Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství
Katedra kontroly a řízení jakosti
DIPLOMOVÁ PRÁCE
2013 Bc. Čestmír Malina
Abstrakt
Diplomová práce se zabývá analýzou procesů ovlivňujících kvalitu elektrického spojení DPS a THT komponent.
První část se zaměřuje na základní informace o DPS (deska plošných spojů) a THT (technologie osazení vývodových komponent). Je zde popsán proces pájení i proces „press fit“.
Na konci první části jsou popsány metody, jak lze kvalitu elektrického spojení kontrolovat.
Druhá část této práce je zaměřena na reálný problém spojení DPS a THT komponenty u výrobce elektronických řídících jednotek pro automobilový průmysl. Byl nastartován zlepšovací program k nalezení kořenové příčiny a implementaci nápravných opatření vedoucích ke zvýšení kvality a snížení vícenákladů způsobených nekvalitním spojením DPS a konektoru.
Klíčová slova: DPS, THT, THD, pájení, press fit, IPC, vícenáklady
Abstract
Subject of this thesis is analysis of processes with influence on the electrical connection quality of PCB and THT components.
The first part is focused on the basic information about PCB (Printed Circuit Board) and THT (Through-hole Technology) components. There is the description of soldering process and press fit process. Finally are described methods of inspection the connection quality.
The second part of this thesis is focused on one real problem with the PCB and THT components connection at electronic control unit producer in automotive industries. There was started the improvement program to find the root cause and implement corrective actions to increase the quality and reduce non-conformance costs caused by less quality of connection between PCB and connector.
Keywords: PCB, THT, THD, soldering, press fit, IPC, non-conformance costs
Poděkování:
Chtěl bych na tomto místě poděkovat za podporu a spolupráci při řešení diplomové práce Ing. Veronice Novákové a Ing.Mgr. Petře Halfarové, PhD. Děkuji mému vedoucímu diplomové práce, panu Prof.RNDr. Josefu Tošenovskému, CSc., za cenné připomínky a rady, poskytnuté materiály, konzultace a odborné vedení během zpracovávání této diplomové práce.
Obsah:
ÚVOD ... 1
1 TEORETICKÁ VÝCHODISKA ŘEŠENÉ PROBLEMATIKY ... 2
1.1 Deska plošných spojů ... 3
1.1.1 Historie DPS ... 4
1.1.2 Výroba vícevrstvé DPS ... 5
1.2 Elektronické komponenty... 7
1.3 Způsoby kontaktování ... 8
1.3.1 Proces pájení ... 9
1.3.1.1 Ruční pájení ... 9
1.3.1.2 Strojní pájení ... 10
1.3.2 Proces press fit ... 12
1.4 Kontrola kvality pájeného spoje ... 13
1.4.1 Automatická optická inspekce ... 13
1.4.2 Metalografický výbrus ... 13
1.4.3 RTG kontrola ... 14
1.5 Standardy IPC... 15
1.6 Standard IPC A-610-E-2010 ... 18
1.7 Vybrané nástroje kvality ... 18
1.7.1 Vícenáklady ... 18
1.7.2 Paretova analýza ... 19
1.7.3 Brainstorming... 19
1.7.4 Ishikawův diagram ... 20
1.7.5 Model procesu SIPOC ... 21
1.7.6 CTQ ... 21
1.7.7 Metoda 5x proč ... 22
2 CHARAKTERISTIKA PODNIKU ... 23
2.1 Historie společnosti Continental AG ... 23
2.2 Continental Automotive Czech Republic s.r.o. ... 25
2.3 Struktura firmy ... 27
2.4 Strategie a vize společnosti ... 28
2.5 Certifikace závodu ... 29
3 ANALÝZA PŘÍČIN CHYB ELEKTRICKÉHO SPOJENÍ DPS A THT KOMPONENT ... 30
3.1 Představení projektu Simos 12 ... 30
3.2 Postup výroby ... 31
3.2.1 Front-end ... 31
3.2.2 Back-end ... 33
3.3 Interní vícenáklady ... 36
3.4 Elektrické spojení THT komponent ... 39
3.4.1 Pájení THT komponent ... 39
3.4.1.1 Vlivy bezolovnatého pájení ... 40
3.4.2 Press-fit THT komponent... 41
3.5 Mapování procesu - SIPOC ... 42
3.6 Potřeby zákazníků CTQ ... 43
3.7 Srovnání dodavatelů DPS ... 43
3.8 Rozložení chybovosti na konektoru ... 44
3.9 Vliv pracovní směny ... 44
3.10 Diagram příčin a následku ... 45
3.11 Analýza jednotlivých příčin a následná opatření ... 48
3.11.1 Poškozené prokovy ... 48
3.11.2 Povrchová úprava prokovů ... 50
3.11.3 Deska plošných spojů... 51
3.11.4 Teplota pájení ... 52
3.11.5 Proces pájení ... 53
3.11.6 Výrobní postup DPS ... 53
3.11.7 Olovnaté / bezolovnaté pájení ... 53
3.12 Analýza u dodavatele DPS ... 53
3.12.1 Vrstva mědi v prokovech ... 55
3.12.2 Házivost vřeten vrtací soupravy ... 55
3.12.3 Poškození vrtáků ... 58
3.13 Vyhodnocení opatření ... 60
3.14 Změna technologie ... 61
4 DOSAŽENÉ VÝSLEDKY A NÁVRH OPATŘENÍ KE ZLEPŠENÍ ... 63
ZÁVĚR ... 65
Seznam zkratek ... 66
Seznam použité literatury ... 67
1
ÚVOD
Po překonání celosvětové hospodářské krize v letech 2008-2009 se všechny světové automobilky zaměřily na navyšování výroby. Zároveň se zaměřily na snižování nákladů s ještě větší razantností a důsledností, než tomu bylo v době krize. Tuto strategii plně přenesly na celý dodavatelský řetězec.
Firma Continental je významným dodavatelem v automobilovém průmyslu. Během krize dokázala skokově zredukovat náklady, které neměly přidanou hodnotu pro zákazníka. I nadále pokračují aktivity v oblasti zeštíhlování výroby a vyšší flexibility výroby s ohledem na dynamické změny v požadavcích zákazníků. Velmi dobře je propracován systém sledování veškerých vícenákladů. Na abnormality se okamžitě reaguje. Od nejjednodušší formy, což je v tomto případě interních 8D report, až po projekty rozsahu Six Sigma.
Každý projekt před uvolněním do sériové výroby prochází jednotlivými fázemi APQP.
