Wie Lücken in der Traceability-Kette geschlossen werden
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Wie bei der Rückverfolgbarkeit Lücken geschlossen werden

Die Traceability von EMS-Prozessen ist heute umfassender, lückenloser und sicherer als noch vor wenigen Jahren. Angetrieben werden die Anforderungen vor allem durch Automotive- und Medizintechnikunternehmen. Um ihre Erwartungen zu erfüllen, müssen die Fertigungsprozesse besser erfasst und dokumentiert werden. Ein Erfahrungsbericht.

„Unter Traceability versteht man die Identifizierung und Rückverfolgbarkeit von gefertigten Produkten. Mit Hilfe einer eindeutigen Kennzeichnung kann der Ursprung eines Endproduktes über die gesamte Lieferkette bis hin zum einzelnen Bauteil zurückverfolgt werden“, ist die Kernaussage des ZVEI in seinem Traceability-Leitfaden von 2008. Seitdem haben sich die Erwartungen an Traceability-Nachweise deutlich erhöht.

Traceability, Flex-Leiterplatten
Flexible und starrflexible Leiterplatten werden bei einer Temperatur von 130 bis 150 Grad und einer Luftfeuchtigkeit von maximal 5 % mindestens vier Stunden getrocknet, bevor sie weiter verarbeitet werden können.

Traceability-Lücken schließen

Beim EMS-Dienstleister Ihlemann basieren die internen Qualitätssicherungsprozesse auf Verfahren wie der ISO 13485 für Medizinprodukte und der IATF 16949 aus der Automobilindustrie. Für diese Normen ist die Rückverfolgbarkeit aller Komponenten unverzichtbar. Trotzdem treten in der Praxis Lücken auf. Aufgefallen war dies bei Produkten mit flexiblen und starrflexiblen Leiterplatten.

Starr-Semi-Flex-Leiterplatten mit Polyimid sind hygroskopisch und nehmen Feuchtigkeit aus der Luft auf. Diese erhöhte Feuchtigkeit kann während des Lötprozesses zu gravierenden Schädigungen an der Leiterplatte führen. Der ZVEI schreibt in seinen Richtwerten/Empfehlungen für Starr-Flex und Flex deshalb das „Trocknen von Leiterplatten vor Löten“ bei 130 bis 150 Grad vor und beschränkt die anschließende Zeit bis zum Lötprozess auf maximal acht Stunden. „In unseren internen Prozessen ist die maximale Verarbeitungszeit auf sechs Stunden begrenzt“, berichtet Andreas Schaper, Bereichsleiter SMT und Technologie bei der Ihlemann AG. Die Verarbeitung von Flex-Leiterkarten hat sich bei Ihlemann innerhalb weniger Jahre deutlich verändert. Der Lötprozess für die einseitige Bestückung wurde abgelöst durch drei unterschiedliche Lötprozesse von zunehmend komplexeren Baugruppen. Dabei wurde es immer schwieriger, die maximale Verarbeitungszeit zuverlässig zu kontrollieren. So hatte sich bei einer Produktcharge ein Fehler ergeben. Die Bestückung der Leiterkarten hatte sich verzögert und der dritte Lötvorgang wurde erst später fertiggestellt. Die maximale Verarbeitungszeit war unbemerkt überschritten worden. „Diese Traceability-Lücke haben wir zum Anlass genommen, das ganze Verfahren komplett zu überarbeiten“, so der Bereichsleiter. 

Traceability, Bacodelabel
Jede Leiterkarte erhält ein 6 x 6 mm kleines Label mit einer eindeutigen Seriennummer. Zu dieser Seriennummer werden in einer Datenbank alle Informationen zu den verwendeten Bauteilen, zur produzierten Charge, zum Fertigungsverlauf und zu den Prüfungsergebnissen gespeichert.
Wenn die Leiterplatten zur Bestückung aus dem Trockenschrank entnommen werden, wird das Label der Leiterplatten gescannt und mit der Uhrzeit in der Datenbank hinterlegt.

Jeder Verarbeitungsschritt wird einzeln getrackt

Bei Ihlemann stellen mehrere Prozessschritte die Rückverfolgung sicher. So wird jede Verpackungseinheit von angelieferten Bauteilen mit Label und Scanner-Code im Wareneingang fotografisch erfasst, um rückwirkend den Hersteller, das komplette Gebinde und das einzelne Bauteil eindeutig zurückverfolgen zu können.

