Pressenotiz zum wettbewerbsfähigem Reflowprozess

Hersteller elektronischer Baugruppen sehen sich einem immer härteren Wettbewerb in Technologie und Preisgestaltung ausgesetzt. Insbesondere die Automobilindustrie fordert neben Belieferung „just in time“, höchstes Qualitätsniveau und neueste Technologie zu ständig sinkenden Preisen. Dies zwingt die Zulieferer, laufend nach neuen Produktionstechniken und effektiveren, profitableren Fertigungsmethoden zu suchen, um die Kundenerwartungen zu erfüllen. Eine Möglichkeit, mit dieser Situation umzugehen, ist eine Verbesserung des Reflowprozesses in drei Bereichen: Produktivität Qualität Kundenbeziehung Produktivität: Die Optimierung des Reflowprozesses beim Einfahren eines neuen Produktes erfordert eine Reihe von Profilveränderungen und Anpassung der Maschinenparameter. Dies ist in zweierlei Hinsicht kostenintensiv - durch Verzögerung des Fertigungsanlaufs und Lohnkosten. Meistens wird mit einem „Golden Board“, das mit Temperaturfühlern bestückt ist gearbeitet, das jedoch typischerweise nicht mehr als 10- 20 Durchläufe übersteht. In größeren Unternehmen können somit für Testboards, defekte Temperaturfühler, Reparatur oder Ersatz von Profilergeräten leicht jährliche Kosten im 5- stelligen Bereich entstehen. Zusätzlicher Produktivitätsverlust durch häufige, zeitraubende, immer wiederkehrende Profilaufnahmen oder langsame Prozessparameter wegen nicht optimaler Profilgestaltung kommt hinzu. Qualität: Bei Kundenforderungen mit einem Qualitätslevel von 10ppm für den thermischen Prozess ist die herkömmliche Weise mit periodischen „Schnappschüssen“ der Profilüberwachung überholt und riskant. In Wirklichkeit läuft mit dieser Methode die Produktion nahezu „blind“. Bei einigen Problemen, die während der Produktion entstehen können, wird zwar Maschinenalarm ausgelöst, dieser ist jedoch der eigentlichen Problemursache oft nur schwer zuzuordnen, oder das Problem hat bereits zu Produktionsausfällen geführt. Weitere Mängel der manuellen Profilüberwachung können schon durch geringe Unterschiede beim Anbringen der Temperaturfühler auf den Testboards entstehen. Nachdem ein Profil ermittelt wurde, kann es durch die „manuelle“ Interpretation der Ergebnisse durch verschiedene Personen zu abweichenden Einschätzungen kommen. Im Extremfall kann ein Prozess, der schon leicht außerhalb der Spezifikation liegt, falsch eingeschätzt werden und die Produktion läuft trotzdem weiter. Schließlich wird das Prozessfenster mit Fortschreiten der bleifreien Technik und dem damit verbundenen Einsatz neuer Lotpasten mit veränderten Flussmitteln und Additiven enger. Dies erfordert eine feinere Einstellung der Ofenparameter in allen Bereichen des Profils, um eine Temperaturbelastung für kritische Bauteile zu vermeiden, oder um in den verschiedenen Temperaturbereichen den Spezifikationen der Lotpasten zu entsprechen, um Lötfehler oder erhöhte Fluxkondensation zu vermeiden. Kundenbeziehung Die Auditoren der Kunden werden die Baugruppenhersteller stetig herausfordern, den Kundenservice mit detaillierten Qualitätsaufzeichnungen zu unterstützen. Zusätzlich werden jährliche Kostenoptimierungen gefordert. Hier besteht Potential, durch Automatisierung von Routinearbeiten Kosten einzusparen, und durch professionelle Präsentation kontinuierlicher Aufzeichnungen den Kunden von der Leistungsfähigkeit seines Lieferanten zu überzeugen und damit