Tyto fáze jsou v automobilovém průmyslu striktně vyžadovány. Cílem je snížit riziko výskytu problémů v sériové výrobě na minimum. I přesto se v některých případech, zvláště při změnách technologií, právě tyto problémy vyskytují.
Jednou z takovýchto technologických změn je přechod z olovnatého pájení na bezolovnaté pájení. U změn tohoto typu jsou vždy prověřovány i další možné varianty elektrického spojení desky plošného spoje a osazovaných komponent. A právě na tuto oblast spojenou s kvalitativními riziky i vícenáklady je zaměřena tato diplomová práce.
2
1 TEORETICKÁ VÝCHODISKA ŘEŠENÉ PROBLEMATIKY
Teoretická východiska této diplomové práce jsou zaměřena na procesy ovlivňující kvalitu elektrického spojení desek plošných spojů a drátových elektronických komponent. Dále pak na způsob identifikace vad v těchto spojích. V neposlední řadě jsou zde popsány nástroje managementu kvality použité při řešení praktického případu.
Požadavky na kvalitu v automobilovém průmyslu každoročně neustále stoupají. Pryč je doba, kdy byla v automobilu elektronika zastoupena pouze rozhlasovým přijímačem, tehdy ještě na principu elektronek. Dnešní elektronika v automobilech hraje nezastupitelnou roli. Díky ní se posádka může cítit mnohem bezpečněji, automobil spotřebuje méně paliva, zvýší se výkon motoru, sníží se škodlivé emise, cestování je mnohem komfortnější. Elektronika se rozvinula do celých systémů, jak zobrazuje obrázek 1. Použití lze rozdělit na čtyři hlavní oblasti:
A. hnací ústrojí: 1. řízení samočinné převodovky, 2. regulace vstřikování vznětového motoru, 3. digitální řízení zapalování a vstřikování zážehového motoru, 4. sonda lambda, 5. regulace volnoběhu, 6. diagnostika motoru, 7. elektronický akcelerátor, 8. řídicí jednotka motoru B. komunikace: 9. výstup hlasového syntezátoru, 10. řízení různých funkcí hlasem, 11. rádio,
12. palubní počítač, 13. telefon, 14. navigační přístroj, 15. nová technologie displejů, 16.
systém multiplex,
C. komfort: 17. tempomat, 18. vytápění a klimatizace, 19. seřizován polohy sedadel s pamětí, 20. centrální zamykání, 21. regulace odpružení, 22. čidlo vzdálenosti při couvání
D. bezpečnost: 23. radarová výstraha nejmenší bezpečné vzdálenosti, 24. stírače a ostřikovače světlometů, 25. hlavní světlomety s výbojkami, 26. regulace stíračů a ostřikovačů, 27.
autodiagnostika vozidla, 28. indikátor servisních intervalů, 29. monitor provozních náplní a opotřebení brzd, 30. spouštěcí soustavy airbagů a napínačů bezpečnostních pásů, 31.
zabezpečovací soustava vozidla (alarm, imobilizér), 32. kontrola tlaku v pneumatikách, 33.
protiblokovací a protiprokluzová soustava, 34. soustava řízení dynamiky vozidla. [1]; [2]
3
Obr. 1 Elektronické systémy v automobilu
Většina těchto systémů má své autonomní elektronické řídící jednotky, které mezi sebou komunikují prostřednictvím standardizovaných rozhraní. Každá jednotka sestává ze základních prvků, což jsou DPS, SMT komponenty (elektronické komponenty pro povrchovou montáž), THT komponenty (jako je například konektor), pouzdro.
1.1 Deska plošných spojů
DPS - Deska Plošných Spojů se používá pro elektrické propojení elektronických součástek.
Zároveň slouží i k jejich fixaci. Často se také používaná anglická zkratka PCB (Printed Circuid Board), v USA je pak častěji používána zkratka PWB (Printed Wiring Board).
Na základní materiál (izolant), kterým je nejčastěji laminát ze skelné tkaniny, sycený epoxidovou pryskyřicí, je nanesena měděná fólie. Ta se později v procesu částečně odleptá a vytvoří vodivé cesty. Hlavní výhody použití DPS v elektronice:
zmenšení velikosti výrobku a snížení váhy,
fixace komponent,
vysoká opakovatelnost výroby s možností použití automatizace,
nižší nároky na vzdělání operátorů v oblasti elektroniky,
minimalizace nebezpečí zkratu nebo chybějícího spojení. [3]
4
1.1.1 Historie DPS
Historie vývoje DPS je relativně mladá. Komerčně se začala využívat kolem roku 1950, přestože originální koncept byl znám o 50 let dříve. První patent si podal 2.3.1925 Charles Ducas, který vytvářel na DPS vodivé cesty pomocí sítotisku. Bylo to formou nanášení vodivé pasty pomocí síta na izolační vrstvu. Po odebrání síta se tlakem vodivá vrstva vlisovala do izolační vrstvy. Pouze o 17 dnů později byl registrován patent Francise T. Harmanna, který použil metodu odleptání vodivé vrstvy.
Významný pokrok v rozvoji technologie výroby DPS se přiřazuje Paulu Eislerovi, který rozvinul technologii plátování mědi na izolační základní materiál. Využil DPS při výrobě rozhlasového rádia. Také se zasloužil o rozvoj dvoustranných a vícevrstvých DPS.
Během let 1953-1955 představila firma Motorola proces pokovování mědí ve vrtaných otvorech DPS, což znamenalo efektivní spojení obou stran vodivých cest. To byl další milník k rozvoji vícevrstvých DPS. Ve spojení s rozvojem SMT (technologie povrchové montáže komponent) se v dnešní době požadavek na větší počet vrstev stále zvyšuje. V automobilovém průmyslu se běžně používají 4 až 8 vrstvé DPS (na obrázku 2 je příklad čtyř-vrstvé DPS), v mobilních telefonech se nejčastěji používají 8 až 12 vrstvé DPS. Velké množství komponentů je pak možno vměstnat na poměrně malou plochu. [3]
Obr. 2 Ukázka čtyř-vrstvé DPS v řezu
vrstva 1
Core(základní mat.) Prepreg (izolant)
Prepreg (izolant)
vrstva 2
vrstva 3 vrstva 4
Vícevrstvá DPS (4-vrstvá)
prokov Vodivá cesta
5
1.1.2 Výroba vícevrstvé DPS
Počet výrobních kroků závisí na typu DPS. Nejméně jich je u výroby jednostranné DPS a nejvíce u vícevrstvých DPS. Zaměříme se na výrobu 4 vrtstvé DPS s povrchovou úpravou chemický cín. Jako základní materiál je v tomto případě použit izolant s označením FR4. Je to skleněný laminát sycený epoxidovou pryskyřicí a z obou stran nalisovanou měděnou fólií.
