Produktionsprozesse in der Elektronik

1. Definition des Produktionsprozesses
2. Grundlagen der Produktionsprozesse
3. Anforderungen an die Produktionsprozesse
4. Merkmale von Produktionsprozessen
5. Trends in Produktionsprozessen
6. Weiterbildungen für die Produktionsprozesse
7. Dienstleistungen für die Produktionsprozesse

Definition des Produktionsprozesses

Ein Produktionsprozess ist der Vorgang der betrieblichen Leistungserstellung und damit Kern der Wertschöpfung eines Unternehmens. Formal wirken dabei technologisch, zeitlich und örtlich bestimmte Produktionsfaktoren in einem Kombinationsprozess zur effizienten Herstellung einer bestimmten Gütermenge in bestimmter Qualität zusammen [1].

Grundlagen der Produktionsprozesse

Konkret handelt es sich bei Produktionsprozessen um standardisierte Fertigungsmethoden, mit der in einem Unternehmen durch maschinelle und/oder manuelle Be- und Verarbeitung der zur Produktion nötigen Elemente (Einzelteile, Zwischenprodukte und Baugruppen sowie Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffe) ein wirtschaftlich verwertbares Gut geschaffen wird [1].

Im Bereich der Produktionsprozesse für Elektronik werden folgende Standard-Produktionsprozesse und Prüfprozesse zum Aufbau der elektronischen Baugruppen genutzt:

• Lotpastendruck
• Lotpasteninspektion
• Bestücken der elektronischen Bauelemente auf den Schaltungsträger / die Leiterplatte
• Automatisierte optische Prüfung des Bestückprozesses
• Verbindungsbildung der elektronischen Bauelemente mit dem Schlatungsträger durch Reflow-Löten
• Automatisierte (röntgen)optische Prüfung des Lötprozesses / des Endproduktes
• Automatisierte elektrische Prüfung des Endproduktes (In-Circuit-Test / Flying Probe Test)
• Bedarfsweise werden manuelle Prüfschritte entlang der kompletten Prozesskette durchgeführt

Anforderungen an die Produktionsprozesse

Die Anforderungen an die Produktion und die enthaltenen Produktionsprozesse sind aus Unternehmenssicht Wirtschaftlichkeit, Termintreue und Flexibilität. Diese drei Ziele einer Produktion sind gegenläufig [2] .

Flexibilität  im Produktionsprozess

Den Forderungen nach Flexibilität steht die Forderung nach Wirtschaftlichkeit gegenüber. So muss sich das produzierende Unternehmen z. B. Kapazitätsreserven freihalten, um flexibel auf Terminänderungen des Kunden reagieren zu können. Auch muss es vielleicht kleinere Losgrößen produzieren, um flexibel zu bleiben. Somit muss das Unternehmen zur Sicherstellung seiner Flexibilität einen höheren Aufwand betreiben als benötigt und fertigt daher nicht mehr wirtschaftlich optimal [2].

Wirtschaftlichkeit im Produktionsprozess

Um wirtschaftlich fertigen zu können, müssen Wege gefunden werden, die Flexibilität und Termintreue sicherstellen und gleichzeitig der Wirtschaftlichkeit der Produktion nicht schaden. Die Voraussetzungen dafür sind transparente und reaktionsfähige Prozesse in der Produktion [2].

Termintreue im Produktionsprozess

Termintreue lässt sich nur auf der Basis von Informationen erzielen. Ein Produktionsunternehmen, das schnell auf neue Szenarien reagieren muss, benötigt eine Darstellung der aktuellen Situation der Produktion. Es muss klar erkennbar sein, wo was läuft, welche Probleme aufgetreten sind, wo Terminprobleme auftreten könnten und wo ein Prozess besser laufen könnte. Das Unternehmen muss einen Zustand der Transparenz erreichen [2].

Ergebnisse der Produktionsprozesse in der Elektronik. Quelle: FAPS Universität Erlangen

Merkmale von Produktionsprozessen

Produktionsprozesse, auch in der Elektronikproduktion werden nach verschiedenen Merkmalen unterschieden. Unterschieden werden die Fertigungstypen nach dem Mengenfall, der Art des Absatzes sowie der Art der Organisation [3].

Mengenarten/Mengenfall im Produktionsprozess

• Einzelfertigung
• Serienfertigung
• Sortenfertigung
• Massenfertigung

Art des Absatzes

• Direkter Absatz(weg)
• Indirekter Absatz(weg); Ware gelangt über Großhändler, Zwischenhändler, Einzelhändler zum Endkunden

Elektronikfertigung, Quelle: FAPS Universität Erlangen

Art der Organisation

• Klassifizierung gemäß Handelsform (GmbH, UG) möglich
• Klassifizierung nach Entwicklungstiefe/Portfolio (bspw. reine Auftragsfertigung oder eigene Entwicklung und anschließende eigene Fertigung der Produkte)

Im Bereich der Elektronikfertigung ist im Regelfall die Serienfertigung vorherrschend.

Voraussetzung für die Fertigung ist sowohl der Entwurf bzw. die Entwicklung des Produktes sowie die Gestaltung der Produktionsprozesse. Dazu gehören technische, logistische und ökonomische Aufgaben. Sind das Elektronikprodukt und dessen Produktionsprozesse gut vorbereitet, kann die Realisierung (Produktion) erfolgen. Je nach Komplexität des Produktes und der Produktionsprozesse sind zur Sicherung der Qualität Überwachungs- und Steuerungsmaßnahmen notwendig. Das Qualitätsmanagement für die Fertigung hochwertiger Produkte, wie das in der Elektronik der Fall ist, wird in den Europäischen Normen ISO9000/9001 geregelt [4].

