Präzise SMD-Druckschablonen
Digitalisierung plus moderne Fertigungsverfahren
Hohe Qualität, kurze Lieferzeiten – das sind die wesentlichen Anforderungen an SMD-Druckschablonen. Mit modernen Fertigungsverfahren und einer durchgehenden Digitalisierung kann Photocad seinen Kunden solche Schablonen in wenigen Stunden nach Auftragseingang bereitstellen.
Die SMD-Druckschablonen stehen am Anfang der Produktionskette; wenn hier ein Fehler passiert, dann steht die gesamte Produktion!«, sagt Ulf Jepsen, Geschäftsführer von Photocad. Deshalb hat Jepsen seit Gründung der in Berlin ansässigen Photocad im Jahr 1969 großen Wert darauf gelegt, möglichst präzise Schablonen zu fertigen – und sieht dies immer noch als einen wesentlichen Differenzierungsfaktor von Photocad an.
Weil die Miniaturisierung der Bauelemente und der Leiterplatten nach wie vor voranschreitet, bilden die mithilfe fortschrittlicher Verfahren gefertigten Schablonen eine wichtige Voraussetzung, um die Bestückung der Leiterplatten mit hoher Ausbeute und in der geforderten Präzision durchführen zu können.
»Die Anforderungen an die Schablonen steigen weiter, deshalb legen wir großen Wert darauf, sie entsprechend zu veredeln«, erklärt Jepsen. Denn die Belastungen für die Schablonen sind in einem durchschnittlichen Einsatz mit bis zu 100.000 Rakelzügen relativ hoch. So können sich nach einer bestimmten Zeit an der Oberfläche Riefen bilden, feine Löcher können verstopfen. Das sollte möglichst vermieden werden, um schnell und kostengünstig ohne Unterbrechungen produzieren zu können.
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»Die Anforderungen an die Schablonen steigen weiter, deshalb legen wir großen Wert darauf, sie entsprechend zu veredeln«, erklärt Jepsen. Denn die Belastungen für die Schablonen sind in einem durchschnittlichen Einsatz mit bis zu 100.000 Rakelzügen relativ hoch. So können sich nach einer bestimmten Zeit an der Oberfläche Riefen bilden, feine Löcher können verstopfen. Das sollte möglichst vermieden werden, um schnell und kostengünstig ohne Unterbrechungen produzieren zu können.
Deshalb hat sich als Material für die Schablonen qualitativ hochwertiger Edelstahl durchgesetzt. Zwar haben Hersteller früher auch mit Kunststoff als Ausgangsmaterial für die Schablonen experimentiert, der zusätzlich beschichtet wurde, »aber es hat sich herausgestellt, dass diese Schablonen nicht dimensionsstabil waren, deshalb haben sie sich nicht durchgesetzt«, sagt Jepsen.
Er gibt ein Beispiel für die engen Toleranzen, die eingehalten werden müssen: Weicht die Abmessung einer Leiterbahn um nur 0,1 mm von der Vorgabe ab, so bedeutet das schon eine Toleranzüberschreitung von ±10 Prozent. Das präzise realisieren zu können, ist nicht so einfach.
Dabei setzt Photocad auf das Laser-Schneiden. Früher wurde auch geätzt, aber das führe laut Jepsen dazu, dass die Toleranzen nicht präzise genug eingehalten werden konnten, deshalb spiele das Ätzen heute keine Rolle mehr. Das gilt im Prinzip auch für andere Verfahren, die den Umweg über ein Fotowerkzeug gehen, wie zum Beispiel das Galvanoforming. Die Präzision reicht nicht an das Laserschneiden heran.
Um die Schablonen für die Produktion so widerstandsfähig zu machen, dass sie lange ohne Austausch Einsatz finden können, veredelt sie Photocad optional über besondere Verfahren:
Zuerst erfolgt die Elektropolitur: Mithilfe eines elektrochemischen Verfahrens werden die Innenwandungen der Schablone geglättet, um eine saubere Auslösung der Paste aus der Schablone zu fördern und sämtliche Grate zu entfernen. Das läuft bei Photocad vollautomatisch und digital gesteuert ab, es ist außerordentlich genau kontrollierbar.
Als nächstes werden die Schablonen mit einer Nanobeschichtung versehen. Dadurch bleiben an der Unterseite der Schablone nur wenig Fremdpartikel haften. Deshalb müssen diese schmutzabweisenden Schablonen nicht so oft gereinigt werden, was die Bestückung der Leiterplatten beschleunigt und den Anwendern schlussendlich Geld spart. Zudem ist das Material beständig, was ebenfalls ein Pluspunkt ist. Denn hin und wieder muss eben doch gereinigt werden, dann aber bleibt die widerstandsfähige Nanoschicht erhalten.