„Diesen Traceability-Prozess haben wir nochmals überarbeitet, um auch die einzelnen Verarbeitungsschritte genauer dokumentieren zu können“, so Schaper. Jetzt wird das Label der Leiterplatten zusätzlich gescannt, wenn sie in den Trockenschrank gestellt werden. Dieser Vorgang wird in der Datenbank hinterlegt. Wenn die Leiterplatten zur Bestückung aus dem Trockenschrank entnommen werden, wird das ebenfalls registriert. Weitere Scans erfolgen bei der Pastenkontrolle nach dem Schablonendruck. Hier werden neben dem Zeitpunkt der Solder Paste Inspection (SPI) auch die Prüfergebnisse unter der Seriennummer der Leiterplatte abgelegt.

Als nächster Prozessschritt wird die Bestückung dokumentiert. „Der Bestückungsautomat liest die Seriennummer ein. Die Informationen, welche Bauelemente bestückt werden, die Gebindenummer der Bauelemente und die Uhrzeit legen wir dann ebenfalls unter der Seriennummer der Leiterplatte ab. Das gleiche erfolgt nach dem Lötofen bei der anschließenden Inline-AOI-Prüfung. Auch hier legen wir die Prüfergebnisse mit ab“, ergänzt Schaper. 

Traceability, Prozessüberwachung
Ihlemann hat eine eigene Traceability-Software entwickelt, die jeden Verarbeitungsschritt trackt und die Informationen speichert.

Traceability-Software überwacht die Prozesse

Ihlemann hat eine eigene Traceability-Software entwickelt, die die Prozessinformationen abfragt und speichert. Die Software greift über die Schnittstellen der SPI-, Bestückungs-, Löt- und AOI-Systeme auf die Informationen zu und speicher die Daten in der Traceability-Datenbank. Außerdem werden die Ergebnisse und geforderten Messwerte aller elektrischen Tests (ICT, FPT, FKT) gespeichert. Für die Medizintechnik-Norm werden weitere Daten registriert, wie die am Prozess beteiligten Mitarbeiter und Maschinen. Alle Daten können für die Rückverfolgbarkeit jetzt jederzeit ausgelesen werden. Um potenzielle Lücken in der Traceability zu schließen, übernimmt die Software darüber hinaus zusätzliche Kontrollaufgaben.

„Die Verarbeitungszeit von Starr-Semi-Flex-Leiterplatten kann heute nicht mehr unbemerkt überschritten werden. Wenn die zulässige Zeit nicht eingehalten wurde, erhalten die Mitarbeiter durch den Scan-Vorgang von der Traceability-Software eine Warnmeldung. Die Bestückung und der Lötvorgang werden jetzt blockiert“, erläutert Schaper die zusätzlichen Funktionen. Diese Überwachungsfunktion wurde schrittweise auch auf weitere Prozessschritte wie die AOI-, Flying-Probe- oder ICT-Tests ausgeweitet. Werden bei Baugruppen Fehler festgestellt, greift eine weitere Bearbeitungsregel. Die Software überprüft vor der Auslieferung, ob die Reparatur der fehlerhaften Baugruppen hinterlegt ist. Liegt die Information nicht vor, erhält der Warenausgang die Meldung „darf nicht ausgeliefert werden“.

Die Software überwacht auch produktspezifische Regeln. Wurde etwa die SMD-Bestückung nicht registriert, kann keine THT-Bestückung erfolgen. Der Lackierprozess startet nicht, ohne eine Freigabe der Bestückung, usw. Auch spezielle Kundenvorgaben werden hinterlegt, wie die Verwendung spezifischer Lotpasten oder die Einhaltung geforderter Lieferbedingungen.

Prozesse sind transparenter geworden

„Wir haben mit unserer Software Traceability-Lücken geschlossen. Die Prozesse sind dadurch nochmals transparenter geworden. Wir werden weitere Prozessschritte aufnehmen, wenn Aufwand und Nutzen stimmen“, fasst der Bereichsleiter den Status zusammen. So hat Ihlemann beispielsweise auf die Erfassung der Druckparameter aus dem Pastendruck verzichtet, weil diese mit weniger Aufwand über die Historie des Pastendruckers verfügbar sind. „Unsere Kunden haben die dokumentierte Sicherheit, dass alle vereinbarten Fertigungsabläufe exakt so umgesetzt werden. Außerdem können wir bei Anfragen zur Rückverfolgung die gewünschten Nachweise deutlich schneller bereitstellen“, nennt Schaper die Vorteile für Kunden.