So leben Leiterplatten länger

Der weltweite Chipmangel stellt ganze Industrien vor Herausforderungen. Wo bereits wenig vorhanden ist, darf in der Produktion nichts schiefgehen. Läuft doch etwas nicht nach Plan, ist es umso wichtiger, den Fehler schnell auszubessern. Die Elektronikexperten der Ersa GmbH schaffen mit ihren Reworksystemen eine Lösung zur automatischen Reparatur von Leiterplatten. Für eine sichere und zuverlässige Leitungsführung setzt Ersa auf fertig konfektionierte Energieketten – hier die Rreadychains von Iiigus. 

Jörg Nolte steht vor dem Reworksystem HR 600 XL. Der Produktmanager Lötwerkzeuge, Rework- und Inspektionssysteme bei der Ersa GmbH im baden-württembergischen Wertheim spannt eine große Leiterplatte in die Maschine. Eine 15-Kilowatt-Matrixheizung sorgt für die notwendige Basistemperatur, die es braucht, um fehlerhafte Prozessoren und andere Elektronikbauteile zu entlöten und die funktionierenden Teile automatisch wieder zu verlöten. Unter Rework versteht man in der Industrie genau das: die Nacharbeit von fehlerhaften Bauteilen. Das Ziel ist es vor allem, die finanziellen Schäden und die Ressourcenverschwendung möglichst gering zu halten. Gerade in der Elektronikindustrie ist Rework ein sehr großes Thema, denn Fehler passieren schnell. „Es reicht, wenn ein einziges Bauteil in der Serie um 90° Grad gedreht auf die Leiterplatte gesetzt wird, dann sind die 2.000 weiteren Boards einer Produktionscharge fehlerhaft“, erklärt Nolte. Statt 2.000 teure Platinen wegzuwerfen, müssen die Hersteller zum Rework übergehen. Dazu braucht es technisch anspruchsvolle, robuste und präzise arbeitende Maschinen; wie jene von Ersa. Die beiden Systeme HR 600/3P und die größere HR 600 XL sorgen für Zuverlässigkeit im Rework, sodass auch große Mengen an Leiterplatten schnell und mit wenig Aufwand nachgearbeitet werden können. Um Heizkopf und Bauteil zielgenau zu bewegen, verwendet Ersa ein motorisches Achssystem. Damit auch Kamera, Pick-and-place-Unit und alle notwendigen Leitungen die Verfahrbewegungen überstehen, setzt Ersa in den Reworksystemen auf einbaufertige Energieketten mit hochflexiblen Leitungen von igus. 

Mit Rework gegen den Chipmangel 

Der Chipmangel hat gezeigt, wie wichtig eine reibungslos laufende Fertigung von Elektronikbauteilen für Industrien weltweit ist. Als Systemlieferant für Lötmaschinen, Lötpastendrucker, Lötwerkzeuge, Rework- und Inspektionssysteme ist die 1921 gegründete Ersa GmbH auf die Anforderungen der Elektronikbauteilfertigung spezialisiert. Denn keine Anwendung ist wie die andere: Je nach Größe der Leiterplatten müssen die Maschinen unterschiedlich ausgestattet sein. Das ursprüngliche Modell HR 600/2 kam im Markt schnell gut an: „Die Anfragen wurden mehr, die Bauteile gleichzeitig immer größer“, weiß Jörg Nolte. Für das Unternehmen war die unweigerliche Konsequenz, eine Maschine zu entwickeln, die auch große Platinen bearbeiten kann. In der HR 600 XL können über 60 cmZentimeter große Platinen eingespannt und bearbeitet werden. Die Größe sagt allerdings nichts über die notwendige Präzision aus. Denn auch auf großen Bauteilen muss hochpräzise gearbeitet werden. Die Reworksysteme kommen für BGA- und SMT-Bauteile zum Einsatz. BGA steht für „Ball Grid Array“ und beschreibt die Form der Lötkugeln auf der Unterseite des Bauteils. SMT-Bauteile – sogenannte surface-mounted devices – werden direkt über ihre Anschlüsse auf die Oberseite der Leiterplatte gelötet. Für die Reworksysteme sind beide Bauteiltypen kein Problem. Eine umfassende Möglichkeit zum Rework ist Ersa wichtig, um Ressourcen zu sparen: „Wir möchten Wertschöpfung erhalten“, so Nolte. Denn die Maschinen können nicht nur zur Reparatur verwendet werden, es können auch Bauteile aus alten Baugruppen extrahiert und für das Prototyping nützlich sein. Um mit all diesen Anforderungen umgehen zu können, hat sich Ersa für ein modulares Konzept entschieden: Neben den Standardfunktionen werden die HR-600-Systeme nun häufig mit einem „Scavenger“-Modul nachgerüstet. Der Scavenger saugt das überschüssige Lötmaterial ab und sorgt so für eine saubere Nacharbeit. Dass diese Nachrüstung überhaupt möglich ist, hat Ersa unter anderem Iigus zu verdanken. 

