UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES

Elektronikfertigung Bauteilmanagement

Bernd Eufinger Limtronik GmbH

Vortragsinhalt • Zur Person / Unternehmen /

Aufgaben / Arbeitsumfeld

• Prozess Elektronikfertigung

• Industrie 4.0

Zur Person • Berufsausbildung /

Fachoberschule

• Diplom-Studiengang Elektrotechnik Elektrische Nachrichtentechnik Fachhochschule Gießen-Friedberg

Unternehmen • Limtronik GmbH

• Standort Limburg (Hessen) ehemaliges Bosch Telecom Werk

• Elektronik-Auftragsfertiger EMS Electronics Manufacturing Services

Historie: Fertigung von Vermittlungstechnik

Elektronikauftragsfertigung

Baugruppenfertigung Systemmontage Schaltschrankbau

Aufgaben • Qualitätssicherung bei

Bauteilproblemen

• Erstmuster / Prüfplanung Wareneingangskontrolle

• Bauteilrecherche / Spezifikation

• Prozess-Beurteilung / Auditierung intern / extern

Elektronikaufbau • Leiterplatte (häufig Nutzen)

• SMT (surface-mount technology) Oberflächenmontierte Bauteile

• THT (through-hole technology) Durchsteckmontage

• Mechanische Komponenten verschraubt, vernietet, verklebt

+ +

+

→

Kern

Prepreg 1

Prepreg 2

Cu 1

Cu 2

Cu 3

Cu 4 Lötstopplack 2

Lötstopplack 1

Komplexität • Leiterplatte 43cm² / 14 Lagen

• 211 unterschiedliche BT 806 Bauteile insgesamt → ca. 19 Bauteile / cm²

• 3558 Lötstellen → ca. 83 Lötstellen / cm²

01005 = 0,4 x 0,2 mm 0201 = 0,6 x 0,3 mm

Fehlerraten (Gedankenspiel)

• Erforderliche Bauteilqualität: Maximal 6 defekte Bauteile pro einer Million Bauteile

• Notwendige Lötprozessqualität: Maximal eine fehlerhafte Lötstelle pro einer Million Lötstellen

Annahme: Fertigung der elektronischen Baugruppe (BG) zuvor bestehend aus 806 Bauteilen (BT) mit 3558 Lötstellen (LS) und Unterschreitung folgender Fehlerraten: 0,5% Baugruppen mit BT elektrisch defekt 0,5% Baugruppen mit Lötfehlern Zur Vereinfachung unabhängige Fehlerraten BT1 = BT2 = ... = BTx und Fehlerraten LS1 = LS2 = … = LSx Nach Multiplikationssatz für Wahrscheinlichkeiten: Fehlerrate BTmax = 1 - (1-Fehlerrate BG)(1/Anz. BT)

= 1 - (1-0,005)(1/806) = 6,2 dpm Fehlerrate LSmax = 1 - (1-Fehlerrate BG)(1/Anz. LS)

= 1 - (1-0,005)(1/3558) = 1,4 dpm dpm = defects per millon

Bauteil-“Feinde“ • Elektrostatische Entladung

ESD (electrostatic discharge)

• Feuchtigkeit „Popcorn-Effekt“

• Oxidation / Korrosion → Reduzierte Lötfähigkeit O2 O2 O2

=

Bauteil-“Leben“ • Einführung (Qualifikation)

• Änderungsmitteilung PCN (Product Change Notification)

• Abkündigung EOL (End of Life)

• Restbevorratung

Bezugsquellen • Bauteil-Hersteller direkt

• Distribution, vom Hersteller autorisierter Großhandel

• „Broker“, Zwischenhändler für schwer beschaffbare / abgekündigte Bauteile

Fehleranalysen • Rückverfolgbarkeit

(Traceability)

• Eigene Untersuchungen

• Durch den BT-Hersteller

• Von anderen Testlaboren

Nachsorgend / Vorbeugend

• 8D-Fehlerreports

• Qualitätsgespräche

• Interne Prozess-Audits

• Auditierung von Lieferanten

Anforderungen • Technische Spezifikationen

• Techn. Lieferbedienungen / Qualitätsvereinbarungen

• ISO 9001 / TS 16949

• Gesetzliche Bestimmungen z.B. RoHS, REACH, ...

