Qualitätssicherung made by AOI

Göpel electronic, Jena & A.S.T. GmbH, Dresden

Das Fertigungsvolumen an elektronischen Baugruppen beinhaltet 70 % Dienstleistung mit etwa 200 verschiedenen Arten von Baugruppen und 30 % Eigenfertigung mit ca. 20 verschiedenen Baugruppen. Die Losgrößen variieren zwischen 20 und 5.000 im Bereich der Dienstleistung und 100 bis 1.000 für die Eigenproduktion.

Auftraggeber finden ein umfassendes Dienstleistungsangebot von der Entwicklung neuer Baugruppen und Geräte über die weltweite Materialbeschaffung, die technologische Beratung, moderne SMD-Bestückung ab Bauform 0201, Handbestückung bedrahteter Bauteile, Ausführung von Geräte- und Sondermontagen, AOI und elektrischen Test bis hin zu Lackierung und Verguss von Baugruppen. Natürlich sind auch alle Möglichkeiten zur qualitätsgerechten Reparatur komplexer Baugruppen vorhanden. Notwendige Vorkehrungen zum Schutz vor ESD und zur Berücksichtigung der MSL-Level moderner Bauteile wurden getroffen. Im Unternehmen war und ist sich der Bedeutung von qualitativ hochwertigen Produkten bewusst. Die Kunden des Unternehmens verlangen optimale Qualität und der Anspruch seitens des Unternehmens an eine solche Qualität ist ebenso hoch. Daher wurden von Anfang an entsprechende Prüfstrategien entwickelt und umgesetzt. Der Fokus der Test- und Produktionsingenieure lag und liegt vor allem im Bereich optische Inspektion, auch wenn je nach Kundenwunsch In-Circuit Tests und Funktionstests eingesetzt werden. Anfangs wurden die gefertigten Baugruppen einer manuellen Inspektion unterzogen, was sich aber als nicht rentabel in punkto Zeit- und Kostenaufwand bei größeren Losgrößen entpuppte. Eine automatisierte optische Prüfung versprach Qualitätssteigerungen, Fertigungsoptimierung und eine vollständige Prozesskontrolle. Also entschied man sich, ein System zur Automatischen Optischen Inspektion (AOI) anzuschaffen und evaluierte den Markt. Zudem wurden Kunden kontaktiert, die bereits AOI-Systeme im Einsatz hatten.

Dabei kristallisierte sich heraus, dass ein Stand-Alone System von Göpel electronic die Anforderungen am besten erfüllte. „Zum einen stimmte das Preis-Leistungs-Verhältnis“, sagt David Kunze, Abteilungsleiter Prüffeld (Elektronikfertigung). „Zum anderen lobten Kunden, die bereits ein System von Göpel betrieben, den schnellen Support. Außerdem wurde uns eine kundenspezifische Lösung angeboten.“ So entschied man sich für ein OptiCon BasicLine, ergo eine Insellösung, was für die zu produzierenden kleinen Serien ausreichend ist.

Praktisch verfährt A.S.T. so, dass bei Stückzahlen unter 50 nach wie vor eine manuelle Inspektion durchgeführt wird. Das AOI-System kommt bei höheren Stückzahlen zum Einsatz. Das Layout der bestückten Leiterplatten muss AOI-fähig sein, um das OptiCon BasicLine optimal einsetzen zu können. Empfehlungen zu entsprechenden Baugruppen-Designs stellt der Jenaer Hersteller auf seiner Kunden-Website bereit, was von den A.S.T.-Mitarbeitern auch genutzt wird.

