Modelle und effiziente Modellbildung zur Qualitätssicherung in der Elektronikproduktion

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Diss. Reihe Fertigungstechnik, Band 84

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2020-05-04
Issue Year
1998
Authors
Götz, Knuth
Editor
Feldmann, Klaus
Geiger, Manfred
Publisher
Meisenbach
ISBN
3-87525-112-1
Abstract

Electronics and their production are the key technology for almost all-technical products today and in the foreseeable future. The trend towards ever more integrated components and assemblies will continue, as will the trend towards ever shorter product life cycles and a higher innovation rate. Production technology must take these challenges into account. The importance of quality management as an entrepreneurial tool to capture and secure market share and to reduce costs is growing. This is borne out by the return on sales and the image of the companies that consistently use this tool. For electronics production, this ultimately means the implementation of the well-known zero-defect vision in real production and its environment. But this step is made more difficult by the special peculiarities of the assembly production. The complex relationships between the numerous influencing factors have not been adequately recorded and described so far. The ever decreasing lot sizes make the optimization of the processes through a zero series production uneconomical. The aim of this work was to contribute to the implementation of the zero-defect vision in assembly production. The focus was on overcoming the two biggest obstacles at the moment, inadequate quality data logistics and the complex and uncertain technology of analysis and modelling. Using practical examples and with theoretical derivation, the shortcomings of the existing techniques and systems for information acquisition and process modelling were uncovered and the requirements for more powerful tools were established on a broad basis. The requirements for the information system were implemented with the concept of the accompanying manufacturing protocol. This and other concepts for dynamic process and quality control were implemented in the PRIDE-QVISON software system. Neural networks formed the basis for the development of a new, efficient modelling and simulation technology for the processes of electronics production. The known validation techniques have been expanded. This made it possible, among other things, to forecast the process yield. In addition to the development of suitable, powerful tools, various processes were modelled. This resulted in an improved damage model of the popcorn effect, models of the individual production processes and a model of assembly production, which encompasses all processes of planar SMD technology in the FAPS model factory. The models led to stabilizing and quality-improving measures, such as the development of an improved dispensing head or the selection of optimized setting specifications. Furthermore, based on X-ray images, methods for texture-based error classification and error diagnosis were developed and validated. This work created the basis for further investigations and optimizations. The first steps towards zero-defect production were made in the context of the present work. In addition to the expansion of the information system, its adaptation to new technologies and the continuation and refinement of process modelling, future work will primarily include system-stabilizing measures. Fault-tolerant systems and components are preferred. Processes can be monitored and coordinated efficiently by integrating neural models into the machine and system control.

Abstract

Die Elektronik und ihre Produktion stellen heute und in absehbarer Zukunft die wesentliche Schlüsseltechnologie für nahezu alle technischen Produkte dar. Der Trend zu immer höher integrierten Bauelementen und Baugruppen wird ebenso anhalten, wie der Trend zu immer kürzeren Lebenszyklen eines Produkts und zu einer höheren Innovationsrate. Die Produktionstechnologie muß diesen Herausforderungen Rechnung tragen. Die Bedeutung des Qualitätsmanagements als unternehmerisches Instrument zur Einnahme und Sicherung von Marktanteilen und zur Kostensenkung wächst zunehmend. Umsatzrendite und Image der Firmen, die dieses Instrument konsequent anwenden, belegen dies. Für die Elektronikproduktion bedeutet dies letztlich die Umsetzung der bekannten Null-Fehler-Vision in die reale Fertigung und deren Umfeld. Doch gerade dieser Schritt wird durch die besonderen Eigenheiten der Baugruppenfertigung erschwert. Die komplexen Zusammenhänge der zahlreichen Einflußgrößen sind bislang nicht ausreichend erfaßt und beschrieben worden. Die immer geringer werdenden Losgrößen machen das Optimieren der Prozesse durch eine Nullserienfertigung unwirtschaftlich. Ziel dieser Arbeit war es, einen Beitrag zur Umsetzung der Null-Fehler-Vision in der Baugruppenfertigung zu leisten. Dabei wurde der Schwerpunkt auf die Bewältigung der beiden derzeit größten Hindernisse, die unzureichende Qualitätsdatenlogistik und die aufwendige und unsichere Technik der Analyse und Modellbildung, gelegt. An praktischen Beispielen und mit theoretischer Herleitung wurden die Mankos der vorhandenen Techniken und Systeme zur Informationsgewinnung und Prozeßmodellierung aufgedeckt und die Anforderungen an leistungsfähigere Werkzeuge auf breiter Basis aufgestellt. Die Anforderungen an das Informationssystem wurden mit dem Konzept des Begleitenden Fertigungsprotokolls umgesetzt. Im Software-System PRIDE-QVISON wurden dieses und weitere Konzepte zur dynamischen Prozeß- und Qualitätslenkung realisiert. Neuronale Netze bildeten die Grundlage für die Entwicklung einer neuen, effizienten Modellierungs- und Simulationstechnik für die Prozesse der Elektronikproduktion. Die bekannten Validierungstechniken wurden erweitert. Dadurch wurde unter anderem auch die Prognose der Prozeßausbeute möglich. Neben der Entwicklung geeigneter, leistungsfähiger Werkzeuge wurden verschiedene Prozesse modelliert. So entstanden ein verbessertes Schädigungsmodell des Popcorn-Effekts, Modelle der einzelnen Produktionsprozesse und ein Modell der Kapitel 9 Zusammenfassung 173 Baugruppenfertigung, das alle Prozesse der planaren SMD-Technik in der Modellfabrik des FAPS umfaßt. Die Modelle führten zu stabilisierenden und qualitätsverbessernden Maßnahmen, wie beispielsweise die Entwicklung eines verbesserten Dispenskopfes oder die Selektion optimierter Stellvorgaben. Desweiteren wurden auf Basis von Röntgenbildern Verfahren zur texturbasierten Fehlerklassifikation und zur Fehlerdiagnose entwickelt und validiert. Mit diesen Arbeiten wurde die Basis für weitere Untersuchungen und Optimierungen geschaffen. Erste Schritte in Richtung der Null-Fehler-Produktion wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit gemacht. Zukünftige Arbeiten werden neben dem Ausbau des Informationssystems, seiner Adaption auf neue Technologien und die Fortführung und Verfeinerung der Prozeßmodellierung vor allem systemstabilisierende Maßnahmen enthalten. Fehlertolerante Systeme und Komponenten sind dabei zu bevorzugen. Die Überwachung und Koordination der Prozesse kann durch die Integration Neuronaler Modelle in die Maschinen- und Anlagensteuerung effizient erfolgen.

Series
Fertigungstechnik - Erlangen
Series Nr.
84
Notes
Nach Rechteübertragung des Meisenbach-Verlags auf die FAU digitalisiert und online gestellt durch Geschäftsstelle Maschinenbau und Universitätsbibliothek der FAU im Jahr 2020. Koordination der Reihe: Dr.-Ing. Oliver Kreis. Für weitere Informationen zur Gesamtreihe siehe https://mb.fau.de/diss
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