Universelle Prozesssoftware mit direkter Fehlerursachen-Korrelation (DCA) Optimierte Prozesskontrolle - EPP

Universelle Prozesssoftware mit direkter Fehlerursachen-Korrelation (DCA)

Optimierte Prozesskontrolle

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Gute Röntgeninspektionssysteme können in der Baugruppenfertigung hervorragende Ergebnisse für die Reparatur der Boards liefern, weil eine Röntgenanalyse im Gegensatz zu optischen nicht nur quantitative, sondern auch qualitative Prozessaussagen – beispielsweise von der Lötverbindung – liefert. Automatische Röntgensysteme stellen auch Informationen für Traceability/SPC sowie für Verifikation/Integritätskontrolle bereit, beispielsweise um festzustellen, ob unter visuell nicht zugänglichen Stellen alles in Ordnung ist – und die Daten sind sogar bei manuellen Assemblyarbeiten nützlich.

MatriX Technologies, Dachau

Das universell anwendbare Programmpaket MIPS (MatriX Inspection & Process Software) ist eine ideale Lösung für alle genannten Aufgaben. Zusätzlich liefert sie eine direkte Fehlerursachen-Korrelation (DCA) von Inspektions- und Testergebnissen in der Fertigungslinie, egal, von welchem AOI- und Röntgensystem die Daten stammen.
Hier werden insbesondere auch die Anwendung und die Vorteile des universell einsetzbaren MIPS-Systems unter dem Bleifrei-Aspekt beleuchtet. In der Baugruppenfertigung von Konsumelektronik wird im Bereich der EU bekanntlich seit letztem Jahr grundlegend bleifrei gearbeitet. Selbst viele Hersteller von professioneller, von Medizin-Elektronik oder von Geräten für andere Anwendungen, die nicht auf Bleifrei-Technik umstellen müssen, sind mittlerweile aus verschiedenen Gründen dazu übergegangen oder haben es nun vor. Damit ist klar, dass ein Verifikationssystem uneingeschränkt mit Bleifrei-Baugruppen umgehen können muss.
In seiner Benutzerführung lässt sich MIPS praktisch auf jede gesprochene Sprache anpassen. Neben der Verifikation, Reparatur (auch paperless) und Integration des Boardhandlings ist darüber auch eine Maschinensteuerung für eine optimierte Linienintegration möglich. Alle üblichen Grafik-Standardformate wie JPG, TIF oder BMP sowie diverse proprietäre Grafikformate von anderen Anbietern von Inspektionssystemen werden effizient unterstützt. Jeder netzwerkfähige PC unter Windows XP mit einem Standard-Barcodeleser stellt die notwendigen Hardware-Ressourcen für MIPS bereit.
Sehr wichtig ist, dass in MIPS die Inspektionsdaten von unterschiedlichen Mitbewerber-AOI oder AXI-Systemen verwendet werden können, die von dem implementierten Konverter-Programm umgesetzt werden. Für die Programmerstellung außerdem entscheidend ist, dass praktisch alle in Entwicklung, Planung und Fertigung von Elektronikbaugruppen relevanten Datenformate direkt aus den unterschiedlichen Systemwelten (CAD, Bauteillisten BOM, Fertigungssteuerung SAP, MRP/ERP/MES usw.) auf effiziente Weise dazu herangezogen werden können. Für jeden Anwender des Systems lässt sich das Programm individuell auf die jeweilige Aufgabe einrichten und in seiner grafischen Benutzeroberfläche anpassen – bis hin zur Größe und Lage von Fenstern. Dabei nicht verwendete Funktionen können von der übersichtlichen und leicht verständlichen Benutzeroberfläche nötigenfalls wieder entfernt werden. Damit wird eine große Klarheit der Darstellung erreicht sowie Fehlbedienungen, Irrtümer oder andere Missgriffe praktisch weitestgehend minimiert.
