Elektronikfertigung Statistische Prozesskontrolle (SPC) in der Praxis

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FAULHABER SA

Die Elektronikfertigung hat sich in den vergangenen Jahrzehnten als eigenständiger Industriezweig etabliert. Für die meisten OEM-Anbieter, die Elektronik in ihren Produkten verwenden, lohnt sich eine eigene Elektronikfertigung nicht und sie greifen deshalb gerne auf sogenannte Tier1 Lieferanten zurück. Die Kunden der Elektronikfertiger geben so einen Teil ihrer Wertschöpfungskette ab und sind auf perfekte Anlieferqualität angewiesen. Dieser Beitrag zeigt auf, wie die EPH Electronics mit statistischer Prozesskontrolle in der Praxis eine virtuelle Fehlerrate von Null erreicht.

Der Ansatz für die Qualitätssicherung in den 80er- und 90er-Jahren bestand darin, dass die fertigen Baugruppen endgeprüft wurden. Dies geschah vielfach mit dezidierten Prüfplätzen, die oftmals im Eigenbau entstanden. Das Know-How konzentrierte sich in der Regel auf sehr wenige Wissensträger, was die langfristige Wartbarkeit und Weiterentwicklung erschwerten und die vermuteten Kostenvorteile egalisierte. Zudem resultiert aus dieser Strategie ein direkter Zielkonflikt zwischen Testtiefe und -dauer, also Kosten. In der Folge kamen mehr und mehr standardisierte HW- und SW-Lösungen zum Einsatz, die den modularen Ausbau erlauben und so einen wirkungsvollen Investitionsschutz darstellen. Das elektrische Testen von fertigen Baugruppen bedingt aber auch, dass Testpunkte vorhanden sind. Dies steht der Forderung nach Miniaturisierung direkt entgegen. Während sich Bauteile und Leiterbahnstrukturen laufend verkleinert haben, können Testpunkte nicht beliebig klein werden oder beliebig nahe beieinander liegen. Bald setzte sich aber auch die Erkenntnis durch, dass eine Endprüfung durchaus einen gewissen Q-Level garantiert, es aber wünschenswert wäre, Abweichungen schon in vorgelagerten Prozessen zu erkennen, bzw. die Prozess-Stabilität schon von Anfang zu garantieren. Dies nicht zuletzt auch aus der Erfahrung heraus, dass Fehler oftmals von aussen «eingeschleppt» werden. Hier setzt die statistische Prozesskontrolle (SPC) ein, die ein wesentlicher Teil des Total Quality Managements (TQM) darstellt. Dies macht auch wirtschaftlich sehr viel Sinn, denn je früher ein Fehler erkannt wird, desto geringer sind die Korrekturkosten. Eine Faustregel besagt, dass sich Korrekturkosten mit jedem Prozess-Schritt in etwa verzehnfachen. So gesehen bildet TQM verbunden mit SPC die Basis für eine wirtschaftliche Produktion und wettbewerbsfähige Preisstrukturen.

Hundertprozentige Rückverfolgbarkeit

Eine effiziente SPC in der EPH Electronics beginnt mit der lückenlosen Überprüfung der angelieferten Komponenten. Ein Wareneingangsscanner überprüft die Identität der angelieferten Bauteile, erfasst Losnummern und vergibt einzigartige Identifikationsnummern (ID-Nr.). Diese ID-Nr. «haften» nun während des ganzen Ein- und Auslagerungsprozesses bis hin zur realen Bestückung am Bauteil. Auf jede einzelne Leiterplatte wird eine ebenfalls einzigartige 2D Datenmatrix aufgelasert. In einer firmeneigenen Datenbank wird nun für jede Leiterplatte und für jeden Bestückungsvorgang ein Verlauf protokolliert. Ebenfalls mitprotokolliert werden Prüfergebnisse, so dass letztendlich für jedes einzelne Produkt ein individueller Lebenslauf vorhanden ist. EPH Electronics bietet so ihren Kunden eine nahtlose Rückverfolgbarkeit über Warehousemanagement, Produktionsprozess bis hin zum Versand der fertigen Baugruppe. Neben der angesprochenen Rückverfolgbarkeit werden noch weitere wertvolle Daten zur Ausfallwahrscheinlichkeit von Bauteilen gewonnen. Die Auswertung mittels relativ einfacher KI und einem inhouse programmierten Reparaturguide gibt nun einem Operator bei Reparaturen sofort eine Klartextanleitung, welche Bauteile auszuwechseln sind, ohne dass langwierige Diagnosearbeiten notwendig wären.

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Optimierung durch Rückkoppelung der Daten

Vordergründig dienen diese Daten der lückenlosen Rückverfolgbarkeit der verwendeten Bauteile. Dies ist der offensichtliche Kundennutzen. Der Elektronikfertiger hingegen interessiert sich mindestens genauso für Fehlerraten, Durchlaufzeiten, Prozessparameter und Tendenzen. Aus diesen Daten lassen sich nun wertvolle Informationen zur Qualitätssicherung, Prozessoptimierung und Kosteneinsparungen gewinnen. Die Daten bilden dabei auch eine unbestechliche Basis für zuverlässige Entscheidungen bei Verbesserungen, Kostenoptimierungen und deren spätere Überprüfung. Fliessen diese Daten in die Entwicklung mit ein, so kann die Zuverlässigkeit allein durch Analyse der Abweichungen und gezieltere Auswahl der Bauteile erhöht werden. Fehlerbehaftete oder ungenaue Designs werden so ohne Kostensteigerung verbessert oder eliminiert. Ebenso werden zukünftige Designs aufgrund der statistischen Prozessdaten schon in der Entwicklungsphase überprüft und für die Industrialisierung schon von Anfang an fit gemacht.

Dadurch, dass schon vorgelagerte Prozesse überwacht und gesichert sind, kann bei einem allfälligen Endtest die Testtiefe und damit die Testdauer ohne Qualitätseinbusse verringert werden. EPH Electronics erreicht mit der SPC sowohl bei sehr hohen Volumen wie auch bei High-Mix/Low Volume Produkten eine virtuelle Fehlerrate von Null.

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