Postup výroby se nazývá semiaditivní, což znamená, že se v průběhu výroby střídají procesy odstraňování (odleptávání) a nanášení mědi. Příklad procesních kroků výroby DPS je na obr. 3.
Obr. 3 Procesní kroky výroby DPS Výroba vnitřní vrstvy:
Prvním krokem je formátování základního materiálu. To se skládá z nastřižení FR4 na požadovaný rozměr a vyvrtání otvorů potřebných v procesu výroby. Nejběžnější tloušťka základního materiálu je 1,5mm. Vrstva mědi (elektrolyticky vyloučená měď) je nejčastěji tloušťky 18 µm. Na měděnou vrstvu se nanese fotocitlivý lak. Po zaschnutí se přiloží motiv budoucích vodivých cest a dojde k osvícení UV světlem. Následuje DES (Develop - vyvolání;
Etch - odleptání odkryté mědi; Strip - odstranění fotocitlivé vrstvy) viz obrázek 4. [4]; [6]
Obr. 4 Výroba vnitřní vrstvy DPS
Vnitřní
vrstva Formátování vnitřního Přenos
motivu DES AOI Laminace
Vnější
vrstva Vrtání poměděníPTH,
Přenos vnějšího motivu
Pomědění
dle motivu SES AOI
Nanesení nepájivé
masky Dělení Povrchová
úprava E-test AVI FQC
Fotocitlivá vrstva
Motiv Motiv
Fotocitlivá vrstva DES
Nanesení fotocitlivé vrstvy
Ustavení předlohy
Expozice
6
Pak již následuje automatická optická kontrola. Další vrstva se vytvoří přidáním prepegu (opět izolační materiál ze skelných vláken sycený epoxidovou pryskyřicí) a měděné fólie. Za teploty 170°C a tlaku 350psi dojde k laminaci (spojení všech vrstev) viz obrázek 5. Proces se jako u vytváření první vrstvy, až po dosažení potřebného počtu vrstev. [6]
Obr. 5 Laminování další vrstvy DPS
Výroba vnější vrstvy:
Následuje operace vrtání na CNC vrtačce. DPS se podloží zespodu dřevěnou podložkou a shora 0,2 mm hliníkovou fólií. Hliníková fólie plní dva úkoly. Zajišťuje odvod tepla způsobené vrtáním a eliminuje odchýlení vrtáku při vnoření do DPS. Vrtání musí být velmi přesné, udává se tolerance 10 μm. Rychlost vrtacího vřetene je 20.000 až 150.000 otáček /min. Pro větší výtěžnost se uloží na sebe 3 DPS a vrtají se najednou. Pak dochází k prokovení otvorů metodou přímého horizontálního pokovení (PTH). Výsledkem je nanesení 6 až 8 μm mědi (obrázek 6). [5]; [6]
Obr. 6 Nanesení vrstvy mědi na DPS včetně prokovů
Dalším krokem je nanesení fotocitlivé vrstvy, osvit motivu a vyvolání negativního motivu.
Na odkrytých místech se provede galvanické zesílení mědi metodou SES (nanesení – odleptání – nanesení). Galvanické zesílení mědi se provádí pouze na odkrytých místech, tedy v místech spojů, pájecích plošek a prokovů. Následuje AOI (automatická optická kontrola). Poté může
●Vrstva 1
●Vrstva 2
●Vrstva 3
●Vrstva 4
●Měděná fólie
●Měděná fólie
●Vnitřní vrstva
●Prepreg
●Prepreg
7
dojít k nanesení nepájivé masky, ve většině případů zelené barvy, která ochrání nepájené spoje od případného poškození nebo zkratu. Po vytvrdnutí se může přistoupit k dělení na jednotlivé panely. Následuje povrchová úprava měděných plošek a prokovů. Nejčastěji se používá bezolovnatý HASL (Hot Air Solder Leveling) nebo Immersion Tin (chemický cín). Každý panel je elektricky zkontrolován na zkraty nebo chybějící cesty (E-Test). Ještě se provede AVI (automatická vizuální inspekce), následuje FQC (finální kontrola kvality) a DPS se můžou připravit k odeslání zákazníkovi. Na obrázku 7 je již DPS s finální povrchovou úpravou. [5]; [6]
Obr. 7 DPS s finální úpravou povrchu
1.2 Elektronické komponenty
Elektronické komponenty (součástky) jsou osazeny na DPS a kontaktovány s vodivými cestami v místě, kde společně s ostatními komponenty zajistí funkčnost celého výrobku.
Technologie osazování součástek se dělí na dvě skupiny:
THT (through hole technology) – drátové vývody komponent se prostrčí dírou v DPS. Těmto komponentám se říká THD (through hole devices).
SMT (surface mount technology) – povrchová montáž součástek. Těmto komponentám se říká SMD (surface mount devices).
8
Na obrázku 8 je zobrazen princip obou technologií. Po vynálezu DPS a jeho komerčního využití byla THT používaná pro osazení rezistorů, kondenzátorů, elektronek, tranzistorů. V těch dobách se THD osazovaly ručně, vývody se prostrčily otvory v DPS, zkrátily a zapájely. [7]
Obr. 8 Ukázka THT a SMT osazování
THT je oproti SMT náročnější na prostor na DPS, cenu, způsob osazování. I když se postupně ruční osazování THD změnilo na automatizované, přechod na SMD byl nezadržitelný.
Nové SMT stanice při osazování nejmenších komponent jsou schopny teoreticky osadit až 100.000 komponent za hodinu.
Proto se již před několika lety opustilo od automatického osazování THD a zůstalo již jen několik málo THD, které se ale osazují ručně. Mezi ně patří například konektory, některé elektrolytické kondenzátory, velké tlumivky.
1.3 Způsoby kontaktování
Nejběžnější elektrické a mechanické spojení DPS a THT komponent se provádí pájením.
V minulosti to bylo pájení ruční, kdy se pájí postupně každá spoj zvlášť. Tato technologie se dnes ve velkosériové výrobě využívá jen při opravách. Dalším krokem v rozvoji pájení bylo pájení pájecí vlnou. Dnes se již převážně používá selektivní pájení vlnou z důvodu velkého poměru SMD (povrchově osazované komponenty).