Hohe Effizienz und Flexibilität
Der Aufwand für die Verifikation und Reparatur von Baugruppen lässt sich durch die Bündelung der Verifikations- und Reparaturpunkte in einer Plattform wesentlich verringern. Diese hohe Effizienz wird erreicht, ohne dass Fehler oder Fehlbedienungen durch ein ermüdetes Personal zu befürchten sind. Hinzu kommt noch in punkto Benutzerfreundlichkeit und Applikationsvielseitigkeit eine praktisch uneingeschränkte Konfigurierbarkeit der Software für die optimale Integration in die einzelnen Fertigungsprozesse der Anwender.
MIPS ist zwar keine so genannte „Hexenmeister“-Software (englisch Wizard), aber in seiner großen Kombinationsvielfalt eine deutlich herausragende Entwicklung aus den heute marktüblichen Lösungen im Inspektionsbereich. An MIPS wird zudem deutlich sichtbar, dass in dieser Software und ihrer Applikation sehr große Erfahrung aus der Baugruppenfertigung, Röntgeninspektion sowie den unterschiedlichsten Benutzer-Anforderungen (Administrator, Operator, angelernte Fertigungskraft usw.) aus der Praxis eingeflossen sind. Grundsätzlich kann MIPS in jeglicher Elektronikfertigung mit Inspektionsdaten, unabhängig von Produktart und Produktionsvolumen, an jedem Arbeitsplatz im Prüffeld eingesetzt werden. Unternehmen können somit ihre Qualitätsvorgaben absichern, den gesamten Linienprozess überwachen und steuern sowie notwendige Reparaturen an Baugruppen vornehmen. Die Software dokumentiert dabei die einzelnen Reparaturvorgänge vollständig und versetzt den Anwender in die Lage, die einzelnen Arbeitsschritte dazu lückenlos zurückverfolgen zu können.
Bei MIPS handelt es sich mithin um eine sehr flexibel einsetzbare Software. Zum einen verwaltet und dokumentiert sie den gesamten Prüfprozess (optische Inspektion, Röntgeninspektion, Incircuit- und Funktionstests) in Echtzeit, der abhängig von der Strategie im Prüffeld aus den genannten Inspektionsverfahren sowie den elektrischen Tests bestehen kann. Zum anderen bereitet sie Daten aus diesen unterschiedlichen Verifikationsprozeduren optimal auf grafische und statistische Weise auf. Über die Analyse der Röntgenergebnisse lassen sich aktuelle Rückschlüsse auf eventuelle Problembereiche in der Fertigung ziehen. Diese Kontrolle zwischen Qualitätssicherung und Fertigungskontrolle oder Fertigungssteuerung findet in einer geschlossen Regelschleife (Closed Loop) statt. Sie stellt die lückenlose Überwachung der Fertigungsprozesse sicher und ermöglicht unmittelbare Reaktionen auf eventuell auftretende Probleme sowie deren Kontrolle auf Wirksamkeit durch die Verifikationsprozedur.
Programmmodule
In der MIPS-Software finden sich drei große Programmmodule, welche die Hauptaufgaben Visualisierung, Analyse und Überwachung der Kontroll-Schleife (Loop) übernehmen: X-Verify, X-Process und X-Display(Testcoverage). Für den Anwender heißt das, er erhält eine Anzeige des Defekts (Bauteil/Lötstelle) mit herausgehobener Zoom-Funktion, um den Fehlerort zu lokalisieren. Hinzu kommt eine bei Bedarf farblich frei wählbare Übersicht, die zeigt, wo überall auf einer Baugruppe dieser jeweilige Defekt insgesamt festgestellt wurde. Damit lassen sich Fehlerhäufigkeiten auf Baugruppen bzw. eventuelle Seriendefekte rasch erkennen. Die Auswertung liefert zudem auch eine Aufschlüsselung über die zehn am häufigsten vorkommenden Fehlerarten (Top Ten) sowie eine Defekt-Statistik bezogen auf die einzelnen Bauelemente, die in der Fertigung dieser Baugruppen verwendet werden.