Vor Jahren hatte Photocad dafür einen automatisierten Prozess entwickelt, »der jetzt auf einer speziell für uns entwickelten und gebauten Maschine abläuft. Es kommt ein Sprühverfahren mit Spezialdüse zum Einsatz, der Prozess ist komplett gekapselt, sodass das Bedienpersonal keine Schutzkleidung tragen muss«, erklärt Jepsen. »Diese Prozesse haben wir als einziger Hersteller komplett automatisiert.«
Darauf ist der Photocad-Geschäftsführer besonders stolz, denn einer der Schwerpunkte des Unternehmens bildet die Digitalisierung, was zum zweiten wichtigen Differenzierungsfaktor in der Schablonenfertigung führt: kürzeste Fertigungsprozesse. »Deshalb bilden wir alle Prozesse digital ab, vom Auftragseingang bis zum Versand wird alles vernetzt und archiviert«, erklärt Jepsen. »Das führt dazu, dass die Prozesse, mit denen Photocad die Schablonen fertigt, in hohem Grade reproduzierbar werden. Wir schlagen also zwei Fliegen mit einer Klappe: Die Lieferzeiten verkürzen sich deutlich, gleichzeitig steigt die Qualität!«
Denn im Geschäft mit der Fertigung von Schablonen kommt laut Axel Meyer, Leiter Vertrieb & Marketing, alles auf die Geschwindigkeit an: »Wenn der Auftrag mittags eingeht, muss noch am selben Tag produziert und versendet werden. Der Kunde erhält seine Schablone von Photocad innerhalb weniger Stunden.«
Die Grundlage dazu hatte Photocad schon vor zwanzig Jahren gelegt, als der erste Onlineshop startete. Aus diesen Anfängen entwickelte das Unternehmen den »Produktberater« und den »Konfigurator«. Heute können Kunden die Daten zur Fertigung per Smartphone, Desktop, E-Mail oder im Onlineshop eingeben, sie werden dann in der Arbeitsvorbereitung durch qualifizierte Mitarbeiter auf CAD-Stationen aufbereitet. Die so geprüften und abgesicherten Daten werden dann direkt an einen der drei vorbereiteten Produktions-Laserautomaten vom Typ »LPKF G 6080« weitergeleitet, die Schablonen werden auch im eigenen Haus produziert. Die Prüfung der fertigen SMD-Schablonen läuft mit »LPKF StencilCheck« wiederum digital.
Über die von Photocad entwickelte App »Produktberater« können Kunden ihre SMD-Druckschablonen vorauswählen, indem sie Parameter wie Schablonendicke, das kleinste Öffnungsmaß und die Druckzyklen zwischen den Reinigungsintervallen eingeben. Ist die Auswahl der Schablone abgeschlossen, werden die Informationen aus dem Produktberater für die weiteren Aufgaben zeitsparend und fehlerfrei in den Konfigurator übernommen.
Bereits mit Auftragseingang erfolgen parallel die komplette kaufmännische Abwicklung und Produktionsplanung mit dem hauseigenen ERP/PPS-System »Beosys 9«.
Über den »Konfigurator« bestellt der Kunde seine maßgeschneiderte Photocad-SMD-Druckschablone nach seinen spezifischen Angaben: als »Funktionsmuster« für ein neues Projekt, als »Basic Plus« für den schnellen Standard, als »Advanced« für kleinste Bauteile oder als »Performance« für maximale Leistungen mit Zusatzinformationen für Elektropolitur oder Nanoveredelung zur Steigerung der Anzahl der Druckvorgänge und Reduzierung der Reinigungsintervalle oder auch für besondere Höchstleistungsanforderungen als Stufenschablone.
Der Kunde bestimmt also im Konfigurator digital seine individuellen Informationen an Photocad, wie Formatangaben mit Spannsystem, Material, Oberflächen, Schablonenlayout, Anzahl der Pads bis zur Verpackung und der »Same-Day-Lieferung« nach Deutschland, Österreich und in die Schweiz.
»Das alles waren früher aufwendige händische Prozesse«, sagt Jepsen. »Jetzt spart der Kunde Zeit, was ihm einen greifbaren Nutzen bringt. Diesen Service bietet derzeit kein Wettbewerber an, ich würde sogar sagen, es handelt sich um die wahrscheinlich professionellsten „Online-Auftragseingang-Fertigungs-Möglichkeiten“ im deutschsprachigen Raum.«
Hand in Hand mit der Digitalisierung geht die Strategie, eine schlanke und schlagkräftige Fertigung aufzubauen. »Alles, was nicht zu unserem Kernbereich gehört, mit dem wir uns aus meiner Sicht also gar nicht erst befassen sollten, lagern wir aus.« Umso mehr kommt es auf die Mitarbeiter in der Arbeitsvorbereitung und in der Produktion an. Zwölf erfahrene Ingenieure und Facharbeiter sind hier beschäftigt, die in zwei Schichten arbeiten. Um die Mitarbeiter zu motivieren, hat Photocad die 35-Stunden-Woche eingeführt. Denn die Anforderungen seien sehr hoch: »Hochkonzentrierte CAD-Bildschirmarbeit über Stunden, das ist nicht so einfach und ermüdet«, so Jepsen. Die 35-Stunden-Woche trage deshalb dazu bei, die erfahrenen Fachkräfte zu halten und das Unternehmen als Arbeitgeber attraktiv zu machen.
Insgesamt käme es also in der Schablonenfertigung darauf an, sehr schnell hochqualitative und hochpräzise Produkte liefern zu können. Deshalb würde sich Photocad bewusst auf den deutschsprachigen Raum konzentrieren. In der DACH-Region zähle das Unternehmen bereits zu den Großen der Branche: »Wir verschicken rund 23.000 Schablonen pro Jahr, damit schätze ich unseren Marktanteil auf 15 bis 20 Prozent in Deutschland, wir liegen also an führender Position«, wie Jepsen bemerkt.
Weil sich Photocad also eine Reihe von Differenzierungsmerkmalen erarbeiten konnte, sieht Jepsen die Wettbewerbssituation gelassen: »Es dürfte rund ein Dutzend weiterer Hersteller in der DACH-Region geben, einige davon sind allerdings sehr regional begrenzt aufgestellt.«
Mit den Schwerpunkten auf Innovationen im Bereich Automatisierung und Digitalisierung, mit der Konzentration auf schnelle Lieferungen und einer hohen Spezialisierung sieht Jepsen Photocad auch für die Herausforderungen der Zukunft in einer sehr guten Position: »Kurz zusammengefasst: Wir machen im Umfeld der Schablonenfertigung einfach alles, was möglich ist. Das hat sich herumgesprochen und daran arbeiten wir weiter, nach unserem Motto „Präzision, die funktioniert“!«
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