zu binden. Die genannten Herausforderungen können mit Hilfe zweier Lösungsansätze gemeistert werden. Prozess-Entwicklungs-Tool Dies kann der Einsatz eines Profilrekorders der neuen Generation sein, wie z. B. das neueste Modell EXPLORER von KIC, das entsprechende Softwareunterstützung zur Optimierung der Reflowparameter bietet. Diese Software benutzt einen einzigen Zahlenwert (PWI), um mit Hilfe mathematischer Algorithmen zu errechnen, wie jedes Lötprofil in sein Prozessfenster passt. Ein PWI-Wert 0% signalisiert z. B., dass der Prozess perfekt in der Mitte des verfügbaren Prozessfensters liegt. Dagegen zeigt ein PWI von 100% einen Prozess, der sich an der Grenze seines Prozessfensters bewegt, und ein Wert größer 100% ist außerhalb der Spezifikation. Zur perfekten Einstellung der Ofenparameter für ein neues Produkt errechnet die NAVIGATOR-Software nach einer einzigen Profilaufnahme die Profile und wie sie für alle verfügbaren Maschineneinstellungen in die Prozessspezifikation passen. Eine moderne Reflowmaschine hat eine Vielzahl möglicher Parameterkombinationen. Der NAVIGATOR errechnet automatisch die Profil-PWI's für alle diese Kombinationen und wählt in Sekunden daraus das Optimum. Das Optimum kann nach Anwenderdefinition der niedrigste PWI (Mitte des Prozessfensters) sein, der maximale Durchsatz (Transportgeschwindigkeit) oder eine Kombination von beidem. Das PWI-Konzept ermöglicht auch, Gruppen von Produkten zu identifizieren, die mit den gleichen Einstellungen der Reflowmaschine gelötet werden können, und somit erhebliche Zeit bei Produktwechsel einzusparen. Eine Reflowmaschine benötigt 10 - 30 Minuten bis sie stabil mit neuen Einstellungen läuft. Wenn die Einstellungen nicht verändert werden müssen oder nur die Transportgeschwindigkeit geändert werden muss, benötigt der Produktwechsel Sekunden. Bisher ist üblicherweise eine ganze Reihe von Messdurchläufen notwendig, wenn die Einstellungen der Maschine für ein neues Produkt ermittelt werden sollen. Dagegen ermöglicht eine leistungsfähige Optimierungssoftware wie der NAVIGATOR, dies in einem Bruchteil der Zeit zu bewerkstelligen. Jede Minute, die bei der Ofenprogrammierung eingespart wird, resultiert in zusätzlicher Produktionskapazität oder schnellerem Produktionsstart für ein neues Produkt. Zusätzlich ist es oft möglich, die Transportgeschwindigkeit zu erhöhen und damit wiederum zusätzliche Produktionskapazität zu erzielen. Beim Einsatz solcher Messsysteme ist wichtig, dass das Gerät eine kompakte Bauweise und geringe thermische Masse hat, um Verfälschungen bei den Messdurchläufen weitgehend zu vermeiden und dass es möglichst flach ist, damit es auch bei Maschinen mit niedrigen Einlaufhöhen problemlos verwendbar ist. Eine ausreichende Anzahl von Messeingängen für Temperaturfühler sollte selbstverständlich sein. Prozessmonitoring Zur kontinuierlichen Prozessüberwachung kann ein in der Reflowmaschine eingebautes Messsystem verwendet werden. Das KIC 24/7 bietet eine solche Lösung, die entweder bereits beim Kauf der Lötmaschine eingebaut ist, oder auch für nahezu alle bekannten Reflowmaschinen nachgerüstet werden kann. Ein solches Messsystem verfügt über 30 Sensoren, die permanent in der Prozesszone der Maschine installiert sind. Das System misst und errechnet automatisch, in Echtzeit und ohne jede Produktionsunterbrechung oder zusätzlichen Arbeitsaufwand das aktuelle Lötprofil