Monday, August 09, 2010

Trocken lagern statt Aufbacken

Presseartikel

SMD Tower spart Drypacks und reduziert Temperaturbelastung von Bauteilen.

Bauteile mit hohen MSL-Klassen (Moisture Sensitivity Level) verursachen grosse logistische Aufwände, Energieverschleiss und einen hohen Verbrauch von teuren Trockenverpackungen. Das automatische Bauteile-Lagersystem Tower von Essemtec macht den Umgang mit MSL-Bauteilen viel einfacher und günstiger dank einer kontrollierten Lagerumgebung und einem einfacheren Handling.


Elektronik-Hersteller mögen kein Popcorn. Genauer gesagt, sie mögen nicht den gefürchteten Popcorn-Effekt, der durch Feuchtigkeit im SMD-Gehäusen verursacht wird. Diese Feuchtigkeit dehnt sich während dem Reflow-Löten aus und führt zu Rissen und Delamination im Bauteil. Das Problem zeigt sich erst nach dem Löten, oft auch erst beim Produkteinsatz.

Fehleranfällige manuelle Kontrolle
Wie empfindlich ein Bauteil gegenüber Feuchtigkeit ist, darüber gibt die sogenannte MSL-Klasse Auskunft, definiert nach dem JEDEC-Standard J-STD-020D-01. Jede MSL-Klasse (Moisture Sensitivity Level) hat eine eigene Floor-Life-Zeit, die Zeitspanne während der das Bauteil noch verarbeitet werden darf, wenn es ausserhalb des Drypacks oder einer relativen Luftfeuchtigkeit von mehr als 5 % ausgesetzt ist. Die Bestimmung der verbleibenden Floor-Life-Zeit ist in der Praxis oft kompliziert.

Die Berechnung erfolgt meistens wie folgt: Beim Öffnen eines Drypacks wird der genaue Zeitpunkt vermerkt. Nach dem Gebrauch werden die Bauteile sofort wieder in einem Drypack vakuum-verschweisst und der Zeitpunkt wird notiert. Die verbleibende Floor-Life-Zeit ist die Differenz zwischen ursprünglicher Floor-Life-Zeit und Offenzeit. Sie ist abhängig von der MSL-Klasse und den Umgebungsbedingungen während der Offenzeit.

Aus der Beschreibung wird klar, dass die Sicherheit abhängig ist von der Zuverlässigkeit der Mitarbeiter. Wird vergessen, die genaue Zeit zu notieren oder werden die Zeiten nur geschätzt, dann sind alle Berechnungen falsch. Darum wählen viele Hersteller einen anderen Weg, der höhere Sicherheit verspricht aber dafür andere Nachteile hat, das präventive Ausbacken.

Um die ursprüngliche Floor-Life-Zeit wieder zurück zu erhalten, können Bauteile ausgebacken werden. Dazu werden sie im Wärmeschrank beispielsweise 192 Stunden bei 40°C oder 24 Stunden bei 125 °C getrocknet. Nach dem Ausbacken müssen die Bauteile mit einer HIC (Humidity Indicator Card) in einem Drypack verschweisst werden. Nach dem Verpacken gilt wieder die ursprüngliche Floor-Life-Zeit. Der Preis für diese Sicherheit ist ein hoher Material-, Logistik und Energieaufwand. Zudem kann die Temperaturbelastung die Lebenserwartung empfindlicher Bauteile senken.

Es gibt aber eine Alternative zum Verschweissen in Drypacks: Die Lagerung bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von weniger als 5 %. In einer solchen Umgebung nehmen Bauteile keine Feuchtigkeit mehr auf und der Ablauf der Floor-Life-Zeit wird unterbrochen (vergleiche Jedec Standard 033b, 5.3.3.2 Dry Cabinet at 5% RH). Genau dies ist das Konzept des SMD Tower, dem automatischen Lagersystem von Essemtec.

Trockenlagerung mit automatischer Kontrolle
Der Tower ist ein kompaktes, abgeschlossenes Lagersystem, in dessen Innern ein Roboter Rollen und Paletten bewegt. Über eine Schleuse werden Bauteile ein- und ausgelagert. Jede Lagerbewegung wird protokolliert, die Lagerbedingungen werden überwacht und aufgezeichnet.

Der Innenraum des Towers schliesst fast hermetisch dicht ab. Eine Entfeuchtungsanlage sorgt dafür, dass die relative Luftfeuchtigkeit 5 % nicht überschreitet. Optional kann der Tower auch mit Stickstoff geflutet werden. Die Lagertemperatur im Innern wird ebenfalls gemessen und gespeichert. Der Tower kennt die Zeit ganz genau, während der sich ein Bauteil ausserhalb befindet und er kennt auch die Atmosphäre während der Lagerung. Damit kann er die verbleibende Floor-Life-Zeit für jedes Bauteil exakt berechnen.

Der Tower ist so kompakt gebaut und einfach zu bedienen, dass er in unmittelbarer Nähe der Bestückungsautomaten platziert werden kann. Damit wird die Logistik viel einfacher: Anstatt dass ein Operator ein Bauteil nach dem Abrüsten wieder einschweissen muss, übergibt er es mit einem Handgriff dem Tower, der die Transaktion speichert. Die Floor-Life-Zeit ist sofort unterbrochen und das MSL-emfpindliche Bauteile in Sicherheit.