Elektronikfertigung Auftragseingang

• Anfrage / Angebot / Auftrag

• Bauteilstamm / Stückliste

• Materialbeschaffung

Elektronikfertigung Vorbereitung

• Auswahl / Erstellung / Anfrage oder Einkauf von Fertigungs- bzw. Prüfeinrichtungen

• Arbeitsplan / -anweisungen

Elektronikfertigung Durchführung

• Wareneingang

• Muster-/Serienfertigung mit optischen / elektrischen Prüfungen

• Verpackung / Versand

• Lieferschein / Rechnung

SMT-Bestückleistung (Modul)

Collect & Place-Verfahren: ca. 20.000 Bauteile / Stunde

Pick & Place-Verfahren:

ca. 3.000 Bauteile / Stunde

Unternehmens- Software

• Enterprise-Resource-Planning (ERP) / Material, Personal, Betriebsmittel, Kapital

• Manufacturing Execution System (MES) / direkte Anbindung der Prozesstechnik in Echtzeit, Betriebs-/Maschinen-/Personaldatenerfassung

Industrie 4.0 • Zukunftsprojekt für die

deutsche Industrie des BMBF aus dem Jahr 2011

• Digitalisierung der Industrie durch das Zusammen-wachsen der realen und virtuellen Welt

Quelle: www.plattform-i40.de, Stand 20.03.2016 Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Landkarte mit Praxisbeispielen Industrie 4.0

Industrie 4.0 • Informatisierung der

Fertigungstechnik und Logistik auf Basis der Maschine-zu-Maschine-Kommunikation (M2M)

• „Intelligente Fabrik“ Smart Factory Integration von Kunden

und Geschäftspartnern

L1

L3

L2

Fertigungstechnik: Ressourceneffizienz

(Qualität, Kosten, Zeit) Wandlungsfähig Ergonomisch

Smart Factory

K

EK1

EK2

Elektronischer Informationsaustausch

VL1

VL2

Industrie 4.0 Technologische Grundlage

• Internet of Things (IoT)

• Cyber-physisches System (CPS)

• Sichere Datenkommunikation (drahtgebunden oder drahtlos)

• Zuverlässige Systemkomponenten

System-on-a-Chip

mit Sensoren / Aktoren

Über z.B. RFID / Strich- / 2D-Code eindeutig identifizierbare Objekte

mit virtueller Repräsentation

Reduktion Größe und

Energiebedarf

Maschinen beeinflussen nach Regeln andere

Maschinen bzw. Fertigungsabläufe

Smart Electronic Factory • Mittelstandsinitiative

Industrie 4.0 Elektronikbranche

• Initiatoren 2014 die Firmen Limtronik GmbH & iTAC Software AG

• Unterstützt durch weitere Softwarehäuser, Maschinen-ausrüster und der THM

An der Mittelstandsinitiative beteiligte Firmen / Institutionen

Quelle: www.smart-electronic-factory.de Stand: März 2016

Smart Electronic Factory Zielsetzung

• Leistungsfähigere Maschinen-prozesse / Fehlerkosten reduzieren

• Einsatz / Ermittlung der dazu not-wendigen / plattformunabhängigen Industrie 4.0 Technologie

• Im Endausbau die selbstlernende Maschine, automatische Fehlerur-sachenanalyse / Fehlervermeidung

Smart Electronic Factory Technische Grundlagen

• OPC Unified Architecture (Herstellerunabhängiger Kommunikations- standard zur M2M Vernetzung)

• Big Data Analytics (Algorithmen z.B. für qualitäts-beeinflussende Faktoren über Korrelationsanalysen)

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.

Für die Beantwortung von Fragen stehe ich Ihnen heute Nachmittag im Workshop 3 gerne zur Verfügung.

Bernd Eufinger

Limtronik GmbH Bauteilmanagement

Industriestraße 11-13 65549 Limburg

www.limtronik.de