Für die Fertigungsüberwachung lassen sich frei definierbare Alarmfunktionen eingeben, die beispielsweise mitteilen, wenn voreingestellte Defektlimits überschritten werden oder sich unheilvolle Tendenzen in der Produktprüfung und im Fertigungsablauf abzeichnen sollten. Aufschlussreich ist weiterhin auch die Darstellung der Gaußschen Verteilung eines Defekts, denn darüber lassen sich sehr differenzierte Rückschlüsse auf die Stabilität einzelner Produktionsschritte wie Pastendruck, Bestückung oder Lötvorgang ziehen. Sind schließlich in Folge von Trenderkennungen und statistischer Auswertung (SPC) diverse Schritte zur Prozessoptimierung vorgenommen worden, zeigen dazu korrespondierende Kurvendarstellungen deutlich, welche Auswirkungen diese Maßnahmen in der Fertigung bis hin zur Verifikation ergeben.
Neu im Prozessmodul ist die Funktion, über die eine direkte Korrelation der Fehlerursachen (Defect Correlation Analysis, DCA) unterstützt wird. Diese innovative Neuerung bietet die Möglichkeit bei kritischen Fehlern, die Ergebnisse der vorhergehenden Prüf– und Testpunkte dafür einzublenden und so die Analyseergebnisse direkt zu korrelieren. Dazu werden die Prüfdaten in der Inspektionsdatenbank entsprechend verwaltet. Zum Beispiel kann man bei einem per AXI festgestellten Lötfehler (Post-Reflow) mit zu geringem Lotauftrag (Insufficient) direkt das Lotpastendruckergebnis der betreffenden Lötstelle einblenden, um die Fehlerursache (eventuell verstopfte Schablone) zu ermitteln bzw. einzugrenzen.
Eine Optimierung, d. h. Erhöhung des Prüfumfangs, wird hervorragend unterstützt. Der Testumfang wird dabei von den Benutzern durch die Festlegung der Inspektionsstrategie als Ausgangsbasis definiert. Mit dem Testcoverage Modul des Unternehmens werden dann die detaillierten Daten über die Prüftiefen aus der CAD–Modell-Bibliothek mit dem aktuellen Baugruppen-Layout verknüpft. Diese Schritte erfolgen unter Berücksichtigung der hinterlegten Kundenspezifikation in Abstimmung mit der Defektklassifikation und den jeweiligen Fehlermerkmalen (wie Versatz, Lötqualität, Voidanteil sowie andere Abweichungen).
Dabei ist zu beachten, dass im Testcoverage-Modul nicht nur die einzelnen Prüftiefen verwaltet werden, sondern dieses – so weit Lücken in der Prüfung festgestellt werden – automatisch Empfehlungen ausgibt. Solche Hinweise können beispielsweise sein: Polaritätskontrolle von Dioden ist mit AXI nicht möglich, Prüfung mit AOI, falls vorhanden. Oder im einfachsten Fall lässt sich eine manuelle visuelle Prüfergänzung an den Verifikationsplatz melden mit der Information, dass die Polung von Steckverbindern zu kontrollieren ist.
Doppelseitige Baugruppen optimal verifizieren
Erstmalig liefert solch ein Verifikationssystem wie MIPS nun auch hervorragende Ergebnisse für die Prüfung von zweiseitig bestückten Leiterplatten. Die hier zugrunde liegende, urheberrechtlich geschützte 3D-Slice Filter Technique (SFT) analysiert das Profil des Graulevels von doppelseitigen Baugruppen und extrahiert davon den Graulevel-Ausschnitt (Slice) der zuvor erfassten Oberseite. Doppelseitige Baugruppen lassen sich damit bis zu einer sehr hohen Fehlerabdeckungsrate von >97 bis 98 % verifizieren. MIPS unterstützt mit der neuen Slice-Filtermethode auch die Inspektion von Mehrebenen-Komponenten wie Multichip-Modules. Dazu Vergleichbares ist auf dem Markt der Inspektionssoftware derzeit nicht verfügbar.
Bei der SFT-Technologie stehen zwei Inspektionsstrategien zur Verfügung. Die Version A (Congruent Data Filtering) verwendet das Röntgenbild der ersten gelöteten Seite A, um davon das Profil des Graulevels von der zweiten Seite B (doppelseitig Aufnahme) zu berechnen. Für die Serienfertigung dürfte die Master-Process-Filtering-Methode wirtschaftlicher sein. Nur eine Master-Aufnahme der Seite A gilt hierbei als repräsentativ für die zu prüfenden Baugruppen im In-line Betrieb.