Folgende Schritte zum Einsatz des AOI-Systems werden unternommen: zuerst werden die CAD-Daten eingelesen – dabei handelt es sich um optimierte und gesäuberte Daten aus der eigenen SMD-Bestückung. Danach ordnet man Bauformen aus der Masterbibliothek und aus Prüfkomplexen zu und erstellt schließlich das Programm für die bestückte Platine. Wenn nötig – was abhängig vom jeweiligen Lieferanten ist – müssen neue Bauelemente angelernt werden, was aber mit der intuitiven OptiCon-Software relativ einfach vonstatten geht. In bestimmten Fällen muss die Baugruppe noch einmal optimiert werden, um Verfahrwege der Kamera und die Beleuchtung im AOI-System optimal nutzen zu können. „Gerade hier ergeben sich enorme Zeiteinsparungspotenziale“, sagt David Kunze. Nachdem Herr Kunze im letzten Schritt die Arbeitsunterlagen erstellt und verifiziert hat, sind diese bereit für die Produktion. Der Bediener/die Bedienerin kann anhand dieser Daten den Produktionstestmodus von selbst einrichten und die Analyse beginnen. Für alle vom AOI-System nicht oder nur eingeschränkt erfassbaren Kontrollstellen auf den Boards befindet sich auf dem Arbeitsplan ein zusätzlicher Hinweis für die Sichtkontrolle am Reparaturplatz. Gründe dafür können ein nicht optimales Layout, sehr eng platzierte Bauelemente oder aber immer kompliziertere Bauelemente-Bauformen sein.

Seit dem Einsatz des AOI-Systems haben sich die Produktionszeiten erheblich reduziert. Als Beispiel soll eine Baugruppe mit ca. 230 Bauteilen im Eurokartenformat genannt werden. Die Programmerstellung dauert im Schnitt etwa 10 bis 12 Stunden, wenn man davon ausgeht, dass ca. 10 % neue Bauteile zuvor angelernt werden müssen. Das Testprogramm umfasst rund 1.800 Prüfschritte, was einer Inspektionszeit von 1,48 Minuten entspricht. Eine manuelle Inspektion würde zwischen vier und fünf Minuten dauern, ergo ergibt sich eine Zeitersparnis von knapp vier Minuten. A.S.T. hat also bereits nach 170 Leiterplatten einen zeitlichen Vorteil durch den Einsatz der AOI-Prüfung. Doch David Kunze kennt weitere Vorteile des AOI-Systems: „Wir produzieren eine hohe Qualität bei guter Programmierleistung. Außerdem konnten wir die Quantität bei größeren Stückzahlen entscheidend erhöhen.“ Zusätzlich gibt er noch einen Tipp: „Die Mehrzeit für eine saubere Prüfprogrammerstellung rentiert sich!“.

AOI-Systemen hängt teilweise immer noch das Vorurteil an, zu viele Fehler zu finden, die prinzipiell keine sind – sogenannte Pseudofehler oder Auffälligkeiten. Ist dies nun ein Segen oder Fluch? Die Testingenieure in Dresden haben sich folgendes Prinzip zu eigen gemacht: sie versuchen erst gar nicht, alle Pseudofehler zu beseitigen, denn sie „bilden die Waage zwischen Pass und Fail“, so David Kunze. Er selbst erstellt eine Durchschnittsstatistik, welche das Ergebnis brachte, dass das OptiCon BasicLine eine Pseudofehlerrate von 0,26 % aufweist – gemessen an der Anzahl der Prüfschritte. Insgesamt ist man sehr zufrieden mit der Beschaffung und dem Einsatz des AOI-Systems, denn der Durchsatz wurde entscheidend erhöht, die Ausfallraten signifikant reduziert und die Prozesskontrolle genauer.

„Ich kenne Göpel electronic bereits aus meiner Erfahrung in einer anderen Firma als zuverlässigen und kooperativen Partner, der auch völlig neue Kundenforderungen präzise und qualitativ hochwertig in neue Lösungen umsetzt“, ergänzt der Fertigungsleiter, Herr Dr. Riedel. „Die Technik läuft zuverlässig und bei Problemen erhält man schnell Unterstützung durch die Hotline. Die Möglichkeit der Fernwartung unseres Systems erspart jede Menge Zeit und Ärger. Wir würden bei neuem Investitionsbedarf auf jeden Fall wieder dort anfragen.“

www.goepel.com; www.ast.de