Bildergalerie
Ein Bild des Bauteils im Tape erlaubt dem Techniker die Prüfung der Ausrichtung.
Bild der Lotpaste vor dem Absetzen des Bauteils.
Bauteil wurde korrekt auf der Leiterplatte abgesetzt.
Beispiel für Mikro-Kameras am Bestückungskopf.

Werkzeuge zur Fehlerursachenanalyse, wie eingebaute Mikro-Kameras zur Darstellung der genauen Details des Aufnahme- und Bestückungsvorgangs, können zusammen mit leistungsfähiger Analysesoftware gegenüber den heute üblichen Methoden eine riesige Zeitersparnis erbringen und somit die Effizienz und Auslastung der Einrichtungen dramatisch verbessern.

Viele Maschinen sind an der Bestückung einer fertigen Leiterplatte beteiligt. Einige dieser Systeme können ihre Ergebnisse direkt vor, während oder nach Erledigung ihrer Aufgabe selbst überprüfen. Bis jetzt existierten nur wenige Echtzeitsysteme für Bestückungsanlagen. In vielen Fällen macht es die hohe Geschwindigkeit der Bewegungen auf diesen Maschinen extrem schwierig, genau zu „sehen“, was sich abspielt.

Vom Bestücksystem falsch gesetzte Bauteile können durch viele verschiedene Faktoren verursacht sein. Ohne geeignete Werkzeuge, die eine klare Darstellung der Hochgeschwindigkeitsbestückung ermöglichen, ist es schwierig, die Ursache der Fehlbestückung zu bestimmen.

Die Fehlerursachenanalyse

Die Fehlerursachenanalyse (RCFA) ist der Prozess zur Bestimmung der Ursache eines Problems. In vielen Industriezweigen, besonders dort, wo ein komplexer Maschineneinsatz vorherrscht, ist die Fehlerursachenanalyse bei auftauchenden Problemen gängige Praxis. Mit den komplexen und teuren Maschinen, die in der Baugruppenfertigung eingesetzt werden, bedeuten Stillstandzeiten erhöhte Kosten, entgangenen Gewinn, geplatzte Lieferungen, verlorene Aufträge oder auch alles zusammen.

Eine bessere Effizienz ist einer der wenigen möglichen Wege, um gegen Niedriglohnhersteller anzukommen. Da so viele Maschinen auf dem Papier ganz ähnliche Leistungsdaten aufweisen, werden bei der Entscheidungsfindung die Eigenschaften, die dem Anwender eine höhere Effizienz bei der Fertigung ermöglichen, immer wichtiger. Der Einsatz von RCFA-Werkzeugen kann helfen, die Auslastung und Effizienz zu verbessern und somit die Wirtschaftlichkeit zu maximieren.

RCFA beschäftigt sich mit ungeplanten Stillständen aufgrund von unbekannten oder unvorhergesehenen Ursachen. Ziel bei einem auftretenden Fehler ist es, das Problem so schnell wie möglich zu finden und die Maschine wieder in Produktion zu bringen. Es gibt nur wenige Systeme, die die Maschinenleistung in Echtzeit überwachen und brauchbare Informationen zur Fehlerursache geben. Ungeplante Stillstände könnten jedoch mit besseren Werkzeugen zur Fehlerursachenanalyse dramatisch reduziert werden.

Fehlervermeidung bei Bestückungslinien

Einer der häufigsten Fehler auf Bestückungsanlagen sind fehlende oder falsch platzierte Bauteile. Bestückungsmaschinen haben diverse Funktionen zur Fehlervermeidung, doch die meisten können keinen Hinweis darauf geben, warum der Fehler überhaupt aufgetreten ist. Vakuumsensoren werden oft eingesetzt, um zu erkennen, wenn ein Bauteil vom Sauger abfällt oder auf der Leiterplatte nicht freigegeben wird.

Laser überprüfen auf Tombstones, abgefallene Bauteile und sogar falsche oder beschädigte Sauger. Doch es gibt Phasen in der Produktion, in denen diese Sensoren keine brauchbaren Informationen zur Fehlerursache liefern können. Warum ist ein vom Vakuumsensor gemeldeter Fehler aufgetreten? Alles was der Techniker weiß, ist dass der erforderliche Vakuumwert nicht erreicht wurde. Um die Ursache herauszufinden, müssen alle Möglichkeiten geprüft werden. Dafür ist oft ein großer Zeitaufwand nötig.

Ein Beispiel für eine Maschine, die ausschließlich zur Fehlersuche verwendet wird, wäre ein AOI- oder SPI-System. Diese Systeme suchen nach Fehlern, die durch andere Maschinen in der Linie verursacht wurden. Sie identifizieren fehlende, falsche oder falsch platzierte Bauteile, ungenügende Lotverbindungen etc. AOI-Systeme liefern eine wertvolle Auswertung der fertigen Leiterplatte, haben aber auch ihre Grenzen.

Wie die oben beschriebenen Systeme können sie nicht aussagen, warum ein Bauteil fehlt oder falsch platziert wurde. Die Bilder aus dem AOI stellen nur die Ergebnisse dar, nicht den Prozess. Außerdem gibt es üblicherweise nur ein AOI-System für die gesamte Linie, so dass bei einem fehlenden Bauteil der Bediener noch nicht einmal weiß, welche Bestückmaschine dieses Bauteil hätte bestücken sollen.

Der Schlüssel zur Verbesserung der Effizienz bei der Fehlerbehebung im Fall von fehlenden oder falsch gesetzten Bauteilen sind konkrete Bilder die zeigen, was während dem Bestückvorgang geschehen ist.