Bleifrei-Boards zuverlässig instandsetzen
Gelangt eine Baugruppe aus der Produktion zur Verifikations- bzw. Reparaturstation wird sie erst mal mittels Barcode-Lesestift identifiziert. Die bereits vorhandenen Daten zu diesem Prüfobjekt sind damit auf dieser Station verfügbar und die Reparatur kann durchgeführt werden. Der Bediener quittiert am MIPS-System jeden abgeschlossenen Reparaturvorgang und gibt damit das Board sukzessiv frei, bis es als defektfrei gelten kann. Im Falle von bleifrei gefertigten Baugruppen allerdings müssen auch noch die Lötmittel wie Lötgeräte und Lötzinn mit berücksichtigt werden. Dazu weist man den verschiedenen Lötstationen am Reparaturplatz jeweils eine ID zu (zum Unterscheiden von bleihaltigen oder bleifreien Prozessen), die per Barcodeleser automatisch abgetastet wird. Der Bediener erhält auf dem Reparatur-Display einen eindeutigen Hinweis, ob es sich bei dem jeweiligen Board um eine Bleifrei-Baugruppe oder eine andere handelt. In Übereinstimmung dazu muss auch die jeweilige ID der Lötstation stehen, damit der Reparaturvorgang überhaupt frei gegeben wird. Stimmen diese Daten nicht überein, ist der Reparaturvorgang verriegelt und eine Popup-Meldung für den Bediener erscheint auf dem Display. Erst wenn der Bediener die Situation bereinigt hat und die ID der Lötstation mit den Board-Daten übereinstimmt, kann er die Baugruppe bearbeiten.
Mit diesem System ist eindeutig sichergestellt, dass Baugruppen korrekt instand gesetzt werden. Dies unabhängig davon, auf welcher Linie und in welcher Technik eine Baugruppe hergestellt wurde. Schließlich sind die Temperaturprofile von Baugruppen in Bleifrei-Technik doch sehr unterschiedlich – auf jeden Fall um 10 bis 20 °C höher, als für jene aus konventioneller Fertigung. Eine Verwechslung wäre auf jeden Fall fatal und würde zu einer Reihe von möglichen Defekten auf dieser Baugruppe führen, von sofortiger Zerstörung zumindest einzelner Bauteile bis hin zu mysteriösen und letztlich teuren Ausfällen bei den Anwendern der Geräte.
Transparente und klare Prozesse
In der Gesamtschau lässt sich feststellen, dass die MatriX Inspection & Process Software MIPS eine Fülle von Funktionen, Adaptierungen an unterschiedliche Datensätzen von AOI und AXI-Systemen verschiedener Herkunft, leichte Programmerzeugung mit der Übernahme bereits vorhandener Baugruppendaten sowie sehr klare Analysen und Reparaturprozeduren bietet. Dieses Softwarepaket ist auf dem Markt bisher einzigartig. Die über MIPS laufenden Prozesse sind sowohl für Anwender als auch Administratoren völlig transparent und lassen sich zu jedem Zeitpunkt korrekt überwachen und steuern. Es gibt unterschiedliche Benutzer-Level, die individuell per Passwort für jeden Nutzer entsprechend seines Status vergeben werden. Dies schließt Missgriffe auf andere Berechtigungsebenen zuverlässig aus.
Obwohl MatriX eigene Röntgeninspektionssysteme der AXI-Serie X2, X2.5 und X3 entwickelt und herstellt, lässt sich die MIPS -oftware praktisch mit den Inspektionsdaten von allen X-Ray- und AOI-Systemen des Marktes betreiben. So dass auch hier die überragenden Vorteile wie die Kombination unterschiedlicher Inspektionspunkte und die Korrelationsmöglichkeit verschiedener Analyseergebnisse verfügbar sind. Verwenden Unternehmen zudem eine einheitliche, durchgängige und an den jeweiligen Aufgabenbereich komplikationslos angepasste Softwareoberfläche, sind Schulungen der Mitarbeiter erheblich vereinfacht. Auch der Trainingsaufwand bei Wechsel der Aufgaben ist für einen Nutzer dann drastisch reduziert.
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