Stále více se začíná uplatňovat při elektrickém a mechanickém spojení DPS a THT komponent technologie s názvem „Press-fit“. Technologie je založena na spojení mechanické (suchou cestou), tudíž bez pájení. Jedná se o spojení s vysokou spolehlivostí a životností,
9
nicméně tato technologie je relativně mladá v automobilovém průmyslu. Zároveň se významně snižují náklady na výrobní proces. Nevýhodou jsou vyšší náklady vstupních komponent. [13]
1.3.1 Proces pájení
Pájení je proces, při kterém jsou dvě nebo více elektricky vodivých částí spojovány přídavným materiálem – roztaveným kovem (pájkou). Ke spojení dojde oboustrannou difůzí atomů pájky do materiálu spojovaných částí. Spoj vzniká na hranici spojovaného materiálu a pájky při teplotě nižší, než je teplota tavení spojovaných materiálů.
Výsledkem procesu pájení je vznik pájeného spoje s požadovanými vlastnostmi. Jestliže nejsou při pájení dodrženy požadované podmínky procesu v příslušných mezích, je kvalita pájeného spoje nízká, což zapříčiňuje snížení nejen spolehlivosti funkce spoje, ale i celého systému. [9]; [10]
Pájení se v elektronice dělí na dvě základní skupiny:
ruční,
strojní.
Strojní pájení pak dále dělí na tři nejčastěji používané podskupiny:
přetavením,
vlnou,
selektivní.
1.3.1.1 Ruční pájení
Spojovací metoda s použitím pájedla se nazývá ruční pájení, kde zahřátý hrot pájedla zahřeje zpracovávaný díl za přítomnosti tavidla, pájka se roztaví a zformuje spoj (obrázek 9).
Ruční pájení se v dnešní době převážně používá na některé speciální součástky a opravy. [9]
10
Obr. 9 Detail pájecího hrotu v procesu ručního pájení
1.3.1.2 Strojní pájení
Strojní pájení se dále dělí na tři základní podskupiny.
Pájení přetavením:
Pájení přetavením se skládá ze dvou hlavních kroků, kde první je proces nanesení pájecí pasty na pájecí plošky substrátu, DPS (deska plošných spojů) nebo keramické podložky, na kterých mají být vytvořeny pájené spoje. Po osazení součástek na substrát tak, aby jejich vývody, které mají být připájeny, byly osazeny na připojovací plošky s nanesenou pájecí pastou, následuje druhý krok, kterým je přetavení pasty tepelným ohřevem s předem definovaným teplotním profilem. Využití především u SMT – Reflow pec.
Základní druhy pájení přetavením:
pájení v parách (obrázek 10),
přetavení infračerveným zářením,
přetavení nuceným prouděním (konvekcí). [9]
Obr. 10 Znázornění principu procesu pájení v parách
11 Pájení vlnou:
Pájení vlnou (obrázek 11) je již dnes díky rozšíření SMT pro velkosériovou výrobu na ústupu. Stále ale představuje významnou a velmi rozšířenou oblast montážních technologií v elektronice v případě, kdy je velká část DPS osazena drátovými komponenty. Při pájení vlnou je v zásobníku na hladině roztavené pájky vytvořena jedna nebo více vln, které smáčí povrch DPS procházejících nad hladinou na dopravníku. Smáčena je část povrchu, na které mají být vytvořeny pájené spoje, naopak část povrchu, na kterou nemá být aplikována pájka, je chráněna nepájivou maskou. [9]
Obr. 11 Znázornění principu procesu pájení vlnou
Selektivní pájení:
Selektivní pájení (obrázek 12) se používá především pro složité DPS (SMD osazeny z obou stran) a DPS s nízkou integrací vývodových součástek, v kombinaci s SMT, kde nelze nebo není ekonomicky výhodné použít pájení vlnou. Při selektivním pájení se jako při jiných způsobech pájení předehřívá DPS, tavidlo a vlastní pájka se nanáší pouze na daný spoj. Vzniká tak velmi spolehlivý spoj, který lze využít s výhodou jako náhrada ručního pájení vývodových součástek (např. konektorů). [9]
Obr. 12 Selektivní pájení pomocí pájecí trysky
12
1.3.2 Proces press fit
Proces press fit zajišťuje elektrické a mechanické spojení DPS a THT komponent (obrázek 13). Jde o pomalé (25-50 mm/min) vtláčení pružného pinu do prokovu v DPS. Typické využití je u konektoru, kde se vtláčí (vlisuje) více pinů najednou. Jedná se o bezpájivý proces.
Tloušťka DPS je doporučována mezi 1,4 až 2 mm a nejčastěji se využívá FR4. Povrchová úprava DPS je pro tento typ technologie velmi důležitá. Mezi preferované patří chemický cín a OSP (Organic Surface Protection). Povrchové úpravy HAL/HASL (Hot Air Surface Levelling) nebo chemické stříbro se nedoporučují. [12]
Obr. 13 Technologie Press fit. Vlevo - postupné vtláčení pinu do prokovu v DPS, uprostřed - pin před vtlačením do prokovu v DPS, vpravo - pin po vtlačení do prokovu v DPS.
Při press fitu se vtláčecí síla pohybuje mezi 40 až 150N. Celý proces vtláčení je řízen a monitorován speciálním softwarem. V případě nedosažení definované minimální vtláčecí síly nebo překročení maximální vtláčecí síly systém vyhlásí chybu. Tyto díly pak musí být z výrobního procesu vyřazeny, nelze provést jakoukoliv dodatečnou opravu. [8]; [13]
Základní kritické parametry pro proces press fit jsou:
rozměr prokovu DPS,
rozměr pinu,
povrchová úprava prokovů DPS a pinů,
rychlost vtláčení,
potřebná síla pro vtláčení.
13
1.4 Kontrola kvality pájeného spoje
Kvalitu pájených spojů lze ověřit destruktivní nebo nedestruktivní metodou. V praxi se nejčastěji využívají:
nedestruktivní metody - vizuální kontrola, AOI, RTG nebo CT kontrola,
destruktivní metoda - metalografický výbrus.
1.4.1 Automatická optická inspekce
Ve velkosériové výrobě se využívá 100% kontrola pomocí AOI (automatická optická inspekce). Kontrolní stanice snímají pájené spoje černobílou nebo barevnou kamerou, obraz je digitalizován a následně softwarově vyhodnocován – srovnáván s fotografiemi z databáze OK a NOK pájených spojů. Výrobky označené jako NOK pak zkontroluje operátor, aby se tím vyloučily „pseudo-chyby“ (spoj je v pořádku, ale systém jej špatně vyhodnotil).
