Wie wir den regionalen Wettbewerb bei Calsonic für Reflow-Qualität und Kostenverbesserungen gewonnen haben

Von Rod Sampson, Prozessingenieur

Calsonic Kansei ist ein multinationaler Hersteller von Automobilteilen mit eigenen OEM-Produkten. Vor kurzem wurde das Unternehmen von der Private-Equity-Gesellschaft KKR übernommen und ist zu einer globalen Ausdehnung bereit. Der Produktionsschwerpunkt des Unternehmens liegt auf der Qualität, dicht gefolgt von der Wirtschaftlichkeit. Dies ist für ein in der Automobilindustrie und im hart umkämpften EMS-Geschäft tätiges Unternehmen keine Überraschung. Bei Calsonic sehen wir Qualität und Kosteneffizienz als gegenseitige Verstärkung, da schlechte Qualität teuer ist, insbesondere im Automobilbereich, wo Nacharbeiten für die meisten unerwünscht und für bestimmte Prozesse insgesamt nicht zulässig sind. Die Implementierung einer Lösung zur Steuerung und Verfolgung unseres Reflow-Prozesses bei gleichzeitiger Optimierung der Produktivität durch maximale Auslastung der Ausrüstung war der Grund, warum wir den regionalen Prozess- / Qualitätsverbesserungswettbewerb von Calsonic gewonnen haben. Dies ist unsere Geschichte.

Ich bin für die thermischen Prozesse wie Reflow-, Wellen- und Selektivwellenlöten verantwortlich. Für jede neue Produkteinführung (NPI) führen wir Design of Experiment (DOE) durch, um den „Sweet Spot“ im thermischen Prozess zu identifizieren. Dies beinhaltet normalerweise das Experimentieren mit Maschineneinstellungen, die zu einem Prozess (Profil) im oberen, unteren und mittleren Bereich des Prozessfensters führen. (Das Hauptquartier von Calsonic gibt das entsprechende Prozessfenster vor.) Wenn der beste Prozess identifiziert ist, arretieren wir ihn und verfolgen und überprüfen den Prozess täglich. Defekte warden selten dem Reflow-Prozess zugeschrieben, aber wenn sie tatsâchlich auftreten, sind die Herausforderungen oft schwieriger zu lösen. Qualität ist nichts was zwischen den verschiedenen Prozessen gewichtet werden, denn Gewichte sind nach einer fehlerhaften Baugruppe von geringer Bedeutung. Jeder sollte seinen Job  so ausführen, als seien seine jeweiligen Prozesse vom Standpunkt der Qualität aus das Entscheidendste. Wenn wir alle auf diese Weise arbeiten, können wir die Auswirkungen interner und externer Fehler auf unser Geschäft minimieren und so die Gesamtproduktivität der Fabrik positiv beeinflussen.

Durch die aktuelle Tendenz, Voids aggressiv zu reduzieren, sind die Prozessoptimierung und das gleichmäßige Löten für unseren Erfolg entscheidend geworden. Früher war diese Arbeit zeitaufwändig, und obwohl die Qualität akzeptabel war, litten Produktivität und Kosteneffizienz unter dem Anlagenstillstand, der notwendig war, um die Arbeit auszuführen. Es war eine Herausforderung für uns, da wir zahlreiche Generationen von Reflow-Öfen und Wellenlötmaschinen hatten. Sie unterscheiden sich nicht nur in ihren thermischen Eigenschaften, sondern die älteren Maschinen erschwerten auch die Leistungsverfolgung. Im heutigen Zeitalter, in dem praktisch unbegrenzte Informationen per Mausklick verfügbar sind, war unsere Methode veraltet und unzureichend. Es musste eine bessere Möglichkeit geben.

Wir haben den Markt untersucht und neue Technologien gefunden, die vielversprechend erschienen. Eine davon war ein intelligenter Temperaturprofiler mit einer Software zur vorausschauenden Prozessoptimierung, mit der wir das Ziel des Prozessfensters eingeben und die entsprechenden Maschineneinstellungen sofort identifizieren konnten. Dies verkürzte unsere Prozessoptimierungszeit erheblich und ermöglichte es uns, optimalere Prozesseinstellungen als zuvor zu finden.

