Innovationen in der Elektronikfertigung

Alle reden von KI, Sie auch?

Künstliche Intelligenz ist ein Thema, auf das sich Unternehmen einstellen müssen. Aktuell beschleunigt sie vor allem Innovationszyklen. Verkürzen sie sich beim Kunden, verändert sich auch unsere Produktwelt schneller. Die Planbarkeit der Fertigung sinkt, neue Baugruppen kommen dazu und müssen auf allen Produktionsstufen vorbereitet werden; Teilespektren ändern sich. All dem müssen wir Rechenschaft tragen. Unternehmen stehen unter Druck, die aktuellen technologischen Entwicklungen mitzugehen. Nvidia kennt man wahrscheinlich noch als Hersteller von Grafikkarten, heute ist das Unternehmen Weltmarktführer im Bereich des KI-Computings. Der Marktwert ist explodiert. Das hatten wohl die Wenigsten auf dem Schirm.

Welche aktuellen Entwicklungen sehen Sie noch in der Elektronikfertigung?

Corobotic, wenn Mitarbeiter in der Fertigung von Robotern unterstützt werden. Das ist deutlich einfacher geworden, da für die Programmierung und Bedienung heute keine Programmierkenntnisse mehr erforderlich sind. Funktionsbausteine wie „öffnen“, „fahren“ oder „absetzen“ können mit Drag and Drop zusammengestellt werden. Mittlerweile gibt es sogar Fertigungslinien, in denen Cobots Cobots bauen. Die Mitarbeiter, die das vorher taten, schulen jetzt die Cobots, bedienen sie und beseitigen Fehler. Sie können ihre Wertschöpfung damit erheblich erhöhen. Cobots eignen sich auch optimal für Prüfaufgaben: Wenn 1000 Baugruppen händisch geprüft werden müssen, nimmt das Tage in Anspruch. Ein Prüfroboter kann das in einer Nacht erledigen. Gerade in Zeiten des Fachkräftemangels können sie die Fertigung intelligent unterstützen.

Vor drei Jahren wurde der Chip-Hersteller Xilinx von AMD übernommen. Was bedeuten solche Fusionen für den Markt?

Durch den Zusammenschluss von Herstellern und Distributoren gewinnen sie an Marktpräsenz und Macht. Im Fall von Xilinx und AMD wurden direkt 1000 Artikel aus dem Programm gestrichen. So sind Unternehmen zu Neuentwicklungen gezwungen. Ein Treiber für Innovation sind zudem klare Verfügbarkeitsenddaten: Beim Material in der Elektronik gibt es zwei signifikante Daten, last time buy und last time ship. Die letzte Gelegenheit ein Teil zu kaufen und das letzte Mal, dass es geliefert wird. Damit ist das Lebensende einer Baugruppe erreicht. Mit dem Abkündigen wollen Hersteller ihre Stückzahlen steigern und das Portfolio straffen; neue Entwicklungen anstoßen und einzelne Bauteile weiterentwickeln, sodass neue Produkte besser, schneller und günstiger hergestellt werden können.

Schneller, besser – und vermutlich auch kleiner?

Ja. Die Miniaturisierung ist ein Dauerthema in der Branche. Alles wird kleiner und schneller, die Taktrate wird in den kommenden Jahren weiter zunehmen. Das Moore‘sche Gesetz aus den 1960ern besagt, dass sich die Leistung von Prozessoren etwa alle 1,5 Jahre verdoppelt. Das trifft heute noch zu. Die neuesten Entwürfe des iPhones 17 sehen vor, dass es noch dünner werden soll und fast keine Gerätestärke mehr vorhanden sein wird: Diese Trends aus der Konsumerelektronik – kleinere Geräte, mehr Leistung – schlagen auch auf die Industrieelektronik durch, wenn auch nicht in der Deutlichkeit. Hier kommt es nicht auf jeden Kubikzentimeter an; die Größe ist kein Verkaufsargument wie beim Endkunden, vielmehr ist die Leistung des Gesamtgeräts entscheidend.

Was bedeutet das konkret für die Fertigung?

Wie gesagt, die Bauteile und Leiterplatten werden immer kleiner. Früher waren kleine Teile so groß wie ein Cent, heute benötigt man eine Lupe. Hinzu kommt, dass die Baugruppen nicht nur kleiner, sondern auch auf einer kleineren Fläche stärker bestückt werden. Das bringt die Herausforderung mit sich, die Bauteile richtig und gut zu setzen – sowohl mit der SMD-Maschine als auch im THT-Bereich. Entsprechend haben sich die Werkzeuge weiterentwickelt; heute gibt es Nanolötkolben, um die Lötstellen treffen zu können. Die Mikroskopie in der Elektronikfertigung nimmt also zu; man muss für größere Bilder mehr Technik einsetzen, weil das menschliche Auge allein die Bauteile nicht mehr erkennen kann.

Wie wirkt sich das auf die Prüfung aus?

Optische Kontrollen werden anspruchsvoller, da die Bauteile nicht nur kleiner werden, sondern auch verdeckte statt seitlichen Anschlüssen haben. Damit muss die Prozessstabilität stärker gewährleistet sein. Die Norm schreibt bei der optischen Inspektion zum Beispiel den Faktor vier vor. Wir verwenden standardmäßig den Faktor acht. Bei der Kontrolle bedeutet das für den Mitarbeiter ein Vielfaches an Konzentration und Zeit: Wo er früher mit einem Bild eine Diafläche in Augenschein nahm, ist es heute nur noch ein Viertel davon. Oft verlangt der Kunde eine spezielle Prüfung, insgesamt nehmen Prüfungen zu, weil Funktionsumfang, Leistungsfähigkeit und die Komplexität der Schaltungen steigen. Elektronische Funktionsprüfungen sind notwendig, um sicherzustellen, dass das Zusammenspiel der Bauteile seinen Zweck erfüllt. Der Dienstleister muss diesen Anforderungen gewachsen sein. Hier sehen wir uns sehr gut positioniert.

