Wissen und Qualität managen

Jörg Nolte / Arndt Neues, Ersa, Wertheim

Schon während der Entwicklung einer elektronischen Baugruppe werden heute Fragen nach der Herstellbarkeit des Boards gestellt. Unternehmen, die sich diesen Unbekannten frühzeitig zuwenden, minimieren die Gefahr, beim Serienanlauf eine böse Überraschung zu erleben. Ist die Erfahrung im Produktionsteam umfassend, sind die Herstellprozesse und Materialien bekannt, finden sich schnell Antworten auf altbekannte Fragen.

Stehen jedoch neue Materialien oder Verfahren zur erstmaligen Anwendung oder ist das Team unerfahren, kann der Aufwand zur Beantwortung offener Punkte schnell immens anwachsen. Für die Elektronikfertigung seien hier beispielhaft drei Fragen gestellt:

• Wie lassen sich neu eingeführte Packagetypen (zum Beispiel BGA) in den Herstellprozess integrieren?

• Wie wirkt sich die Verwendung bleifreier Lote auf die Lebensdauer des Produkts aus?

• In welcher Weise beeinflusst neues Produktionsequipment die Produktqualität?

Gehen wir zunächst einen Schritt zurück: Die Qualitätssicherungsprozesse weltweit haben alle gemeinsam das Ziel, die Produktionsqualität des jeweiligen Produkts auf das geforderte Niveau zu heben und dort zu halten. Dabei spielt nicht zuletzt der Mensch eine zentrale Rolle.

Es ist der allgemeine Wunsch, alle Einflüsse, die das Qualitätsniveau negativ beeinflussen können, auszuschalten. Sofern das nicht geht, soll der negative Einfluss zumindest auf ein erträgliches Maß reduziert werden, denn perfekt ist nun einmal nichts. Bekannt ist auch, dass es sich bei solchen Maßnahmen fast immer um Kreisprozesse beziehungsweise geschlossene Regelkreise handelt. Im laufenden Prozess wird eine Störgröße erkannt und über einen regulierenden Mechanismus ausgeglichen, damit am Ende das Ergebnis möglichst gut mit den Vorgaben über-einstimmt.

Die Güte eines solchen Regelkreises wird dadurch bestimmt, wie schnell eine Störung ausgeglichen wird. Der schnelle Eingriff von Fachleuten in einen fehlerhaften Produktionsprozess ist ebenso ein Beispiel für eine gute Regelung wie die unmittelbare Reaktion eines Heizelements auf die absinkende Temperatur an einer Lötspitze. Neue Package-Typen, bleifreie Lote und neues Produktionsequipment sind nun Einflüsse, die sich auf die Produktionsergebnisse negativ auswirken können und somit Gegenstand qualitätssichernder Maßnahmen. Wie gut und schnell auf solche Einflüsse reagiert wird, zeichnet die Qualität eines oder mehrerer, verknüpfter Prozesse aus.

Ein weiterer wesentlicher Faktor ist, dass Probleme, die zum Beispiel mit einem neu eingeführten Bauteiltyp (z.B. BGA) in Verbindung stehen, zeitlich weit entkoppelt auftreten können. In manchen Bereichen ist sogar offen, ob ein Problem überhaupt als solches erkannt wurde.

Diesem Umstand muss dadurch begegnet werden, analysierende und korrigierende Maßnahmen in möglichst allen Bereichen des Produktlebenszyklusses zu installieren. Im Zentrum der Betrachtung steht heute zumeist der Herstellprozess selbst. Das heißt die Fertigung von Leiterplatten, deren Bestückung und Lötung. Hier sind viele automatisierte Testsysteme in den Prozess eingebunden, um schnell auf Störungen reagieren zu können. Oft aber fehlt die geeignete Rückkopplung, Erkenntnisse aus der Reparatur ausgefallener Boards fallen unter den Tisch, die Ursache bleibt unerkannt.

Ersa hat mit dem Ersascope eine vor der Erfindung dieses Inspektionsgerätes klaffende Lücke geschlossen. Unter dem Motto „To see is to survive!“ wurde der Kerngedanke der Qualitätssicherung neu formuliert: Nur wenn ein Problem erkannt ist, kann es behoben werden!

Die Umsetzung dieses Gedankens in ein innovatives Produkt brachte dem Ersascope eine Fülle von internationalen Auszeichnungen ein. Heute kann der Anwender aus einer ganzen Palettevon Ersa-Inspektionssystemen wählen.

Die Erkenntnis, dass das Betrachten einer BGA-Lötstelle allein noch nicht genügt, um Fehler in der Produktion zu beheben, führte zu der datenbankbasierten Software Imagedoc EXP. In Verbindung mit optischen Inspektionssystemen öffnet Imagedoc EXP eine neue Dimension, Expertenwissen nutzbar zu machen.

Die modulare Struktur der Software erlaubt das durchgängige Wissensmanagement über den Lötprozess durch alle technischen Unternehmensbereiche. Von der Forschung und Entwicklung über die Produktion bis hin zum Qualitätswesen und Service.

Während der Imageexplorer ID-View, ein eigenständiges Modul von Imagedoc EXP, im Unternehmensbereich Service genügen mag, um die Dokumentation eines Produktionsfehlers einsehen zu können, verfügen die Qualitätssicherung und Produktion über das vollständige Softwarepaket. Dort können die Experten Probleme, die beispielsweise bei der Einführung neuer Lotlegierungen auftreten, aufnehmen, kategorisieren, analysieren sowie rückkoppelnd geeignete Gegenmaßnahmen unmittelbar einleiten und allgemein verfügbar machen. Dabei nutzen die Anwender sowohl Referenzbildgruppen als auch die erweiterbare Problem-/Lösungs-Datenbank sowie das umfangreiche Messmodul, um neue Fragestellungen zu beantworten. Im Berichtsmodul wird das erarbeitete Wissen übersichtlich aufbereitet.