Zuvor hatten wir uns darauf verlassen, dass die Techniker mehrmals täglich manuelle Prozessüberprüfungen an jeder Linie durchführen. Das war nicht optimal, da eine solche manuelle Überprüfung nicht konsistent ist und unsere Produktivität dadurch verringert wurde, weil die gesamte Linie jedes Mal, wenn ein Überprüfungsprofil in einem Reflow-Ofen ausgeführt wurde, über 10 Minuten angehalten wurde. Zusätzliche Überprüfungsvorgänge wurden durch Ertragsprobleme, vorbeugende Wartungsarbeiten und ungeplante Anlagenstillstände ausgelöst. (Unsere Verfahren erfordern eine Profilerstellung, wenn der Anlagenstillstand mehr als vier Stunden beträgt.) Ein zweitrangiges Anliegen bestand darin, dass wir während der Produktion zwischen den zweimal täglichen manuellen Profilen keine Informationen zum thermischen Prozess hatten.

Wir haben uns entschieden, in automatische Profilierungssysteme für Reflow von KIC zu investieren, die permanent eingebettete Sensoren im Ofen verwenden, um das Profil jeder Leiterplatte während der Produktion im laufenden Betrieb zu berechnen. Die automatischen Profilierungssysteme waren für alle unsere Reflow-Öfen unabhängig vom Alter nachrüstbar, wodurch wir eine konsistente Prozessverfolgung und Rückverfolgbarkeit über alle Linien hinweg gewährleisten konnten. Um die Genauigkeit und Wiederholbarkeit des berührungslosen Profils zu testen, haben wir Änderungen im Ofen erzwungen und gleichzeitig überprüft, dass das System das resultierende Ereignis außerhalb der Spezifikation tatsächlich korrekt identifiziert hat. Ich fand es auch interessant, dass wir einen Gebläsemotor im Reflow-Ofen stoppen konnten, ohne einen Ofenalarm oder eine Benachrichtigung auszulösen. Dies liegt wahrscheinlich daran, dass sich die Temperatur nicht geändert hat. Die Konvektionsrate hatte sich jedoch geändert, wodurch sich das Profil auf den Leiterplatten änderte, was für unsere In-Spec-Produktion ausschlaggebend ist.

Das automatische System ermöglichte es, den Reflow-Prozess zu steuern und zu dokumentieren. Zusätzlich zur vollständigen Rückverfolgbarkeit des thermischen Prozesses alarmiert das System sofort, wenn ein Ereignis außerhalb der Spezifikation liegt. Darüber hinaus werden SPC-Diagramme mit Cpk-Grenzwerten bereitgestellt, die frühzeitig auf einen Reflow-Prozess hinweisen, der außer Kontrolle greaten ist. Aus diesem Grund haben wir das manuelle Überprüfungen der Prüfprofile durch direkte Profilerstellung für jede Leiterplatte ersetzt.

Es war jedoch schwierig, die thermischen Prozessdaten für die Trendanalyse, die Ertragsfehlersuche und andere Probleme zu nutzen, da sich auf jedem Reflow-Ofen-PC ein Datenvolumen befindet. Einer unserer Anwendungsfälle würde durch eine negative Entwicklung unserer Produktionslinienrendite ausgelöst. In der Vergangenheit dauerte es länger als einen Tag (unter Berücksichtigung der normalen Unterbrechungen am Arbeitsplatz), bis ich einen Trendanalysebericht erstellt hatte, um den richtigen Einblick zu erhalten und Korrekturmaßnahmen in Bezug auf Ertragsprobleme in Angriff zu nehmen. Wir wissen, dass beim Anhalten der Produktionslinie, jede Sekunde Ausfallzeit teuer ist. SPI- und AOI-Inspektion sind sehr hilfreich. Manchmal liegt die Ursache des Problems auf der Hand, manchmal nicht. Glücklicherweise wurde Vantage, eine neue Datenbanksoftware auf Werksebene, verfügbar, die den schnellen und bequemen Zugriff auf die relevanten Daten ermöglichte. Jetzt kann ich den thermischen Prozess für eine bestimmte Leiterplatte oder einen bestimmten Zeitraum mit einer sich verschlechternden Produktionslinienausbeute identifizieren. Wir werden den thermischen Prozess schnell ein- oder ausschließen, um die Zeit für die Fehlerbehebung zu verkürzen. Und sollte Reflow das Problem sein, was recht selten vorkommt, dann zeigt uns das automatische Profilierungssystem, wo und was im Ofen eingestellt werden muss.

