitet werden können, müssen ausreichende Zuführeinheiten vorhanden sein. In der Regel sind das 8 mm-Feeder, aber auch für Tabletts, Gurte, Schüttgut und Stangen sollten ausreichend Optionen vorhanden sein. Die Anzahl an maximalen Feedern variiert bei den einzelnen Maschinen etwa zwischen 20 und 350. Reicht die Kapazität nicht mehr aus, kann sie mitunter durch externe Geräte erweitert werden. Wichtig ist auch, welche Leiterplattenstärken und -größen der Bestückungsautomat maximal verarbeiten kann. Vor allem letztere variieren stark.
In der Regel werden die einzelnen Bauteile von einer Pipette mittels Unterdruck angesaugt und dann auf der Leiterplatte positioniert. Überschreiten die Bauteile jedoch ein gewisses Gewicht, funktioniert dieses Verfahren nicht mehr. Einige Bestückungsautomaten können für solche Fälle mit einem mechanischen Greifer ausgestattet werden, der individuell konfiguriert wird. Unabhängig davon, mit welchem Verfahren die Bauteile platziert werden, entsteht ein Druck auf die Leiterplatte, der verschiedene Beschädigungen verursachen kann. Diese können durch eine Leiterplattenunterstützung vermieden werden, zu der Sie in der Winterausgabe 2012 auf den Seiten 12 und 13 mehr erfahren.
Von entscheidender Bedeutung für die Qualität des Endprodukts ist die Bestückgenauigkeit. Um hierbei ein optimales Ergebnis zu erreichen, bietet die Leistungsfähigkeit des Automaten nur die Voraussetzung für eine möglichst hohe Genauigkeit. Insgesamt müssen eine Reihe von Faktoren bedacht und aufeinander abgestimmt werden. Grundsätzlich sollte ein moderner Bestückungsautomat aber in der Lage sein zu erfassen, ob ein Bauteil anwesend ist und welche Geometrie es hat. Auch die Koplanaritätsprüfung sollte automatisch erfolgen.

Einfache Bedienung für komplexe Abläufe

Ein weiteres wichtiges Kriterium bei der Auswahl eines SMD-Bestückungsautomaten ist seine Bedienfreundlichkeit. Die dafür benötigte Oberfläche leistet dann ihren besten Dienst, wenn sie individuell auf den Anwender abgestimmt werden kann. Gleichzeitig sollte die Bedienung so einfach und intuitiv bleiben, dass sie ohne umfangreiche Schulung von wechselndem Personal durchgeführt werden kann. Kleinere Probleme sollten sich durch eine einfache Menüführung von den Anwendern selbst beheben lassen.
Darüber hinaus sind viele moderne Bestückungsautomaten inzwischen netzwerkfähig. Dadurch können komplexere Anpassungen, aber auch Kontrollen von den zuständigen Ingenieuren über den PC vorgenommen werden. Auch in Bezug auf die Traceability bietet die Netzwerkanbindung Vorteile, weil jede einzelne Leiterplatte und ihre Bestückung gekennzeichnet und sofort digital dokumentiert werden können.
Nicht zuletzt können über das Netzwerk auch die Hersteller selbst auf die Maschinen zugreifen und so Wartungs- oder Reparaturarbeiten durchführen. Aus technischer Sicht ist das praktisch und sorgt für möglichst kurze Ausfallzeiten. Aus Marketingsicht ist das ein gutes Kundenbindungsinstrument, weil es die Zufriedenheit des Kunden erhöht und damit auch die Wahrscheinlichkeit, dass er sich beim nächsten Kauf eines SMD-Bestückungsautomaten nicht die Mühe macht, den Markt gründlich zu studieren.

Text: Volker Neumann


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