Einfaches Nachrüsten dank einbaufertiger Energieketten 

Als das System konstruiert wurde, wandte sich das Elektronikunternehmen an den Mmotion Pplastics Spezialisten Iigus, um eine passende und einfache Lösung für die Leitungsführung zu finden. „Unsere Kernkompetenz ist es natürlich nicht, Energieketten richtig auszulegen. Da sind wir froh um jede Erleichterung, die wir bekommen können“, erläutert Ferdinand Bozem, Product Owner Rework bei Ersa. Die Erleichterung fand das Unternehmen dann in Person von Bastian Lenz, technischer Verkaufsberater bei Iigus: „Mit unseren readychains erhalten Kunden eine einbaufertige Komplettlösung“, sagt er. „Dadurch sinkt die Konfektionierungszeit um bis zu 95% Prozent und auch die Fertigungskosten und Montagezeit werden reduziert.“ Außerdem müssen die Unternehmen vor Ort keine Lagerfläche vorhalten, der Logistikaufwand ist sehr gering. – Ersa profitierte letztlich auch von der umfassenden Beratung durch igus: Als die Nachrüstung des Scavenger-Moduls für die Reworksysteme anstand, empfahl Bastian Lenz, zwei Ketten ineinanderlaufen zu lassen: mit Erfolg. Denn hätte man die für das Scavenger-Modul benötigten Leitungen mit in die bereits vorhandene Kette legen wollen, wäre eine deutlich breitere Kette und damit ein Umbau der Maschine notwendig gewesen. „So können wir im Sinne des Retrofittings auch Bestandssysteme ohne Scavenger-Modul nachrüsten“, meint Jörg Nolte. 

Energieketten aus leitfähigem ESD-Material

Verwendet werden hier Iigus Ee-Kketten der E4-ESD-Serie. Denn die Ketten aus leitfähigem Iigumid ESD-Material sind für den Einsatz zur Vermeidung statischer Aufladungen beim Handling von elektronischen Bauteilen geeignet. Die igus Energieführungen bestehen aus tribologisch, sprich: auf Reibung und Verschleiß optimierten Hochleistungskunststoffen. Spezielle im ESD-Material inkorporierte Additive erlauben eine langjährige, durchgehende und wartungsfreie Leitfähigkeit. Im hauseigenen Testlabor wurde das Material mit über zehn Millionen Zyklen ausgiebig geprüft. igumid ESD übertrifft in manchen mechanischen Anforderungen sogar den Standardwerkstoff igumid G und hat sich bereits seit Jahren in diversen Kundenanwendungen bewährt. Mithilfe der Daten aus dem Versuchslabor kann sogar die Laufzeit der igus Energieführungen in der kundenindividuellen Anwendung berechnet werden – ganz einfach per Online-Lebensdauerrechner. Über 4.000 Versuche pro Jahr fließen allein bei den e-ketten in das Tool ein. Täglich kommen weitere hinzu, um noch präzisere Aussagen über die Lebensdauer treffen zu können. Darüber hinaus profitieren Anwender von den bekannten Vorteilen der Energieketten aus Hochleistungskunststoff: Sie sind leicht und gleichzeitig robust, leise, einfach zu öffnen und zu montieren sowie wartungsarm. 

Hochflexible und abriebfeste Leitungen speziell für die Energiekette 

Um den Aufwand in der Produktion vor Ort möglichst gering zu halten, ist die readychain bereits von Werk aus mit den notwendigen Leitungen bestückt. Auch das kam Ersa in der Entwicklung zugute. Deren Produktspezialist weiter: „Wir sind kein Kabelkonfektionierungsspezialist. Von Iigus kam alles montagefertig, das war für uns der ausschlaggebende Grund für die readychain.“ Neben der Stromversorgung benötigen die HR-600-Reworksysteme Busleitungen für die verbaute Kamera, für LAN-Kabel und Stickstoff- oder Vakuumleitungen. Dort muss sich Ersa auf hohe Qualität verlassen können. „Die Auswahl der richtigen Leitungen ist extrem wichtig für die Störanfälligkeit der Maschine“, hält Nolte fest und führt als Beispiel Fabriken mit schlechter elektromagnetischer Verträglichkeit in Ägypten an, für die es Voraussetzung ist, dass die Reworksysteme in allen Komponenten robust sind. Daher kommen in der readychain hochflexible chainflex Steuer-, Bus- und Messsystemleitungen von igus zum Einsatz. Mit mehr als 1.350 Produkten ab Lager bietet igus das größte Angebot an Leitungen, die speziell für den dauerbewegten Einsatz in der Energiekette geeignet sind. Auch die chainflex Leitungen werden im Iigus Testlabor auf Herz und Nieren geprüft. Aus diesem Grund ist igus auch als einziger Anbieter in der Lage, eine bis zu 36-monatige Garantie auf seine Energieketten und Leitungen zu geben. Im Fall der Reworksysteme von Ersa entschied man sich für Leitungen mit PVC-Mantel. PVC weist nicht nur eine hohe Abriebfestigkeit auf, sondern ist auch sehr gut zu konfektionieren und dabei noch kostengünstig. Das Material ist beim Einsatz in der Energiekette der optimale Partner, wenn es um hohe Zyklenzahlen in trockenen Bereichen geht. Neben den technischen Aspekten überzeugt die igus readychain für Nolte auch im Design. Ersa hat die Erfahrung gemacht, dass Komponenten für viele Kunden ästhetisch ansprechend sein sollen. Mit der Rreadychain hat das Unternehmen dies erreicht. 

Weitere Automatisierung geplant 

Für die Zukunft strebt man bei Ersa einen höheren Automatisierungsgrad im Rework an. Während aktuell noch eine Person pro Maschine eingeplant werden muss, könnte sie in Zukunft mehrere Maschinen bedienen, die dann weitgehend automatisiert die Arbeit verrichten. Bisher waren in jeder Generation der HR-600-Reworksysteme Energieketten von igus verbaut. „Wir sind sehr zufrieden damit, igus als technischen Ansprechpartner an unserer Seite zu haben“, konstatiert Jörg Nolte. Denn für die Maschinen sind die readychains nicht nur einfach ein Bauteil wie jedes andere, sie sind Kernelemente für eine reibungslose Funktion des Reworks in der Fertigung von Elektronikbauteilen.