Proč je při vyhodnocování bezolovnatých spojů více „pseudo-chyb“, než u spojů s olovnatou pájkou? Obecně řečeno, bezolovnatá pájka má rozdíl teploty likvidu vůči teplotě pevného skupenství asi 10°C. Kvůli pomalému procesu chladnutí začíná kovová kompozice tuhnout nestejnoměrně, takže tekutý a tuhý stav koexistují, což je zdroj mdlého povrchu. Na druhé straně, u rychlých period chladnutí jsou povrchy srovnatelně hladší. Ať matný nebo lesklý a hladký povrch, daleko více závisí na podmínkách teploty chladnutí. [11]; [14]
1.4.2 Metalografický výbrus
Vyšší úrovní kontroly jsou metalografické výbrusy (mikrovýbrusy). Touto kontrolou lze analyzovat chyby uvnitř pájeného spoje. Po určení místa mikrovýbrusu lze přejít k vyřezání vzorku, které se může provést pomocí lupénkové pily, elektrické pilky, frézování či jiné metody.
Vzorek se zabrousí brusným kotoučem o zrnitosti 180 „těsně“ pod sledované otvory. Broušená plocha musí svírat se stěnami vzorku úhel 90°, jelikož je zřejmé, že každý stupeň nad či pod tuto hodnotu deformuje finální měření a při velké odchylce vykazuje nereálné hodnoty. Na toto existují sofistikovaná zařízení nebo se člověk musí spolehnout na již zmiňované zkušenosti a
14
schopnost určité aproximace. Po upevnění vzorku do klipsny, která zaručuje, že vzorek bude kolmý ke dnu zalévací nádobky, se vzorek zalije v nádobce připravenou zalévací hmotou.
Nejčastěji používané jsou epoxidové a akrylátové pryskyřice. Pro rychlou odezvu do výroby se používají pryskyřice akrylátové, kde doba tvrdnutí činí 30 minut.
Po zatvrdnutí pryskyřice se lze pustit do broušení a následného leštění. Brousí se opět kotoučem o zrnitosti 180 a průběžně se měří průměr otvoru tak, aby se dostal na hodnotu o 5–10 mm menší, než je jeho skutečná hodnota, jelikož se ještě bude brousit dalšími kotouči. To vyžaduje opět jistou praxi, aby nedošlo například k přebroušení středu otvoru. Poté se pokračuje s kotouči o zrnitosti 320, 600, 1200 popř. 4000. Tato fáze může a nemusí být dostatečná pro vyhodnocení požadovaných parametrů. Například pro sledování napojení vnitřních vrstev lze doporučit ještě finální leštění pomocí diamantové pasty. Pro leštění se používá většinou sedmi a jedno-mikronová pasta. Před samotnou inspekcí se může ještě povrch sledované struktury aktivovat pomocí leptacího činidla, které zvýrazní jednotlivé vrstvy mědi a její strukturu. [15]
1.4.3 RTG kontrola
Pokud je potřeba provést kontrolu uvnitř pájeného spoje a přitom výrobek nezničit, využívá se k tomu RTG (rentgenová) kontrola nebo CT (počítačová tomografie) kontrola. CT kontrola je časově mnohem náročnější a využívá se u speciálních analýz kdy je potřeba získat 3D obraz. V praxi je RTG kontrola mnohem rozšířenější.
V zásadně je dvojí základní rozdělení rentgenů vycházející z mechanické konstrukce zkoušeného dílu a požadovaného zvětšení. V případě, že se bude jednat o plošné díly, desky, malé elektronické komponenty se doporučuje použití systému s naklápěním převaděče, detektoru s transmisní lampou. Zde je díl položený na základní zkušební desce, bez naklápění (obrázek 14). Tím je umožněno přiblížit extrémně lampu ke zkoušenému dílu. Naklápění se uskutečňuje využitím širokého svazku transmisní lampy a naklopením převaděče (polovodičového detektoru). Typickými představiteli jsou systémy Tiger , Cougar SMT (YXLON – Feinfocus).
To je vhodné pro kontrolu pájeného spoje konektoru, cívky, senzorů, atd. [16]
15
Obr. 14 RTG kontrola. Vlevo - naklápění převaděče, vpravo - naklápění základní zkušební desky
RTG kontroly mohou být prováděny on-line nebo off-line. On-line se využívají v plně automatickém režimu, nevýhodou je velký poměr „pseudo-chyb“. Kontroly off-line řízené kontrolorem mají výhodu v možnosti nastavení úhlů pozorování tak, aby bylo přesně vidět kontrolované místo. Kontrolor sleduje živý náhled obrazu s možností vytvořit snímek a uložit jej v paměti počítače pro pozdější zpracování formou zprávy.
1.5 Standardy IPC
IPC je zkratkou organizace The Institute of Printed Circuit (Institut pro tištěné spoje), která vznikla z iniciativy šesti výrobců desek plošných spojů v USA v roce 1957. V té době byla výroba DPS v začátcích, nebyly s ní velké zkušenosti ani neexistovaly žádné doporučené postupy – byla to zkrátka doba hledání optimálních řešení. Jako cíl si tato nová organizace vytkla propagovat výhody použití DPS oproti ručně drátovaným řešením, zavést základní standardy pro výrobu a použití DPS, přinést statistické marketingové údaje a umožnit výměnu informací mezi jednotlivými firmami v oboru.
Již během prvního roku existence vydala organizace IPC svoji první publikaci nazvanou
„How to Design and Specify Printed Circuits“ (Jak navrhnout a specifikovat DPS), která se setkala s velkým ohlasem. Byl to první krok k vydávání návodů, směrnic a standardů zaměřených na vše kolem DPS. První IPC standard pod názvem IPC-D-300 (Dimensions and Tolerances for Single and Double Sided PWBs) byl vydán v roce 1960, tedy ještě v době, kdy se např. Zenith, známý americký výrobce televizorů, chlubil právě tím, že jeho výrobky nepoužívají DPS.