und den zugehörigen PWI-Wert für jede einzelne Leiterplatte, die die Maschine durchläuft. In Verbindung mit einem Barcodesystem kann für die Nachverfolgbarkeit jeder einzelnen Leiterplatte das entsprechende Lötprofil zugeordnet werden. Sobald der Prozess sich über die Grenzen des vorgegebenen Prozessfensters bewegt, informiert eine Alarmfunktion über die Situation. Es können auch Maßnahmen wie Bedienerruf oder Stopp der Zuführung weiterer Leiterplatten initiiert werden, bis die Situation bereinigt ist. Die Software errechnet und überwacht für jede einzelne Leiterplatte den cpk-Wert und kann eine Alarmfunktion auslösen, wenn der Sollwert überschritten wird. Somit können bereits Aktionen eingeleitet werden, bevor es zu einer Situation kommt, wo der Prozess außerhalb der Spezifikation gerät. Mit verstärktem Einsatz von bleifreien und No-Clean-Lotpasten und den damit verbundenen Modifizierungen der Flussmittel, sowie Verwendung von Stickstoff, spielt die Anreicherung der Ofenatmosphäre mit Flussmitteldämpfen und deren ungewollte Kondensation in der Maschine eine größere Rolle. Die Maschinenhersteller haben deshalb entsprechende Fluxkondensationssysteme entwickelt, die aber je nach Einstellung das Lötprofil beeinflussen können. Das Prozessmonitoringsystem hilft dabei, die Einstellung der Lüfter und Abluftführungssysteme auf optimale Fluxentsorgung zu optimieren und trotzdem den Lötprozess innerhalb des Prozessfensters zu fahren. Zusammenfassung Ein Upgrade von Reflowmaschinen mit den neuesten Möglichkeiten zur Prozessentwicklung und -überwachung hilft entscheidend, die eingangs genannten Herausforderungen zu meistern und eventuell darüber hinaus noch weitere Vorteile zu erzielen. Insbesondere bei hohen Qualitätsansprüchen wird sich ein entscheidender finanzieller Effekt durch eine verbesserte Endqualität erzielen lassen. Besonders offensichtliche Einsparungen kommen durch den Wegfall immer wiederkehrender Profilaufnahmen zustande, die bei jedem Produktwechsel, periodisch oder nach Wartungsmaßnahmen notwendig waren. Für jede Profilaufnahme können mindestens 15 Minuten kalkuliert werden. Die Einsparungen setzen sich zusammen aus Reduzierung der Lohnkosten, geringerem Produktionsausfall und einigen tausend Euro weniger für Testleiterplatten, Temperaturfühler und Instandhaltung der Temperaturrekorder. Ein weniger offensichtlicher Effekt resultiert aus einem effektiveren Fehlermanagement. Ein plötzlich aufgetretenes Lötproblem kann zur Stilllegung der Produktionslinie führen. Obwohl es für das Problem eine Reihe von Ursachen gibt, liegt es meistens nicht am Reflowprozess. Da aber der Reflowprozess nahzu „blind“ - nur mit sporadischen Überprüfungen - läuft, wird häufig das Lötprofil als mögliche Fehlerquelle überprüft. Dies kostet 30 Minuten Produktionsausfall für die Profilaufnahme und Auswertung, nur um zu bestätigen, dass hier nicht die Ursache des Problems liegt. Dagegen zeigt das kontinuierliche Prozessmonitoringsystem sofort, ob der Fehler etwas mit der Lötmaschine zu tun hat. Ähnliches gilt für Kundenreklamationen. Dabei ist es immens wichtig, über die Traceabilityfunktion den Nachweis zu führen, unter welchen Bedingungen das Produkt gelötet wurde. Nur die kontinuierliche Prozessüberwachung mit entsprechender Dokumentationsmöglichkeit z. B. mit einem KIC 24/7 ermöglicht dies.

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