Analyse- und Werkstofftechnik Weshalb ist die reine Elektronikproduktion in der Zukunft nicht mehr ausreichend?

Von Andreas Leu

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Eine provokante Einstiegsfrage, der jedoch in der aktuellen Beschaffungsmarktsituation für die Herstellung hochwertiger, langlebiger und zuverlässiger mechatronischer Produkte eine besondere Bedeutung zukommt. Um einen Mehrwert in werkstoffintensiven Produktlebenszyklen zu erzeugen, ist spezielles Werkstoff- und Prozesswissen sowie Analytik elementar für den Erfolg eines Produktes.

Analyselabor der Zollner Elektronik AG.
Analyselabor der Zollner Elektronik AG.
(Bild: Medienproduktion Holzer )

Mit 30 Mitarbeitern – vom Facharbeiter bis zum Naturwissenschaftler und Ingenieur – ist die Analyse- und Werkstofftechnik bei der Zollner Elektronik AG ein unabhängiger Fachbereich.

Für einen Mechatronik- beziehungsweise EMS-Dienstleister ist dieser hohe Aufwand eher ungewöhnlich. Als Europas EMS-Marktführer gehört bei Zollner jedoch diese Expertise zum Grundverständnis und zur Kultur – was wir produzieren, müssen wir auch analysieren können.

Weltweite Expertise als primäre Kompetenz

Dabei greift Zollner nicht nur auf das hauseigene Knowhow zurück, sondern arbeitet auch eng mit Forschungsinstituten, Hochschulen und Technologiepartnern zusammen – und dies lange bevor aus einer Kundenidee ein fertigbares Produkt geworden ist. Der direkte und schnelle Zugriff auf Bauteil-, Rohstoff- und Materialdaten global vernetzter Datenbanken spielt dabei für die Analytik bei der Zollner Elektronik AG eine entscheidende Rolle. Gerade in der Produktentstehungsphase wird oftmals über Erfolg oder Misserfolg des Produktes entschieden. So kann eine unzureichende Materialauswahl sowohl die Projekt- als auch die Produktkosten trotz innovativer Idee an den Rand der Wettbewerbsfähigkeit stellen.

Warum investiert die Zollner Elektronik AG in ein Analyselabor?

Die Investition in präventive Analysen am Anfang des Projekts zahlt sich langfristig und nachhaltig aus. Die Risikominimierung sowie fehlerfreie Funktion während der definierten Lebenszeit unter den geplanten Umweltbedingungen sind leitende Ziele unserer Kunden. Die präventiven Massnahmen, auch im Einklang mit Design for eXcellence (DfX), helfen dabei, diese Ziele zu planen sowie die Erreichbarkeit unter Simulationsbedingungen im Analyselabor nachvollziehen und somit gewährleisten zu können.

Die sogenannte «Rule of Ten» oder auch die Zehnerregel der Fehlerkosten basiert wissenschaftlich darauf, dass in einer Prozesskette jeder weitere Fehler das Zehnfache des letzten Fehlers kostet. Die Fehlerkosten entwickeln sich also exponentiell im Produkt­lebenszyklus. Je später im Produktentwicklungs- beziehungsweise Fertigungsprozess die Fehler entstehen, desto teurer werden diese.

Funktionsprinzip Analyselabor

Bei Zollner werden verschiedenste Analysen im präventiven sowie reaktiven Bereich abhängig von der Aufgabenstellung angewandt. Bekannte analytische Methoden wie der Lötbarkeitstest, die Kontaminationsmessung von elektronischen Baugruppen oder die Schichtdickenmessung von Lötoberflächen bilden die erste Ebene. Sie finden Anwendung bei der Erstteilequalifizierung in Anlieferung, bei langzeitgelagerten Bauelementen oder Umweltsimulation sowie bei der Beurteilung von Anlieferqualität und Losgüte, aber auch bei sensiblen Themen wie der Leistungsfähigkeit von Komponenten, um Produktions- und Feldausfällen entgegenzuwirken. Die prozessgerechte Aushärtung von Klebstoffen und Lacken beispielsweise sowie die Materialcharakteristik einer Leiterplatte lassen sich mittels vorhandenen DSC-Equipments (DSC: Differential Scanning Calorimetry) bestimmen. Eine im Analysezyklus angewendete FTIR-Spektroskopie (FTIR: Fourier-Transform-Infrarotspektrometer) gibt sehr schnell Auskunft über den verwendeten Werkstoff, die Werkstoffzusammensetzung und die Herkunft von Fremdstoffen im Anlieferteil. Basierend auf Prüfungen unter dem Lichtmikroskop lässt sich mit der maximal möglichen optischen Vergrösserung von 1500-fach eine Beurteilung von klassischen Verbindungsarten für Löt- und Schweissverbindungen vornehmen. Zur Auswertung anspruchsvoller Proben steht der Zollner Elektronik AG im Analysebereich ein leistungsfähiges Raster-Elektronenmikroskop mit verschiedensten Detektoren zur Verfügung. Damit sind Vergrösserungen bis hin zu 60 000-fach – gepaart mit einer Elementanalyse für Line- oder Area-Scan – innerhalb kürzester Zeit möglich.

Zunehmend kommt auch die Anforderung von Kundenseite, im Sauberraum zu produzieren. Eine der weiteren Aufgaben des Labors ist daher die regelmässige Analyse der Schmutzpartikel in diesen Räumen. «Hier spielt eine Vielzahl von Faktoren wie Grösse, Zusammensetzung und Herkunft von Partikeln eine entscheidende Rolle bei der Elimination von Störfaktoren, die die Langzeit­zuverlässigkeit von Produkten negativ beeinflussen – Stichwort Prävention», erläutert Penzenstadler Stefan, Leiter des Analyse- und Werkstofflabors bei der Zollner Elektronik AG.

Qualitative Analyse- und Werkstofftechnik

Abgerundet werden die Methoden durch einen breiten Instrumentenpark der mechanischen und elektrischen Messtechnik und vor allem durch umfangreiche Einrichtungen und Methoden im Bereich der Umweltsimulation. Letztere dienen nicht nur Validierungs- und Zertifizierungsprozessen, sondern besonders auch präventiven, entwicklungsbegleitenden Lebensdauertests. Diese reichen von relativ einfachen Temperaturschränken zur sowohl passiven als auch aktiven Lagerung von Produk­ten über Temperaturwechsel- und -schock-Einrichtungen bis hin zu IP-Prüfplätzen, Salznebeltestkammern und mechanischen Prüfeinrichtungen für Vibration und Schock. Auch hier differenziert sich die Zollner Elektronik AG als eines der wenigen europäischen Unternehmen mit einem eigenen Fachbereich in diesem Feld.

Deshalb bildet dieser Analyse- und Werkstoffbereich in Kombination mit Umweltsimulationseinrichtungen die Basis für die Zielsetzung, innovative, hochwertige und sichere Systeme aus einer Hand zu produzieren. Als Schweizer EMS-Unternehmen innerhalb Zollner-Gruppe kann die Zollner Electronics GmbH diese Dienstleistungen ihren Kunden einzeln oder als Gesamtpaket anbieten und somit einen Beitrag zu einem nachhaltig hohen Qualitätslevel über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg leisten.

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