16
IPC začala postupně spolupracovat s různými organizacemi pro standardy, jako jsou ANSI a IEC, otevřela členství i pro ostatní zájemce, nejdříve v USA a potom i v zahraničí. Propagace DPS, technická osvěta a snaha o standardizaci v návrhu, výrobě a montáži DPS učinila IPC institucí s globální působností, která je rovnocenným partnerem oficiálním státním úřadům. V roce 1977, po 20 letech úspěšné činnosti, změnila IPC své jméno na Institute for Interconnecting and Packaging Electronic Circuits, které bylo v roce 1998 modifikováno do jeho současné podoby: IPC s podtitulem „Association Connecting Electronics Industries”. Dnes má IPC přes 2700 členů z 53 zemí, kteří zastupují jak firmy aktivní ve výrobě DPS, tak i různé organizace, univerzity i jednotlivce. Sídlo IPC se nachází v americkém Chicagu. IPC standardy a školení Organizace IPC je známá především svými standardy. Během své více než padesátileté činnosti vytvořila směrnice snad na vše, co se desek plošných spojů týká. Od jejich návrhu, přes výrobu, použité materiály, osazování, pájení, čištění, testování, opravy, kabeláž atd. I když převážná většina standardů je zaměřena technicky, některé předpisy a doporučení se týkají i všeobecných záležitostí s návazností na DPS. [17]
Obr. 15 Vazby mezi IPC standardy
17
Schéma vazeb mezi IPC standardy (obrázek 15) začíná od návrhu desky (dole) a pokračuje až ke konečnému výrobku (nahoře). Na tyto základní standardy navazuje celá řada dalších směrnic, které je rozvádějí podrobněji. Jako příklad detailnějšího dělení standardů podle zaměření jsou na obrázku 16. Jde o standardy pro osazování a navazující operace. [17]
Obr. 16 Detailnější dělení IPC standardů
Standardy vznikají ve specializovaných výborech, které jsou řízeny pracovníky IPC. Účast v těchto výborech však není omezena pouze na členy IPC, přispět k práci na daná témata mohou i odborníci, kteří nejsou v organizaci registrováni. Přestože organizace IPC není státní institucí a tudíž používání jejích standardů není pro nikoho povinné, jsou tyto standardy všeobecně respektovány. Používají je firmy po celém světě, protože jsou zpracovány vysoce odborně a jejich relevantnost je osvědčená v praxi. Cílem standardů je zajištění výroby DPS s určitými technickými a kvalitativními parametry s možností záruky. [17]
18
1.6 Standard IPC A-610-E-2010
Tento IPC standard je velmi významný při vyhodnocování shodných produktů po procesu pájení. Jednotlivé kapitoly popisují možné vady a jejich vyhodnocení z hlediska zařazení produktu do jednotlivých tříd.
Třída 1 – Elektronické produkty pro obecné použití (spotřební elektronika)
Třída 2 – Elektronické produkty pro specializované použití (prodloužená životnost) Třída 3 – Elektronické produkty pro kritické aplikace (zdravotnictví, letectví)
Produkty v automobilovém průmyslu jsou standardně řazeny do třídy 2 nebo 3. Závisí to na funkci, kterou elektronický produkt plní a zda existují specifické požadavky zákazníka v oblasti pájení. [18]
1.7 Vybrané nástroje kvality
Co to je kvalita? Norma ČSN ISO 9000:2006 definuje kvalitu jako stupeň splnění požadavků souborem inherentních znaků. Znak je pak rozlišující vlastnost, může být inherentní (existující v něčem, zejména jako trvalý znak) nebo přiřazený (např. cena výrobku, vlastník produktu – není znakem kvality produktu, procesu nebo systému). [19]
1.7.1 Vícenáklady
Cílem každé výrobní organizace je snižování vícenákladů. Vícenáklady se dělí na výdaje na interní vady, výdaje na externí vady, promrhané příležitosti, škody na prostředí, výdaje na hodnocení, výdaje na prevenci.
Výdaje na interní vady mají charakter naprosto zbytečně vynakládaných prostředků. Hrubé členění těchto výdajů předpokládá, že může jít o:
výdaje na vady vzniklé při výrobě a poskytování služby,
vady vztahující se ke kvalitě dodávek,
výdaje vztahující se k vadám návrhu a vývoje,
19
další vývoje na interní vady.
Účinně se dají tyto výdaje snížit robustností produktů a dobře zvládnutou fází APQP. [20]
1.7.2 Paretova analýza
Italský ekonom a statistik Vilfredo Pareto se na počátku dvacátého století zabýval otázkou rozložení majetku ve společnosti. Dospěl k závěru, že zhruba 80% veškerého majetku v tehdejší italské společnosti vlastní 20% vlastníků. Podobný poměr se v přírodě i v lidské společnosti prosazuje v těch případech, kdy na výsledek má vliv velká řada nejrůznějších příčin – od drobností až po ty velké a zásadní. [21]
Paretův diagram je často využívaný nástroj pro oddělení podstatných faktorů od těch méně podstatných. Paretův princip definuje, že většina následků problémů souvisejících s kvalitou (80 – 95%) je způsobena pouze malým počtem příčin (5-20%). Tento malý počet příčin se nazývá
„životně důležitá menšinou“. V další analýze je potřeba se na tuto menšinu zaměřit. Ostatní příčiny (80-95%) se nazývají „užitečnou většinou“.
Paretovu analýzu lze úspěšně využít jak při vyhledávání a definování nejpodstatnějších problémů (následků), tak při stanovení „životně důležité menšiny“ příčin, které způsobují předem definovaný, již předem odhalený problém. V tomto případě se Paretova analýza nejčastěji provádí po sestavení diagramu příčin a následků vybraným týmem odborníků. [22]
1.7.3 Brainstorming
Brainstorming by se dal volně přeložit jako bouření mozku. Je nejvyužívanější technikou pro hledání nápadů. Jde o metodu, v rámci které každý ze členů týmu vyslovuje nahlas a co nejrychleji své nápady, ostatní se jimi inspirují a přicházejí s dalšími náměty. Ty se zapisují a dále rozpracovávají. Podmínkou je správně složený tým, protože jedním z předpokladů jeho úspěšnosti je dobré psychické naladění všech účastníků.
Výhody využití:
nalezení velkého množství nápadů,
originalita nápadů,
20
kompletní zmapování problému v relativně krátkém čase,
rozvoj tvořivosti účastníků.
Nevýhody:
omezený počet účastníků (min. 3, horní hranice se doporučuje max. 12),
nutno dodržovat daná pravidla
ne všichni jsou schopni takto pracovat. [23]
1.7.4 Ishikawův diagram
Tento velmi jednoduchý grafický nástroj patří do skupiny sedmi základních nástrojů managementu kvality. Často je označován dle svého tvaru jako diagram rybí kosti nebo také diagram příčin a následku. Nezbytným předpokladem efektivního využití je týmová práce s využitím brainstormingu.