Trends in Produktionsprozessen

Die Trends im Bereich der Produktionsprozesse der Elektronikproduktion sind:

• die weitere Digitalisierung der Prozessabläufe
• die stärkere Automatisierung durch künstliche Intelligenz
  • Automatisierung manueller Prüfprozesse und Prozessparameteroptimierung sind ideale Anwendungsfelder für künstliche Intelligenz
• die Stärkung der Produktionsprozesse in Europa bzw. im lokalen Umfeld [5]
  • Steigerung der Lieferketten-Resilienz und Nachhaltigkeit als Antwort auf die aktuelle Weltmarktlage und politische und gesellschaftliche Forderungen
• Additive Fertigungsverfahren ermöglichen zudem die Fertigung in Stückzahl 1, der Trend zu individuell für den Anwendungsfall angepasster Elektronik wird dadurch verstärkt
  • klassische additive Fertigungsverfahren/Produktionsprozesse, wie FDM, SLA, SLS oder STL werden kombiniert und zur direkten Realisierung mechatronisch funktionalisierter Bauteile genutzt
• Steigerung der Energieeffizienz, Nachhaltigkeit in der Produktion und Life Cycle Engineering
  • Intelligentes Tracking der Energieverbräuche in der Fertigung in der Produktion der eingesetzten Ausgangsstoffe
  • Einsatz bioabbaubarer Materialien
  • Entwicklung und Fertigung recyclinggerechter elektronischer Baugruppen
  • Erhöhung der Reparabilität der Baugruppen

Weiterbildungen für die Produktionsprozesse

Gewinnbringende Trends für das eigene Unternehmen  im Bereich der Elektronikproduktion bzw. Produktionsprozesse in der Elektronik können am besten im Zuge von Schulungen und Weiterbildungen erkannt und verstanden werden. Der Lehrstuhl FAPS bietet an der Schnittstelle zwischen universitärer Forschung und industrieller Entwicklung deshalb Seminar im Bereich der Produktionsprozesse in Elektronikproduktion an.

Der Forschungsbereich Elektronikproduktion des Lehrstuhl FAPS forscht in den Bereichen SMT-Fertigung, gedruckte Elektronik und Aufbau- und Verbindungstechnik für Leistungselektronik. Innovative Fertigungs-, Analyse- und Simulationskonzepte werden mit dem Ziel beforscht, die gewonnenen Erkenntnisse nutzbringend in die industrielle Anwendung zu übertragen.

Im Bereich der SMT-Fertigung steht unter anderem die Kombination maschineller Lernverfahren zur Verbesserung automatischer Produkt- und Prozesskontrolle im Fokus, im Bereich der gedruckten Elektronik die Kombination additiver Fertigungsverfahren mit den Möglichkeiten zur Aufbringung von Leiterbahnen auf 3-dimensionale Strukturen und im Bereich der Leistungselektronik die additive Fertigung metall-keramischer Schaltungsträger und Kühlstrukturen. Ziel des Seminars ist der Informationstransfer und -austausch durch Fachvorträge, praktische Demonstrationen und persönlichen Austausch.

Das Forschungslabor auf dem ehemaligen AEG-Gelände in Nürnberg mit dem Labor zur Elektronikproduktion bietet dazu beste Möglichkeiten. Das zweitägige Programm bietet Gelegenheit zur Diskussion individueller Problemstellungen und spezifischer Sachfragen zu sämtlichen Simulations- und Fertigungsschritten sowie Analysemöglichkeiten im Bereich Elektronikproduktion.

Hier finden Sie das Seminar zu Produktionsprozessen in der Elektronikproduktion der WGP-Produktionsakademie.

Dienstleistungen für die Produktionsprozesse

Professionelle Dienstleister bieten vor allem folgenden Service, der sich positiv auf die eigenen Geschäfte und nachfolgende Produktionsprozesse auswirkt:

• Technologische Expertise bei allen Produktionsprozessen (Tipps bei Designrichtlinien etc.)
• Wirtschaftlicher Preis
• Fertigungsqualität geprüft gemäß standardisierter Richtlinien
• Exzellentes Lieferkettenmanagement und Obsolescence Management
• Durch diese Dienstleistungen zu Produktionsprozessen können die Anbieter maßgeblich dazu beitragen die Potenziale der Unternehmen auszuschöpfen.

Dienstleistungsarten sind: Fertigungsdienstleistung (EMS-Service) , technologische Beratung / Schaltungsentwicklung

Hier finden Sie das Seminar zu Produktionsprozessen in der Elektronikproduktion der WGP-Produktionsakademie.

Quellen

[1]          „Produktionsprozesse“, REFA.de. https://refa.de/service/refa-lexikon/produktionsprozesse (zugegriffen 2. November 2022).

[2]          J. Kletti, Hrsg., MES – Manufacturing Execution System. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2015. doi: 10.1007/978-3-662-46902-6.

[3]          Produktionswirtschaft – Controlling industrieller Produktion / 3,2. Teilbd. 2. Informationssystem. Heidelberg: Physica-Verl., 1993.

[4]          M. Nowottnick, „Konstruktion und Fertigung elektronischer Baugruppen“.

[5]          „Zukunft der Elektronikproduktion: Was immer wichtiger wird“, all-electronics. https://www.all-electronics.de/elektronik-fertigung/zukunft-der-elektronikproduktion-was-immer-wichtiger-wird-403.html (zugegriffen 2. November 2022).