Alter hat Priorität
Der Tower verwaltet Bauteile nach dem FIFO-Prinzip (First-In, First-Out). Dies ist möglich, weil jede Bauteilrolle und jede Palette einzeln mit einem Barcode identifiziert werden kann. Mit dieser Identifikation sind auch Herstellerdaten, Verfallsdaten, die MSL-Klassifizierung und weitere kundenspezifische Bauteiledaten abrufbar.

Die Lagerverwaltungs-Software stellt sicher, dass bei mehreren Rollen des gleichen Bauteils immer die ältesten zuerst ausgegeben werden. Dies ist ein weiterer wichtiger Unterschied zur Lagerung in einem Paternoster oder in einem offenen Gestell: Mit dem Tower ist es nicht mehr dem Zufall oder dem Mitarbeiter überlassen, welche Rolle verwendet auf die Bestückungsmaschine gerüstet wird, denn der Tower gibt automatisch nur die richtige durch die Schleuse.

Wenn einzelne Rollen über das Verfallsdatum hinaus sind oder die verbleibende Floor-Life-Zeit einen Mindestwert unterschreitet, dann kann der Tower diese Rollen blockieren und den Operator oder eine andere Stelle im Unternehmen informieren.

Vorbei die Zeit der Bauteilezähler
Die meisten Logistiksysteme kapitulieren, wenn es um die Anzahl der Bauteile geht. Wie viele wurden verbraucht, wie viele waren Aussschuss, wie viele sind noch auf einer Rolle? Meistens wird der Verbrauch nur geschätzt und der Bediener der Bestückungsmaschine muss ihn auf der Rolle oder in einer Datenbank notieren. Der tatsächliche Restbestand ist damit praktisch nie bekannt.

Diese Informationslücke lässt sich beheben, indem der Tower mit dem Bestückungsautomaten verbunden wird. Dieser meldet dem Tower automatisch, wie viele Bauteile von welcher Rolle verwendet oder verworfen worden sind. Die Software des Towers führt den Bestand nach. Wird nun über das Produktionsplanungs-System, zum Beispiel das MIS von Essemtec, eine bestimmte Bauteilmenge abgerufen, so kann der Tower automatisch auch mehrere Rollen ausgeben.

Der Tower kann auch mit ERP-Systemen kommunizieren und die Bestandesdaten austauschen. Welches System schlussendlich die Daten verwaltet, ist abhängig von der Infrastruktur des Kunden und für das Lagersystem Tower selbst unerheblich. Seine Schnittstelle ist offen und kann über das Netzwerk einfach angesprochen werden.

Mehrfachschutz
Ein Tower lagert bis zu 546 Bauteilerollen oder 294 Trays auf einer Fläche von weniger als 1 m2. Mit einer Höhe von nur 2.2 Meter passt ein Tower in jede Fertigung. Für mehr Lagerkapazität können weitere Tower angereiht und über die zentrale Lagersoftware verwaltet werden.

Im Tower sind die Bauteile gleich mehrfach geschützt: gegen Feuchtigkeit, gegen ESD und auch gegen Materialverlust. Letzteres passiert bei anderen Lagersystemen immer dann, wenn verschiedene Personen oder Abteilungen Zugang zu den Bauteilen haben müssen. Wie der Tower in so einem Fall hilft, zeigt dieses Beispiel der Entwicklungsabteilung eines Kunden:

Früher wurden alle Bauteile einfach in einem Regal gelagert. Ohne Kontrolle des Ein- und Ausgangs herrschte eine dauerhafte Bauteilanarchie. Der Produktion fehlten ständig Bauteile, weil die entsprechende Rolle von jemandem für Versuche oder Entwicklungen entführt worden war. Nach der Installation des Towers verbesserte sich die Situation schlagartig.

Der Tower registriert nun jede Lagerbewegung und fordert eine Identifikation des Benutzers. Jeder Berechtigte kann nun Bauteile beziehen und findet sie dank der Lagersoftware auch schneller wie früher. Ist eine Bauteile-Rolle nicht im Lagersystem, so ist der Standort trotzdem bekannt. Da das Bauteilehandling über die Schleuse so einfach ist, werden ausgeliehene Rollen nun auch viel schneller und freiwillig zurückgebracht.

Kurze ROI
Der Tower sichert die Qualitität der SMD-Fertigung, indem er nur Bauteile ausgibt, deren Ablaufdatum nicht überschritten und deren verbleibende Floor-Life-Zeit noch genügend ist. Durch die Vereinfachung der Logistik erhöht er die Produktivität, reduziert die Rüstzeiten und sorgt für eine fehlerlose Bestückung. Der Tower entlastet Maschinenbediener, Lageristen und die Reparaturabteilung. Dadurch senkt er die Produktionskosten, erhöht die Kapazität und steigert den Gewinn.

Die Einsparungen durch den Tower, der Gewinn an Sicherheit und anderen Mehrwerte garantieren eine hohe Rentabilität. des Towers. In der Praxis ist der ROI (Return on Investment) oft viel kürzer als ein Jahr gemeldet. Der Tower ist eine der interessantesten Entwicklungen der letzten Jahre im Bereich der Lagersysteme weil es genau auf die Bedürfnisse der modernen, hochflexiblen Elektronikfertigung zugeschnitten ist.