Online měření teplotních profilů ve společnosti peiker acustic GmbH

V minulém čísle jsme vám přinesli informace o efektivní výrobě ve společnosti Continental. V německém Vilingenu se vedení společnosti peiker acustic GmbH rozhodlo investovat do měření teplotních profilů za chodu zařízením RPI od společnosti KIC, a tak vám dnes přinášíme neméně zajímavé zkušenosti od tohoto výrobce.

Peiker acustic GmbH je přední výrobce v oblasti komunikačních technologií, a to jak pro osobní automobily, tak i pro profesionální audio systémy. Společnost byla založena v roce 1946 a její současné produktové portfolio zahrnuje celou řadu komponentů pro automobily především v oblasti infotainmentu a zábavy. Jedná se o moduly, které umožňují rychlý a spolehlivý přenos dat na cestách, např. navigaci, internet nebo telefon. Mezi její stálé klienty patří renomovaní mezinárodní výrobci automobilů, průmyslové podniky, vládní agentury a výrobci mobilních telefonů.

Automobilová elektronika je jedním z nejnáročnějších segmentů průmyslové elektroniky. Kvalita a spolehlivost spolu s požadavkem na sledovatelnost požadovanou zákazníky má pro společnost peiker acustic prvořadý význam. Gerd Koschnick, procesní a SMT manažer si dal za cíl výrobu bez závad. Klienti z automobilového průmyslu obvykle vyžadují stupeň kvality maximálně 50 ppm (parts per million), zatímco firma peiker acustic má v současné době pouze 15–20 vadných kusů na milión vyrobených.

Dalším úkolem pana Koschnicka byla problematika zpracovávání velkého množství DPS na týdenní a měsíční bázi. V roce 2012 společnost peiker acustic vyrobila více než 340 druhů unikátních desek plošných spojů. Cílem bylo dosáhnout požadované kvality jak v mateřské továrně v Německu, tak i ve svém druhém závodě v Mexiku.

Výrobci automobilů vyžadují vysokou úroveň sledovatelnosti produktů a především kontrolu celého výrobního procesu. V případě, že výrobek vykáže selhání v pozdější fázi, je důležité identifikovat příčinu, aby se předešlo možnosti opakování této závady v budoucnosti. Druhým důvodem sledovatelnosti je omezení rozsahu opakování podobných závad. Při sledování problémových případů, které průběh výroby ovlivnil, se zjistilo, že závada se omezovala pouze na produkty z jedné výrobní série. V současné době se ve výrobě u peiker acustic žádné vadné produkty neopakují. I přesto, že se výrobní proces podařilo precizně nastavit, je stále vhodné mít nainstalovaný systém RPI. Jak konstatuje pan Koschnick, společnost se v první řadě zaměřuje na eliminování všech běžných, ale i skrytých závad.

Její filozofie je založena na zajištění a nastavení každého výrobního procesu, a to jak individuálně, tak i v pořadí, ve kterém se vyskytuje. Firma zavedla mechanismy, které nedovolují, aby byl výrobní proces mimo provoz. Není například možné, aby se operátor odklonil od standardního průběhu procesu tím, že provede optickou inspekci (AOI) před pájením.

Zatímco vysoká kvalita produktů a jejich sledovatelnost jsou jednoznačně nutné požadavky, společnost peiker acustic se také snaží o dosažení těchto parametrů při co nejnižších nákladech. Trvalý tlak na snižování výdajů je v elektronickém průmyslu neúprosný. Pan Koschnick v tom však nevidí žádný konflikt. Vysoká kvalita výroby může vést ke snížení nákladů tím, že se podaří odstranit zmetky nebo omezit počet oprav. S tím souvisí prostoje výroby, zvýšená spotřeba elektrické energie nebo nízká produktivita práce.

Reálný příklad toho, jak firma peiker acustic realizuje svou výrobní filozofii, můžeme vidět u pájecího procesu. Před několika lety vyžadovali zákazníci z automobilového průmyslu denní nebo týdenní data teplotních profilů svých DPS s cílem se ujistit, že jejich výrobky byly zpracovány podle specifikace a nedošlo k nepřípustným odchylkám. Pan Koschnick v tomto postupu viděl několik slabin. Za prvé to v podstatě znamenalo, že výrobní proces probíhal téměř po celou dobu bez kontroly, s výjimkou jediné DPS v průběhu individuálního měření. Za druhé to bylo neefektivní, protože tento postup vyžadoval značné množství manuální práce a způsoboval výpadky výroby. A za třetí se tím otevíral prostor pro další chyby.

