Ein ganzheitlicher Prozess

Siemens A&D Electronics Assembly Systems, München

Dass fehlerhafte Produkte nicht zum Kunden kommen, ist für qualitätsbewusste Elektronikfertiger Standard. Solange sich aber Fehler in die Fertigung einschleichen und erst nachträglich entdeckt werden, trägt der Fertiger die Kosten für den Ausschuss. Das Konzept der Null-Fehler-Produktion zielt deshalb darauf ab, die Fehlerquote über den gesamten Produktionsprozess auf Null zu senken. Langfristig produzieren Unternehmen mit Zero-Defect-Ansätzen damit nicht nur qualitativ besser, sondern auch erheblich kostengünstiger.

Bei der Konstruktion moderner Siplace-Maschinen wird schon darauf geachtet, Fehlerquellen auszuschließen. Dies beginnt bei den extrem steifen Maschinenrahmen, geht über leichte und stabile Kohlefaser-Portale bis hin zu den hochpräzisen Linearmotoren zur Steuerung von Portalen und Bestückköpfen. Zusammen mit dem niedrigen Schwerpunkt der gesamten Maschine wird so ein vibrationsarmer Betrieb gewährleistet, eine wichtige Grundvoraussetzung für die präzise Aufnahme und Platzierung von Bauteilen. Für jede Achse gibt es eigene, opto-elektronische Kontrollsysteme, die die aktuelle Position laufend erfassen, Soll und Ist vergleichen und entsprechend justieren. In der Z-Achse lassen sich Bewegungen abhängig vom Bauteil optimieren, um bei unterschiedlich hohen Bauteilen die jeweils ideale Bestückposition zur Leiterplatte zu garantieren.

Die korrekte Aufnahme und der optimale Druck bei der Bestückung sind weitere wichtige Qualitätsfaktoren. So werden die empfindlichen 0201- oder 01005-Komponenten berührungslos aufgenommen. Um kleinste Abweichungen bei Bauteilrollen und Zuführungen auszugleichen, optimieren Siplace-Maschinen die Abholposition „selbstlernend“, zusätzlich kontrolliert das digitale Vision-System die korrekte Aufnahme jedes Bauteils. Je nach Bauteil lässt sich zudem der Druck variieren, mit dem das Bauteil auf die Leiterplatte bestückt wird. In der Praxis sind die Leiterplatten oft leicht verformt, auch diese Höhenunterschiede werden automatisch erfasst und in die Positions- und Druckberechnungen aufgenommen.

Bauteile mit verbogenen Beinchen oder beschädigten Gehäuseformen sind immer wieder einmal Fehlerquellen innerhalb des Bestückprozesses. Leistungsfähige Vision-Systeme überprüfen daher jedes einzelne Bauteil, das vom Bestückkopf aufgenommen wird. Um die unterschiedlichen Gehäusetypen eindeutig erkennen zu können, lassen sich Belichtungswinkel und -stärke bauteilabhängig programmieren. Face-Down oder hochkant zugeführte Bauelemente oder auch Bauelemente mit fehlerhaften Kontakten werden zuverlässig erkannt. Ein Beispiel für die Leistungsfähigkeit der digitalen Vision-Systeme: Auch bei maximaler Bestückgeschwindigkeit lassen sich mehr als 2500 Kontakte pro Bauteil verifizieren. Erkennt die Maschine einen Fehler, wird das Bauteil abgeworfen und ein neues aufgenommen. Weiterer Pluspunkt des digitalen Siplace Vision Systems: Bildaufnahmen der Bauteile, so genannte „Vision Dumps“ werden im System automatisch gespeichert. An Hand dieser gespeicherten Bilder kann leicht aufgezeigt werden, welche Bauteile z. B. auf Grund von verbogenen Beinchen oder beschädigten Gehäuseformen abgeworfen wurden, Fehler können bei Produkteinführungen früher erkannt werden. Damit steigt die Prozesssicherheit.

Eine weitere Ursache für Qualitätsmängel und Produktivitätsverluste in der Elektronikfertigung sind Rüstfehler. Mit so genannten Setup-Centern lassen sich hier geschlossene Kontrollsysteme etablieren, die Fehler ausschließen. Bauteilrollen werden bei der Rüstung per Barcode erfasst und einem Förderer zugewiesen. Die Linien-Software Siplace Pro vergleicht dann diese Daten mit dem Rüstprogramm. Bei Abweichungen erscheinen Warnungen und die fehlerhaft gerüstete Maschine lässt sich nicht anfahren. Diese Rüstkontrolle kann an der Linie oder offline erfolgen.

Große Potenziale für Produktivitäts- und Qualitätssteigerungen verbergen sich für viele Unternehmen in den Produkteinführungsprozessen (NPI). Insbesondere auf kleine Losgrößen spezialisierte Fertiger können hier vom Virtual Product Build profitieren. Statt die Gesamtleistung der Linien mit unproduktiven Testläufen, „sticky tapes“ und unnötigem Komponentenverbrauch zu verringern, kann der NPI-Prozess weitgehend virtualisiert und simuliert werden.

Dazu werden beim Virtual Product Build Gerber-Daten importiert und durch Bildvergleich mit den Rüstprogrammen abgeglichen. Komponente für Komponente können die Stückliste abgeglichen, falsch positionierte Bauteile korrigiert und fehlende Bauteile ergänzt werden. Der bisher typische „Trial-and-Error“-Prozess wird durch eine systematische Qualitätskontrolle des NPI-Prozesses ersetzt.

Weit über die Linienoptimierung hinaus gehen Siplace-Berater in Kaizen-Prozessen im Rahmen von Six Sigma-Projekten mit Kunden. In diesen Projekten werden Qualitätsziele definiert und über schrittweise Verbesserungen im gesamten Fertigungsprozess erreicht und dauerhaft gesichert. Als entscheidende Kennzahl hat sich hier DPMO bewährt: Defects Per Million Opportunities.

Als Beispiel kann hier ein Six-Sigma-Projekt in einer High-Volume/High-Mix-Fertigung dienen. Der Fertiger hatte sich trotz bereits überdurchschnittlicher Benchmarks eine weitere, drastische Senkung der Rework-Kosten zum Ziel gesetzt. AOI- und ICT-Tests mit 100-prozentiger Abdeckung hatten zum Projektstart hier DPMO-Werte von 14 bis 16 ermittelt. Siplace-Consultants durchleuchteten in Zusammenarbeit mit dem internen Projektteam die gesamte Fertigung mit vor- und nachgelagerten Prozessschritten und konnten die Fehlerrate binnen einen Jahres auf unter 5 DPMO absenken. Die realisierten Kosteneinsparungen lagen – bezogen auf das eine Produkt – bei über 120 000 US Dollar. Zusätzlich profitierten von den im Projektrahmen für ein Produkt definierten Prozessverbesserungen auch alle anderen Produkte.

Es zeigt sich somit, dass eine Zero-Defect-Philosophie zu erheblichen Kosteneinsparungen führen kann. Hinzu kommen die „weichen“ und schwer messbaren Vorteile wie höhere Kundenzufriedenheit oder Imageverbesserungen. Dafür gilt es, den gesamten Fertigungsprozess nachhaltig zu optimieren. Der eingeschränkte Blick auf die einzelne Maschine oder Linie ohne Berücksichtigung vor- und nachgelagerter Prozesse greift zu kurz. Die besten Ergebnisse werden in Projektteams erzielt, die das interne Know-how der Unternehmen und die externe Expertise von Technologiepartnern wie Siplace zielgerichtet bündeln.

EPP 426