Fehlerursachen

Konzentriert man sich speziell auf die Bestückungsmaschine, so gibt es viele Gründe warum ein Bauteil nicht korrekt auf der Leiterplatte gesetzt sein könnte:

  • beschädigter Sauger,
  • Feeder-Fehlfunktion,
  • falsch verpackte Bauteile (falsche Ausrichtung im Feeder),
  • falsch geteachte Pickpositionen,
  • falsche Bauteildaten,
  • schlechte Unterstützung der Leiterplatte oder
  • Festhängen der Bauteile am Sauger.

Durch die hohe Geschwindigkeit moderner Bestücksysteme ist es für die Bediener extrem schwer festzustellen, welcher der oben genannten Gründe das Problem verursacht. Deshalb müssen sie eine vorgefertigte Liste von Schritten zur Störungsbehebung abarbeiten, um eine mögliche Ursache nach der anderen auszuschließen. Während dieses ganzen Vorgangs haben sie keinerlei Kenntnis über die wirkliche Ursache. Wenn sie schließlich das Problem nicht gefunden haben, können sie nur noch raten oder nach ihrer Erfahrung handeln. Dieser Vorgang ist somit sehr ungenau und uneffizient. Während der gesamten Zeit der Fehlersuche steht die Maschine still und die Linie kann nicht produzieren.

Die für die exakte Bestimmung der Ursache des Problems benötigte Zeit könnte mit Hilfe besserer RCFA-Werkzeuge dramatisch reduziert werden. Ein Beispiel wären einfache Bilder die während dem Bestückvorgang aufgenommen werden. Bilder der verschiedenen Schritte des Bestückvorgangs zeigen dem Techniker sofort was passiert ist und woher das Problem kommt. Dies wird durch die Verwendung eingebauter Mikro-Kameras mit hochmoderner Bildverarbeitung ermöglicht. Mit der visuellen Analyse durch den Techniker kann die Software dann automatische Warnungen ausgeben wenn ein Fehler auftritt und kann so selbst Ursachenfindung betreiben.

Technologie

Die Tage als Bestückmaschinen sich so langsam bewegten, daß ein Mensch den Vorgang hätte verfolgen können sind lang vorbei. Die Bewegungen einer gängigen Bestückungsmaschine sind schneller als die aller anderen Maschinen in der Fertigungslinie, so daß es schwierig ist, die Aktivität der Maschine zu überwachen. Die Maschine bewegt sich auch über eine größere Strecke, so daß es für eine einzelne Kamera nicht möglich wäre, genau zu sehen welche Vorgänge ablaufen. Kleine Hochgeschwindigkeitskamers sind hier nötig und diese müssen in der Lage sein, sich mit dem Bestückkopf zu bewegen, da Bauteile an einem Ort aufgenommen und an anderer Stelle wieder abgesetzt werden.

Während die Bilder der Schlüssel zur Bestimmung der Ursache sind, ist die Software wichtig zur Warnung des Bedieners bei Fehlern und zur Analyse von Daten die möglicherweise nicht mit bloßem Auge sichtbar wären. Eine leistungsfähige Software analysiert jedes Bild um festzuhalten wenn das Bauteil nicht gepickt oder nicht abgesetzt wird und berechnet sogar den Grad der Durchbiegung der Leiterplatte während der Bestückung.

Durch Kommunikation mit der Bestückungsmaschine kann sie sogar Trends aufzeigen und zum Beispiel die Feeder, Sauger oder Bestückpositionen identifizieren, an denen die meisten Probleme auftreten. Obwohl Bestückungsmaschinen üblicherweise die Feeder identifizieren, an denen mehr Fehler als normal auftreten, sind Sauger- und Bestückfehler für gängige Bestücksysteme nicht so leicht zu verfolgen. Die Analyse der Bilder erst macht diese Funktion möglich oder noch exakter. Diese Informationen helfen dem Bediener, die Fehlerursache schneller zu bestimmen.

Schlussfolgerung

Ständig werden neue Werkzeuge erfunden, um „das Leben einfacher zu machen“. In einer Fertigungsumgebung bedeutet dies oft „effizienter“. Eine Kapp- und Gehrungssäge bringt einem Zimmermann mehr Effizienz bei seiner Arbeit. E-Mail macht Kommunikation effizienter. Fehlerursachenanalyse ist ein Werkzeug, das in vielen Situationen und Industriezweigen zur Verbesserung der Effizienz bei der Fehlerbehebung eingesetzt werden kann. Techniker können so schnell den Grund des Problems finden und dieses schnell und gleich beim ersten Mal beheben.

Ähnlich wertvolle Werkzeuge sind nun auch für Hochgeschwinddigkeits-SMT-Bestückungslinien erhältlich und bieten die gleichen Vorteile – ein klares und schnelles Verständnis der Fehlerursache, was eine höhere Effizienz bei der Fehlerbehebung ermöglicht.

Obwohl es einige Sensoren und Werkzeuge zur Selbstdiagnose gibt, zielen diese meist nicht auf die Bestimmung der Fehlerursache ab. Werkzeuge zur Fehlerursachenanalyse wie eingebaute Mikro-Kameras zur Darstellung der genauen Details des Aufnahme- und Bestückvorgangs können zusammen mit leistungsfähiger Analysesoftware eine riesige Zeitersparnis erbringen gegenüber den heute üblichen Methoden und können somit die Effizienz und Auslastung der Einrichtungen dramatisch verbessern.