Qualitätssteigerung durch 4.0 Integration

Auch im Bereich der Elektronikproduktion ist das Thema Industrie 4.0 in aller Munde – auch um weiterhin im globalen Wettbewerb die Konkurrenzfähigkeit zu erhalten. Innerhalb des Reinigungsschrittes ist die Verwirklichung der Industrie 4.0 ebenfalls möglich und bereits in High-End-Anwendungen in der realen Umsetzung. Durch die Integration eines Reinigungsprozesses werden zahlreiche Vorteile realisiert. Dabei gilt es nicht nur, die geforderten Reinheitsstandards für Produkte wie elektronische Baugruppen oder Powermodule zu gewährleisten. Denn um Reinheitsanforderungen zu erreichen, muss auch an Zwischenschritten innerhalb des SMT-Prozesses eine Reinigung erfolgen, z. B. an SMT-Schablonen oder Lötöfen. Um Reinheitsqualität nachzuweisen und zu dokumentieren, existieren verschiedene Testmethoden.

Einerseits ist für die Güte der Reinigungsqualität vor allem die Kompatibilität von Reiniger mit Verunreinigung nach dem Schlüssel-Schloss Prinzip von entscheidender Bedeutung. Andererseits gilt es, eine kontinuierliche und verlässliche Badüberwachung durchzuführen, um ein gleichbleibend gutes Reinigungsergebnis zu garantieren.

Generell wird zwischen direkten und indirekten Überwachungsmethoden unterschieden. Erstere beziehen sich auf die Oberflächenanalytik der gereinigten Substrate, wohingegen sich die indirekten auf eine Überwachung des Reinigungsprozesses und des Reinigers beziehen. Letztere lassen sich in manuell und automatisch untergliedern. Manuelle Methoden sollten kombiniert werden, um die Badbeladung zu beurteilen. So werden z. B. der Leitwert und damit die eingetragenen Ionen mittels Konduktometer überprüft. Zur Bestimmung und Überprüfung des pH-Werts wird ein pH-Meter (Potentialdifferenz Glaselektrode) bzw. Indikatorstäbchen verwendet. Mit einem Refraktometer wird der Brechungsindex gemessen, welcher sich ebenfalls mit dem Eintrag von Verunreinigung ändert. Wird ein alkalisches Reinigungsmedium eingesetzt, so sollte man die Alkalität des Mediums überprüfen. Dies kann mittels des Prinzips der Säure-Base-Titration ermittelt werden. Die durch die oben genannten Methoden ermittelten Werte sind konzentrationsabhängig. So ist es essentiell, den wichtigsten Parameter, die Konzentration, stabil zu halten, um eine Aussage der chemischen Analytik hinsichtlich der Reinigerqualität zu erhalten.

Die Konzentrationsmessung lässt sich mit einer chemischen Analyse, welche auf dem Phasentrennungsverfahren beruht, durchführen. Hinsichtlich der immer mehr geforderten Traceability ist es essentiell, eine lückenlose Dokumentation der Prozessparameter zu gewährleisten. Dies wird bei der Reinigung nur durch automatische Konzentrations-Messmethoden erreicht. Durch die Echtzeit-Kommunikation der Konzentrationsmesseinheit mit der Anlagensteuerung und dem Firmennetzwerk können Prozessschwankungen, die sich eventuell auf die Qualität der Produkte auswirken, direkt aufgenommen und ausgeregelt werden. Die Analyse dieser aufgezeichneten Daten kann dann als Grundlage zur Qualitätsverbesserung des Prozesses verwendet werden.

Durch die Kommunikation des automatischen, auf dem Messprinzip der Akustik beruhenden, Messsensors, ZESTRON® EYE, mit der SPS der Reinigungsanlage und die Einbindung in das Firmennetzwerk wird bei der Reinigung der Gedanke Industrie 4.0 realisiert. So wird ein schnelleres Eingreifen in den Prozess ermöglicht, da Prozessdaten in Echtzeit verfügbar sind und aufgezeichnet werden. Die mittlerweile am Markt existierende Erweiterung dieses Systems, ZESTRON® EYE CM, welche eine „All-In-One-Lösung“ bietet, kombiniert die Konzentrationsmessung mit einer automatischen Regelung der Reinigerkonzentration.

Gerade in der Elektronikindustrie spielt „Industrie 4.0“ eine große Rolle, denn bei den dort produzierten Gütern ist die Ausfallsicherheit essentiell. In diesem Markt, in dem eine hohe Produktvielfalt mit relativ niedrigem Volumen in Deutschland die Regel ist, ist es wesentlich, die Rückverfolgbarkeit der Prozessparameter auf einzelne Chargen und Produkte zu gewährleisten. Denn in solchen Fällen ist die Gefahr von Qualitätsschwankungen aufgrund höherer Fehlerwahrscheinlichkeit im Prozessverlauf durch häufigen Produktwechsel größer. Umso wichtiger ist die Möglichkeit der Nachverfolgbarkeit der Prozessdaten. Daher führt kein Weg an automatischen Messmethoden vorbei. Denn nur durch eine vollständige Dokumentation der Prozessdaten kann Traceability realisiert werden. Auch die Reinigung von elektronischen Baugruppen wird immer öfter als Prozessschritt in der Fertigungskette integriert, da die sehr hohen Gewährleistungspflichten eine Qualitätssteigerung und Absicherung der Produktqualität fordern. Es ist mittlerweile selbstverständlich, dass Anlagen in einer Fertigungslinie kommunizieren und so Fehler vermeiden. Wichtig ist es daher, dass der Reinigungsprozess sicher mit dem Firmennetzwerk kommuniziert und selbstständig agiert.

Durch die 4.0 Integration moderner Reinigungsprozesse kann die Fertigungsqualität von Baugruppen umfassend verbessert werden. Somit können sowohl die typischen Vorteile der Reinigung wie die Rückstandsfreiheit, Vermeidung von ionischer Kontamination, Verbesserung der Bondhaftung sowie Klima- und Beschichtungszuverlässigkeit realisiert werden, als auch durch Einbindung moderner Prozessüberwachungssysteme eine lückenlose Rückverfolgbarkeit (Traceability) für Audits garantiert werden.