Welchen alltäglichen Herausforderungen begegnen Sie noch?

Bei uns gilt es, den extremen Produktmix unter Kontrolle zu halten. Es ist herausfordernd, da wir unterschiedlichste Baugruppen in verschiedenen Stückzahlen herstellen und dafür in der Fertigung jeden Tag hochflexibel sein müssen. Flexibilität beginnt stets bei der Einkaufsorganisation mit leistungsfähigen Beschaffungswegen und der Kundenkommunikation. Man muss Anforderungen und Szenarien genau abstimmen. Dann kann man Vorfertigung, Materialbeschaffung und Montage so planen, dass man schnell reagieren, Mengen anpassen oder Varianten herstellen kann, um kurzfristig veränderte Bedarfe zu decken. Sinnvolle Vorfertigungsstufen mit Lagerhaltung sind auch wegen der Kapitalbindung wichtig: Nur langfristig zu beschaffende Materialien müssen auf Lager sein, aber eine umfassende Lagerhaltung bindet zu viel Kapital. Die Balance muss gehalten werden. Hinzu kommt, dass aktuell viele Kunden vorsichtiger sind, kleinere Losgrößen und Gesamtmengen abrufen. In der Fertigung bleibt der Aufwand aber der Gleiche, unabhängig davon, ob man 20 oder 50 Stück baut. Fertigung und Arbeitsvorbereitung müssen hier die Effizienz der Maschinen im Griff behalten, um den Output weiterhin zu garantieren.

Wie optimieren Sie das Prototyping?

Das Prototyping stellt sicher, dass Baugruppen voll funktionsfähig sind und alle Optimierungsmöglichkeiten ausgereizt werden. Es endet nicht in einem verkaufsfähigen Produkt, weil der Kunde sich noch in der Entwicklungsphase befindet. Oft ist der Zeitdruck hoch, weil Pufferzeiten schnell ausgereizt sind, die Serienproduktion aber anlaufen muss, um fristgerecht zu produzieren. Änderungswünsche müssen zeitnah integriert werden. Idealerweise hat der Kunde vorab den Bill of Materials (BOM) zur Verfügung gestellt, sodass die funktionsbestimmenden Teile vorrätig sind. So können wir auf Zuruf mit der Herstellung der Muster beginnen. Hier ist es essentiell, dass die Kommunikation mit dem Kunden, aber auch die Kommunikation aus den Abteilungen in die Fertigung stimmt, um auf Änderungen reagieren zu können. Ist ein Fertigungsstand erreicht, wo das nicht mehr möglich ist, machen wir das Produkt mit händischer Nachpflege passend.

Für eine neue Geräteserie zum Beispiel entwickeln und testen wir den Prototypen, industrialisieren ihn und überführen ihn in die Fertigung. Er wird ins Prüffeld gebracht, die Prüfungen werden initialisiert, mit dem Kunden lauffähig gemacht und an das jeweilige Gerät angepasst. Mit unserer Expertise unterstützen wir den Kunden auch bei der Entwicklung der Prüfungen. Aktuell hatten wir gerade den Fall, dass eine Baugruppe fertig war und wir dann festgestellt haben, dass ein filigranes Bauteil etwas herausragte. Die Komponente war deswegen nicht transportfähig – wir haben dann im 3D-Drucker eine Versandverpackung gedruckt, um die Baugruppe geschützt zum Kunden bringen zu können. Es ist wichtig, reaktionsfähig zu sein und auch unkonventionelle Lösungen zu finden.

Kann schon im Prototyping die Serienproduktion optimiert werden?

Das Ziel ist, dass der Prototyp schnell durchgetestet wird, damit die Serienproduktion zeitnah anlaufen kann. Wenn uns beim Bau der Prototypen auffällt, dass man manche Themen einfacher lösen kann, dann kommunizieren wir das an den Kunden, sodass er eingreifen und die Teile optimieren kann. Bei der Fertigung von Prototypen hat man stets die Serienfertigung im Kopf, um technologische und geometrische Ideen einzubringen. Wir sehen, was die Serienfertigung erleichtern kann – ein Ziel ist es, so viel wie möglich mit Maschinen zu arbeiten, auch im THT-Bereich. Muster sollten also stets so seriennah wie möglich produziert werden – mit den gleichen Herstellungsprozessen. Das vermeidet Fehler, Kosten und unnötige Iterationsschleifen. Insgesamt ist es wichtig, bei der Serienproduktion die Kommunikation aufrechtzuerhalten, um den Lieferplan einzuhalten. Hier gibt es zahllose Varianten, die Lieferzeiten von Bauteilen können sich wöchentlich ändern, auch abhängig von weltpolitischen Themen.

Und die letzte Frage: Wie ist Ihr Ausblick, sehen Sie Chancen?

Die Unsicherheit aktuell ist groß und keiner weiß, wie sich Konflikte und andere Ereignisse auf die Lieferketten auswirken werden. Hier bietet eine effiziente Fertigung auf dem gleichen Kontinent eine große Chance. Unternehmen sollten über eine Fertigung in Europa nachdenken, wo sie mit Menschen in der gleichen Sprache und Zeitzone kommunizieren können. Die Arbeitstage verschieben sich nicht und die damit einhergehenden Schwierigkeiten werden vermieden.