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© alterfalter dreamstime.com Leiterplatten | 14 April 2015

Wenn die Fertigung Probleme macht

Viele Medizintechnik-Produkte enthalten eine hochwertige Elektronik, die StĂŒckzahlen sind allerdings hĂ€ufig klein und auch die verwendeten Bauteile sind oft speziell und untypisch. Das macht die Elektronikfertigung teuer. Das muss nicht sein, sagt der Elektronikfertiger Ihlemann und verweist auf seine Lean-Strategie.
Je spezieller die Baugruppen, umso hĂ€ufiger mĂŒssen nicht normgerechte, atypische Bauteilgeometrien verarbeitet und hĂ€ufig per Hand bestĂŒckt werden, was zu QualitĂ€tsproblemen und teurer Nacharbeit fĂŒhren kann. Solche Bauteile, die nicht dem Normstandard entsprechen, gibt es viele. Dazu gehören u. a. Stecker, Übertrager, Relais, Spulen oder Abschirmbleche. Sie werden hĂ€ufig spezifisch und nur in kleinen Mengen produziert, sodass eine maschinengerechte Verpackung fĂŒr den Hersteller nicht wirtschaftlich ist. Ohne diese maschinengerechte ZufĂŒhrung in die BestĂŒckungsautomaten bleibt nur die HandbestĂŒckung.

Die manuelle Verarbeitung dauert allerdings mehr als doppelt so lange und verzögert den Fertigungsablauf. Kommt es qualitÀtsbedingt zu Nacharbeiten, steigen die Kosten und die Fertigstellung des Produktes verspÀtet sich nochmals. Hier setzt die Ihlemann AG an.

Umstellung auf eine flexible Fertigung

„Wir haben die Krise 2009 dafĂŒr genutzt, um unsere Produktionsweise komplett zu verĂ€ndern“, so Bernd Richter, Vorstand bei der Ihlemann AG. Der EMS-Dienstleister setzt seitdem auf Lean-Management-Prinzipien. Im neuen Fertigungsablauf erfolgen jetzt alle TĂ€tigkeiten fĂŒr jedes einzelne Board direkt nacheinander in einem verknĂŒpften Prozess.

DafĂŒr durchlĂ€uft auch ein komplexes Board in einer Fertigungszelle (U-Zelle) alle fĂŒr den Produktionsprozess benötigten Arbeitsschritte direkt nacheinander. Das Board wird bestĂŒckt, getestet und noch in der Fertigungszelle auf Fehler geprĂŒft und anschließend zur Auslieferung bereitgestellt. Grundlagen dieses Fluss-Prinzips sind tĂ€gliche Verbesserungsroutinen durch die Mitarbeiter in der Fertigung und eine kontinuierliche UnterstĂŒtzung durch Coaching-Routinen. Die VerĂ€nderungen der Neuorganisation fĂŒhrten anfangs zu einer Vielzahl von Hindernissen.

Aus Sicht der Ihlemann AG macht besonders die FĂ€higkeit zur Überwindung solcher Hindernisse das Wesen der neuen Organisation aus. Durch einen tagtĂ€glichen Verbesserungszyklus werden VerĂ€nderungen systematisch und mit festen organisatorischen Routinen bewirkt (Verbesserungs-Kata). Diese FĂ€higkeit, tagtĂ€glich kleine Verbesserungsschritte zu erreichen und die Fertigung schneller und effizienter zu machen, wendet der Dienstleister auch bei der Verarbeitung „schwieriger“ Bauteile an oder um die Elektronikfertigung effizienter zu machen.

Hilfen fĂŒr atypische Bauteile

Ein neues Medizinprodukt sollte mit einem Stecker mit 220 Pins automatisch bestĂŒckt werden. Das war die Zielvorgabe fĂŒr den Verbesserungsprozess. Weil der Bauteilhersteller keine Standard-Verpackungsform fĂŒr die maschinelle Verarbeitung bereitstellte, suchten die Mitarbeiter der SMD-Fertigungszelle nach einer eigenen maschinengerechten ZufĂŒhrung.

Hier gab es bereits zahlreiche Erfahrungen mit der Entwicklung von Hilfsmitteln und Vorrichtungen, um Arbeitsprozesse einfacher und effizienter zu machen. Der Verbesserungsprozess durch die Mitarbeiter der Fertigungszelle startete mit einer ersten Idee, die geprĂŒft und wieder verworfen wurde. Es folgte eine neue Idee, die bereits besser passte. Sie wurde wieder ĂŒberprĂŒft, verbessert, nochmals ĂŒberprĂŒft und ĂŒber drei Monate in vielen kleinen Verbesserungszyklen soweit entwickelt, dass sie einsetzbar war.

Die Mitarbeiter hatten fĂŒr den Stecker eine maschinengerechte ZufĂŒhrung gefunden und die manuelle BestĂŒckung konnte entfallen. Mussten anfangs 34 % der Stecker nachbearbeitet werden, verringerte sich die Quote durch das Hilfsmittel auf 0,5 %. Damit konnten die Kosten gesenkt, die Verarbeitungszeit des Steckers verkĂŒrzt und die Durchlaufzeit verringert werden.