Ruční profilování teploty v pájecí peci podléhá nepřesnostem. Vzhledem k tomu, že je zajištěno jednorázovou kontrolou, neexistují žádné informace o průběhu mimo tuto kontrolu. Automobiloví výrobci chtějí znát profil konkrétní desky. To vyžaduje položení termočlánků (TC) na konkrétní desku a spouštění ručně nastavených profilů pro danou DPS. Opakované testování jedné DPS s termočlánky způsobí, že se změní její tepelné vlastnosti. Již po méně než 10 cyklech je deska fyzicky lehčí a nemůže tudíž poskytovat reálná data. Je velmi obtížné připojit měřicí systém stejným způsobem. To platí zejména při použití epoxidu nebo vysokoteplotní pájky pro připevnění TC. Jen malá změna v poloze nebo objemu epoxidu/pájky bude mít vliv na naměřené hodnoty. Použití KIC hliníkové pásky pro připevnění termočlánku řeší tento problém, protože páska je téměř inertní a nemá tak žádný vliv na teplotu.

Společnost peiker acustic se rozhodla překonat všechny problémy instalací systému RPI, což je automatický profilovací systém, který měří teplotní profil každé DPS v pájecí peci v reálném čase. Systém také ověří za běhu, zda každý teplotní profil desky spadá do výrobní tolerance zákazníka. Během návštěvy SMT v Norimberku v roce 2013 uvedl pan Koschnick řadu výhod, kterých při zavedení automatického a kontinuálního profilování dosáhli. Nejdůležitější bylo podle něho zjištění, že „mohl v noci klidně spát“. Od té doby už proces pájení neběží nekontrolovaně. Teplotní profil každé desky je ověřený. V případě, že proces pájení je mimo zadanou specifikaci nebo mimo kontrolu, spustí se okamžitě alarm. Může se také automaticky vypnout dopravník v peci až do doby, než odpovědný pracovník provede opravu. Požadované kvality se dosáhne systémem, který zajistí, že každá deska je v pájecí peci správně zpracována.

Automatický systém využívá 30 senzorů trvale instalovaných v reflow peci. Senzor detekuje polohu desky v peci po celou dobu a snímač otáček měří rychlost dopravníku. Programování se provádí pomocí ručního profiloměru s termočlánky přiloženými na příslušné součástky na desce (pokud možno s použitím hliníkové pásky pro upevnění). Toto jednorázové manuální nastavení chodu analyzuje teploty od ručního profiloměru ze stovky tisíc datových bodů, které jsou generovány 30 senzory v peci. Znalost tohoto prostředí a tepelné vlastnosti DPS představují vše, co je zapotřebí. Vzhledem k tomu, že vztah mezi těmito dvěma soubory dat zůstává konstantní, lze ho jednoduše vypočítat. Konečným výsledkem je, že při spuštění výroby dokáže 30 senzorů velmi přesně měřit každou DPS za běhu bez dalšího manuálního zásahu. Přesnost takového systému je velmi vysoká (obvykle lepší než u manuálního profilování) a může se snadno ověřit s dostatečnou přesností i opakovatelností měření.

Společnost peiker acustic implementovala i možnost čtení čárových kódů. Využití čárových kódů je potřebné pro účely sledovatelnosti. Systém elektronicky ukládá všechna procesní data pro možnost budoucího vyhledávání (je-li to nezbytné).

Jednou z dalších výhod tohoto systému je, že poskytuje lepší možnosti zpracovávání informací, které mohou být použity k identifikaci. K dispozici je také software pro optimalizaci, který v podstatě využívá simulací všech možných kombinací v peci (teplotní zóna a kombinace rychlosti dopravníku). Software řídí nastavení pece tak, aby měla nejlepší nastavení a tzv. „sweet spot“ byl dostupný pro každý typ DPS.

Takové nastavení pece je použito k nalezení jediného a nejlepšího „receptu“, který dokáže zpracovat mnoho různých druhů DPS při dané specifikaci. Jedno nastavení může nyní zpracovávat většinu z 340 různých typů DPS. Takové interní procesy optimalizace jsou jedním z důvodů, proč je firma peiker acustic výjimečná.

Je třeba říci, že má další výhodu v tom, že navrhuje desky pro své vlastní výrobky. Komunikace mezi výrobou a konstrukčním oddělením umožňuje měnit a v případě potřeby optimalizovat návrh desky. To vede k menšímu počtu závad na výrobní lince.

www.amtech.cz