Práce týmu začíná přesným vymezením řešeného problému (následku). Definovaný následek je zaznamenán na pravou stranu dostatečně velké pracovní plochy a zakreslí se hlavní vodorovné linie (viz obrázek 17). Tým stanoví hlavní kategorie příčin daného problému.
Nejčastěji se využívají hlavní kategorie materiál, zařízení, metody, lidé, prostředí.
Obr. 17 Ishikawův diagram
21
Hlavní kategorie se do vznikajícího diagramu zaznamenají jako hlavní větve směřující k vodorovné linii. Poté tým postupně v jednotlivých kategoriích analyzuje všechny možné příčiny daného následku na postupně rostoucí úrovni detailu. Cílem je odhalit kořenové příčiny následku. Při vyhodnocení se stanoví nejpravděpodobnější příčiny analyzovaného problému, např. pomocí metody bodového hodnocení a určí se nejdůležitější příčiny (Paretova analýza).
[24]
1.7.5 Model procesu SIPOC
SIPOC je nástroj kvality, který pomáhá pochopit proces a potvrdit rozsah projektu. Je to most mezi problémem a rozsahem projektu ve fázi zadávání. K popisu procesu se doplňují dodavatelé, vstupy, samotný proces, vástupy a zákazníci.
S – Suppliers – dodavatelé I – Inputs – vstupy
P – Process – analyzovaný proces O – Outputs – výstupy z procesu
C – Customers – zákazníci, očekávající výstupy z procesu
1.7.6 CTQ
CTQ (Critical to Quality) lze volně přeložit jako klíčová kritéria kvality. Jsou to měřitelné požadavky na kvalitu výrobku/procesu z pohledu zákazníka. Všechny činnosti v procesu musí respektovat standardy, které vycházejí z CTQ zákazníka. Projekty zlepšování jsou většinou zaměřené na 1-2 CTQ a tyto se stávají CTQ projektu, podle kterých se hodnotí úspěch projektu.
CTQ zajišťují, že tým řeší problém, který je důležitý pro zákazníka a ovlivňuje cíle podniku. Pokud nejsou CTQ identifikované z tohoto pohledu, může dojít k plýtvání zdroji na projektech, které nepřispějí ke zvýšení spokojenosti zákazníka a nepřidávají hodnotu projektu ani podniku. [25]
22
1.7.7 Metoda 5x proč
Metoda 5 x proč (5 Why) je jednoduchá a velmi účinná. Používá se k zjištění skutečných počátečních příčin vzniku vad na výrobku nebo defektů na zařízeních.
Pokud má být odstranění problému účinné, je nezbytné dohledat kořenovou příčinu vzniku tohoto problému. V případě, že se podaří odstranit pouze některou z ne-základních příčin, nelze počítat s kompletním vyřešením dané problematiky. I nadále pak může docházet v takových případech k opakování defektu. Proč otázku klást právě 5 krát? Vychází to z praxe. Ve většině případů pět za sebou kladených otázek „Proč?“ stačí k nalezení kořenové příčiny. [26]
23
2 CHARAKTERISTIKA PODNIKU 2.1 Historie společnosti Continental AG
Společnost „Continental-Caoutchouc- und Gutta-PerchaCompagnie“ byla založena 8. října 1871 v Hannoveru jako akciová společnost. K prvním výrobkům, které v 70. letech 19. století vyrobila, patřily tlumiče pro podkovy a celopryžové obruče pro povozy. Což vysvětluje, proč byl v roce 1882 jako obchodní značka koncernu zaveden nespoutaný kůň.
V roce 1892 se pak společnost Continental stala první firmou, která vyráběla pneumatiky pro jízdní kola. To byl začátek úspěšné historie pneumatik Continental. Společnost Continental vyvinula první velké pneumatiky vyztužené ocelovým kordem, které u užitkových vozidel nahradily do té doby běžné celopryžové pneumatiky, a v roce 1921 je uvedla do prodeje.
O tři roky později zdokonalila pneumatiky vyztužené ocelovým kordem a v podobě výrobku
„Conti-Cord“ představila nízkotlakou balonovou pneumatiku pro větší jízdní komfort a delší životnost pneumatik.
Na konci tohoto desetiletí byla společnost Continental předním výrobcem pneumatik pro užitková vozidla a její podíl na trhu činil v Německu 91 procent. Není tedy divu, že ve 30. letech vznikl reklamní slogan „Pneumatiky pro každé auto s koly“. V roce 1943 přihlásila společnost Continental jako první firma na světě k patentování bezdušovou pneumatiku.
Na základě vývoje v oblasti osobních automobilů byla v roce 1955 uvedena do prodeje první zimní pneumatika pro nákladní vozidla, a tím byl položen základ pro přední postavení společnosti Continental na trhu s pneumatikami pro nákladní vozidla. Od roku 1978 poskytuje společnost Continental svým zákazníkům také nejrůznější služby týkající se pneumatik.
V 70. a 80. letech 20. století začala společnost Continental intenzivně působit v mezinárodním měřítku. Prvním krokem tímto směrem byla akvizice Uniroyal® v roce 1979.
Součástí koncernu Continental se staly rovněž společnosti SemperitReifenGmbH (1985), General Tire® (1987) a Matador (2007). V Německu byly k 2.srpnu 2009 všechny aktivity v oblasti pneumatik, spolupracovníci a příslušné obchodní vztahy společnosti Continental AG převedeny do nové, 100% dceřiné společnosti koncernu: Continental ReifenDeutschlandGmbH.
Jako jeden z největších výrobců prémiových pneumatik pro užitková vozidla nabízí společnost Continental široký výběr vysoce výkonných produktů, které zcela odpovídají
24
potřebám jednotlivých oblastí použití pro těžká a lehká nákladní vozidla, autobusy a terénní vozidla. Společnost Continental AG vyrábí pneumatiky pro nákladní vozidla a autobusy pod značkami Continental, Uniroyal, Semperit a Barum. [27].
V roce 2007 Continental corporation kupuje veškerý podíl společnosti Siemens VDO. Tato koupě posílí firmu Continental a dostává se mezi 5 nejvýznamnějších výrobců v oblasti automobilového průmyslu. Tímto rozšiřuje své portfolio převážně o elektronickou výrobu.