FĂŒr die technische Umsetzung solcher Hilfsmittel verfĂŒgt der EMS-Dienstleister ĂŒber einen eigenen Vorrichtungsbau. Die Vorgaben zur Umsetzung stammen von den Mitarbeitern, die den Verbesserungsprozess vorantreiben. Beim Bau solcher ZufĂŒhrungen und anderer Hilfsmittel in der Fertigung verfĂŒgt der EMS-Dienstleister inzwischen ĂŒber mehrjĂ€hrige Erfahrungen.

Wenn die Fertigung Fehler meldet

Andere Probleme mit der Elektronikfertigung betreffen hĂ€ufig die AbkĂŒndigung von Bauteilen oder die Nichteinhaltung von Designvorgaben:
  • Ist der Ă€ußere Rand auf der Leiterplatte zu klein, kann sie in der Fertigungslinie nicht mehr richtig transportiert werden oder ein zusĂ€tzlicher Nutzen muss definiert werden.
  • Fallen wegen Platzproblemen die Passermarken weg, funktioniert bei der automatisierten BestĂŒckung die genaue Lageverifizierung der Leiterplatten nicht mehr und eine exakte BestĂŒckung ist nicht mehr möglich.

Werden Bauteile abgekĂŒndigt oder mĂŒssen Produktdetails angepasst werden, ist hĂ€ufig ein Re-Design fĂ€llig. Das verursacht Zeit und Kosten.

„Wir haben aus der Not eine Tugend gemacht“, berichtet Bernd Richter. Fehler im Layout und ein Re-Design sind aus Sicht des EMS-Dienstleisters auch eine gute Chance, die Kosten zu senken. Jetzt wird das Layout von Medizinprodukten einmal jĂ€hrlich verbindlich auf Verbesserungen ĂŒberprĂŒft. Bis zu diesem Termin werden in der Fertigung Anregungen und VerbesserungsvorschlĂ€ge gesammelt, um Fertigungsprobleme zu beseitigen oder die Produktion effektiver zu machen.


© Ihlemann

Einhaltung von Designregeln

Zu den typischen Fertigungsproblemen gehören mangelhafte Lötstellen von Steckerleisten. Die AnschlĂŒsse von solchen bedrahteten elektronischen Bauelementen werden per Durchsteckmontage (THT, through-hole technology) in die Leiterkarte gesteckt und anschließend durch Löten mit der Leiterbahn verbunden. Einer der typischen Fehlerursachen ist hier, dass beim Design der Leiterkarte die Kontaktlöcher fĂŒr die DrahtanschlĂŒsse falsch dimensioniert werden. So hatte es beispielsweise wiederholt Fehler gegeben, weil die Kontaktlöcher nur 0,1 mm grĂ¶ĂŸer waren als die DrahtanschlĂŒsse. Das fĂŒhrte zu einer erhöhten Fehlerrate, weil beim Löten die AnschlĂŒsse nicht zuverlĂ€ssig kontaktiert wurden (mangelhafter Lötdurchstieg). Beim nĂ€chsten Re-Design wurden die Löcher deshalb auf 0,4 mm des Drahtdurchmessers vergrĂ¶ĂŸert. Dadurch konnten Nachbearbeitungen vermieden und die Auslieferung beschleunigt werden.

Standards und Designrichtlinien

Probleme in der Elektronikfertigung werden vermieden, wenn in der Entwicklung und beim Design nationale und internationale Standards, die Vorgaben der Bauteilhersteller sowie spezifische Vorgaben der jeweiligen Fertigungsmaschinen genau eingehalten werden.



SoftwaregestĂŒtzte Design-Evaluierung

Bei der Design-Evaluierung wird die BestĂŒckung digital simuliert und die Regelkataloge automatisiert angewandt. Mithilfe der Kataloge kann Ihlemann jetzt vor dem Beginn der Fertigung zuverlĂ€ssig prĂŒfen, ob die Bauteile auf die Leiterplatte passen, ob die Pad-Auswahl stimmt oder ob die Vorgaben der Bauteilhersteller eingehalten wurden. Die Ihlemann AG bietet diesen Prozess auch als Dienstleistung an.

Mit der digitalen Design-Evaluierung lassen sich bereits in der Entwicklungsphase eines neuen Boards nahezu alle layout- und designbedingten Fehler oder Probleme feststellen. Damit werden zeitaufwendige Korrekturschleifen und zusĂ€tzliche Prototypenfertigungen eingespart und das neue Board kann fertigungssicher in die Serie ĂŒberfĂŒhrt werden.
Zu den Ergebnissen der Design-Evaluierung gehören auch VorschlĂ€ge fĂŒr ein Re-Design, um beispielsweise eine Leiterbahn umzulegen, eine Durchkontaktierung neu zu platzieren oder die AbstĂ€nde von SMD- und THT-Bauelementen zu optimieren.
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2018.11.21 10:32 V11.9.7-2