Imagedoc EXP ist also eine Softwarelösung, die in Kombination mit Dokumenten und Videobildern aller Art bis hin zu Videosequenzen unternehmensübergreifend eine gemeinsame Datenbasis bildet. Die entstehende Dokumentation wiederum ist die Wissensbasis für die Zukunft. Wird wieder eine neue Maschine für die Produktion angeschafft oder ein Verfahren geändert, kann man auf die Erfahrungen einer früheren Umstellung zurückgreifen und spart so wertvolle Zeit. Die Investition in Imagedoc EXP wird so zum doppelten Gewinn für das eigene Unternehmen.

Eine andere Art der Qualitätssicherung, die aber ebenfalls in verschiedene Bereiche eines Unternehmens reichen kann, tritt bei der nachträglichen Reparatur einer Baugruppe auf. Es gilt auch hier: Nur wer den Prozess beherrscht, kann Qualität erzeugen! Natürlich sind auch im Rework-Bereich die Erkenntnisse aus dem Produktionsprozess wichtig und die Mittel der optischen Inspektion zur Ergebniskontrolle unverzichtbar.

Der Regelkreis zur Sicherung der Qualität nimmt eine weitere Dimension an: Die eingangs beispielhaft genannten Störgrößen, neuer Packagetyp, bleifreie Lote oder neues Produktionsequipment, beeinflussen die Anforderungen an den Reworkprozess. Es ist unerlässlich, für ein BGA die optimalen Lötparameter zu kennen und reproduzierbar genau im Prozess abzubilden, damit die Reparatur der Baugruppe auch bei zeitlich versetzten Reparaturvorgängen immer wieder zum gleichen, guten Ergebnis führt. Zum anderen muss die Möglichkeit bestehen, geänderte Produktionsbedingungen (neue Lote, andere Produktionsmaschinen) im Rework berücksichtigen zu können.

Auch in diesem Bereich hat Ersa neue Wege beschritten die, wie auch der „SMT Vision Award 2002“ beweist, weltweit Beachtung beim Fachpublikum finden: Das IR 550 A bildet als einziges Rework-System einen geschlossenen Regelkreis nach der tatsächlichen Temperatur an der Lötstelle ab. Es liegt auf der Hand, dass ein System, das die Prozesstemperatur an der Lötstelle ermitteln kann, die weitaus höhere Güte des Regelkreises erreichen wird, als Geräte, die dazu nicht in der Lage sind. Es ist in der Reparatur eben schwierig, eine ideale Lötverbindung zu erzeugen, wenn lediglich die Temperatur erhitzter Luft weitab der Lötstelle gemessen werden kann.

Ein technologischer Leckerbissen ist dabei die Verwendung eines berührungslosen Infrarotsensors. Zur Kalibrierung des Systems auf die Schmelztemperatur des Lots wird das Live-Bild von der Bildung der Lötverbindung genutzt. Ersa schafft mit dem IR 550 A die Voraussetzungen für gleichbleibende Rework-Qualität.

Wiederum sind es Softwareprodukte, die auch in diesem Bereich den „Closed loop“ der Qualitätssicherung vollenden. Die Dokumentation der Prozessdaten aus einem Lötvorgang sowie deren Analyse und Archivierung werden in IR-Soft abgebildet. Dabei ist IR-Soft im Lieferumfang des IR 550 A enthalten. Die intuitive Organisation der Bildinformation des Prozesses lässt sich, wie schon erwähnt, mit ID-View oder Imagedoc EXP umfassend abdecken.

Es bestehen also viele Möglichkeiten, dem Schlagwort TQM im täglichen Umgang mit innovativen Produkten scharfe Konturen zu geben. Die Prozesse in der Löttechnik lassen sich qualifizieren, indem benutzerfreundliche und technisch ausgereifte Produkte eingesetzt werden. Ersa greift die Bedürfnisse nach ho-hen Qualitätsstandards immer wieder auf und bietet seinen Kunden Lösungen, die den Pro-duktionsprozess in allen Phasen begleiten.

Bild 1. Ersa ImageDoc EXP – geschlossener Kreislauf beim Datenmanagement in der optischen Inspektion

Bild 2. Mehrfach ausgezeichnetes optisches Inspektionssystem Ersascope mit datenbank-basierter Software Imagedoc EXP stellvertretend für eine ganze Produktpalette von Ersa-Inspektionssystemen

Bild 3. Berichtsmodul von Imagedoc EXP mit offenen Systemschnittstellen beispielsweise zu Word und Excel

Bild 4. Ersa-4D-Scope – Aufsichtinspektion aus jedem Winkel, Vergrößerung bis zu 330-fach

Bild 5. Das IR 550 A ist ein preisgekröntes, mikroprozessorgeregeltes Reworksystem mit echter Closed-Loop-Regelung der Temperatur am Bauteil

Bild 6. Die Reflow-Prozess-Kamera RPC 550 A von Ersa liefert Live-Bilder von der Entstehung der Lötverbindungen während des Reflow-Prozesses

Bild 7. Vollständige Prozessdokumentation: Aufzeichnung von Temperaturprofilen mit IR-Soft und zeitgleiches Erfassen von Videobildern oder -sequenzen mit ID-View