Durch diesen Fortschritt wurde mir klar, dass ich zuvor keine zeitnahen Reflow-Prozessdaten hatte, um gute Entscheidungen treffen zu können. Plötzlich verfügt ich über so viele Informationen, dass ich immer noch nicht in der Lage war, schnell genug Korrekturmaßnahmen zu ergreifen. Die Einführung der werkseitigen Datenbanksoftware Vantage hat all dies geändert, indem sie von Daten zu Erkenntnissen übergegangen ist. Es ist, als würde man online nach Informationen suchen. Sie können problemlos große Datenmengen erfassen, benötigen jedoch einen starken Browser oder ein Analyse-Tool, um die relevanten und notwendigen Informationen oder Antworten zu ermitteln. Sie wandeln Daten in Einblicke um, und diese Einblicke möchten Sie schnell erhalten.

Ein letzter drastischer Anwendungsfall, der die Verfügbarkeit unserer Produktionslinie für jedes Ereignis um mehrere Stunden verbesserte, war unsere gelegentliche Unfähigkeit, die Profilüberprüfung aufgrund von defekten Thermoelementen (TCs), beschädigter Profilplatte oder anderem durchzuführen. Wenn solche Ereignisse stattfanden, als der zuständige Verfahrenstechniker nicht erreichbar war, z.B. in einer Nachtschicht, haben wir die Linie heruntergefahren, bis eine Profilüberprüfung durchgeführt werden konnte. Es klingt möglicherweise verrückt, die Linie wegen eines $6000 Profilers oder einer $30 TC  für einige Stunden herunterzufahren. Wie bereits erwähnt, hat die Qualität bei Calsonic oberste Priorität. Wir werden jedoch nicht länger Geisel solcher Ereignisse sein.

Jedes Jahr führt Calsonic einen internen Wettbewerb zu Verbesserungen in zwei Hauptkategorien durch:

A. Qualität
Verbesserungen
Sicherheit

B. Kostensenkung
Kosteneinsparung
Zeitersparnis

Mit dem neuen Smart Profiler, dem automatischen Reflow-Prozessmonitor und der Datenbanksoftware auf Werksebene haben wir die Qualitätssicherung automatisiert und Engineering- und Produktionszeit gespart.

Wir haben den regionalen Calsonic-Wettbewerb mit folgenden Ergebnissen gewonnen:

1. Defekte aufgrund von Out-Of Spec Profilen sind praktisch verschwunden
2. Automatische Überprüfung der Prozesseinhaltung
3. Effektive Voidreduzierung
4. Weitgehende Beseitigung von Ausfallzeiten bei der periodischen Profilerstellung führte zu einer Erhöhung der Produktionszeit
5. Rüstzeit für neue Produkte verbessert (NPI)
6. Gewinn der Linienauslastung von mehreren Minuten für jedes der folgenden Ereignisse: ein.
   • Vorbeugende Wartung
   • Fehlersuche bei Ertragsproblemen
   • Außerplanmäßige Unterbrechung
7. Vollständige Rückverfolgbarkeit des thermischen Prozesses für jede produzierte Leiterplatte – Kundenzufriedenheit
8. Drastische Verringerung des Produktionsstillstands aufgrund der Unfähigkeit, manuelle Profile auszuführen

Die Zukunft

Calsonic hat einen hohes Bestreben, die Technologie zu nutzen, um unsere Hauptinitiativen hinsichtlich Qualität und Kosteneffizienz voranzutreiben. Persönlich stelle ich mir eine Fabrik mit intelligenten Maschinen und Prozessen vor, mit Echtzeit-Dashboards, die mit einem MES-System verbunden sind. Wo manuelle und inkonsistente Aufgaben durch Automatisierung ersetzt werden können, um die Prozesssteuerung sowie die Qualität und Produktion zu verbessern. Schließlich warden wir Daten, Einblicke und Automatisierung nutzen können, um unsere Fabrik effektiver zu betreiben. Vielleicht gibt es noch einen Wettbewerb, den wir bald gewinnen können …

Weitere Informationen zu Calsonic erhalten Sie unter https://www.calsonickansei.co.jp/en/.