V současné době patří koncern Continental s obratem vyšším než 25 miliard eur v roce 2010 k předním dodavatelům automobilového průmyslu na světě. Jako výrobce brzdových systémů, systémů a komponentů pro pohony a pojezd, přístrojové techniky, infotainmentových řešení, vozidlové elektroniky, pneumatik a technických produktů na bázi elastomerů přispívá firma k větší jízdní bezpečnosti a k ochraně klimatu. Společnost Continental (logo na obrázku 18) je navíc kompetentním partnerem v navzájem propojené automobilové komunikace.
V současné době společnost zaměstnává 154 000 spolupracovníků v 46 zemích světa. [27]
Obr. 18 Logo společnosti
Závody společnosti Continental AG v České republice mají přibližně 12 000 zaměstnanců a vyskytují se v lokalitách Frenštát pod Radhoštěm, Otrokovice, Jičín, Trutnov, Adršpach, Brandýs nad Labem, viz obrázek 19.
25
Obr. 19 Závody společnosti Continental AG v České republice
V České republice se vyrábějí palivové dopravní jednotky, palubní přístroje, ovládací panely klimatizací, rádia a navigační systémy, brzdové válce a posilovače brzd, senzory, elektronické řídicí systémy, trysky, čerpadla a pumpy, ventily, hadicové systémy, motory pro topení, pláště pneumatik pro osobní a nákladní automobily a pro autobusy, dodávky a speciální stroje, ventilace a klimatizace a další. [27]
2.2 Continental Automotive Czech Republic s.r.o.
Závod Continental Automotive Czech Republic s.r.o. ve Frenštátě p.R. (dále jen Continental Frenštát) byl založen v roce 1995 jako odnož Siemens Elektromotory s výrobou pro automobilový průmysl a „bílé zboží“ (řídící jednotky a ovládací panely myček, praček varných desek). O rok později byla otevřena výrobní hala postavena „na zelené louce“.
V roce 1999 pak byla firma v této oblasti vedena pod názvem Siemens automobilové systémy s.r.o. jako samostatný podnikatelský subjekt se stoprocentní majetkovou účastí společnosti Siemens AG Mnichov, který byl organizačně řízený Siemensem VDO Automotive AG se sídlem v Regensburgu v Německu.
Společnost prošla ještě mnoha organizačními změnami, až v roce 2012 byla lokace ve Frenštátě pod Radhoštěm přejmenována na Continental Automotive Czech Republic s. r. o.
26
Obr. 20 Continental - závod Frenštát pod Radhoštěm
Závod ve Frenštátě p. R. (obrázek 20) zaměstnává 2551 zaměstnanců. Celková rozloha společnosti je 40.100 m2. V současné době společnost vyrábí a dodává pro přední automobilky.
Na obrázku 21 je rozdělení podílů prodejů dle zákazníků.
Obr. 21 Podíl prodejů dle zákazníků
27
2.3 Struktura firmy
Závod ve Frenštátě p.R. sestává ze tří FF (Focus Factory) a dalších podpůrných odborů.
Jednotlivé FF kromě vlastní výroby v sobě obsahují i funkce plánování kvality a výroby, FF logistiky a základního servisu výrobních zařízení.
FF1 – Body&Security, Commercial Vehicles, Aftermarket: zaměřuje se na výrobu ovládacích panelů, střešních soustav, dveřních kontrolních systémů, kontrolních modulů, náhradních dílů. Příklady jsou na obrázku 22.
Obr. 22 Výrobky FF1
FF2 – Engine systems, Transmission, Fuel Supply: řídící jednotky benzínových a dieselových motorů, řídící jednotky převodových systémů, speciální řídící moduly, elektronika palubních desek. řídící jednotky palivových systémů. Příklady jsou na obrázku 23.
Obr. 23 Výrobky FF2
28
FF 3 – Sensors&Actuators, Sensorics: teplotní sensory, vysokoteplotní senzory, rychlostní sensory, tlakové sensory, čerpadla a pumpy. Příklady jsou na obrázku 24.
Obr. 24 Výrobky FF3
Podpůrné odbory:
centrální kvalita,
centrální logistika,
vývoj senzorů
správa strojů a budov (včetně údržby),
personální odbor,
informační technologie (správa HW a SW).
2.4 Strategie a vize společnosti
Vizí společnosti je být jedním z předních dodavatelů pro automobilový průmysl.
Dosáhnout tohoto cíle vedla společnost k zavedení filozofie "nulová tolerance pro zmetky".
Jediný způsob, jak dosahovat vynikajících kvalit v oboru, je neustále o kvalitu usilovat, vytvářet a aplikovat udržitelné a užitečné procedury, které udržení a zlepšování kvality zajišťují.
Strategie úsilí společnosti o kvalitu se zakládá na třech pilířích: na kvalitu výrobku, lidí a výrobního procesu. Cílem této strategie je docílit co možná nejvyšší spokojenosti zákazníka při zapojení nákladově co nejefektivnějších výrobních procesů. Toho lze docílit pouze tehdy, jestliže mají zaměstnanci neutuchající zájem o kvalitní práci a jestliže jsou odhodláni a ochotni vždy důkladně porozumět potřebám zákazníků. [27]
Stejně tak, jako kvalitu výrobků/služeb představuje první pilíř strategie, je druhým pilířem této strategie kvalita, či spíše kvalifikovanost zaměstnanců. Vysoká úroveň jejich vzdělání,
29
mnohaletá praxe a nepřetržitá motivace představují absolutně nezbytné předpoklady pro to, aby lidé výborně zvládali jak velmi komplikované aspekty podnikání, tak i složité technické problémy, které firma dennodenně řeší.
Třetím pilířem strategie jsou efektivní procesy, kterých se dociluje tím, že se jim věnuje neustálá pozornost. A je to konec konců kvalita procesů, která poskytuje zákazníkům důvěru, že našli spolehlivého partnera.
Politika kvality byla převzata z Continentalu AG a tím je platná pro všechny pracovníky.
Základním stavebním kamenem v procesu management kvality pro společnost je „Příručka kvality“, která stanovuje základní prvky, postupy, odpovědnosti útvarů za zavedení a udržování systému kvality a upravuje interní procesy, které ovlivňují kvalitu výrobku.
Požadavky na řídicí systém kvality jsou odvozeny mimo jiné i z požadavků a očekávání našich zákazníků. Sestavení „Příručky kvality“ odpovídá článkům ČSN P ISO/TS 16949:2009.
Politika kvality je rovnocennou a konzistentní součástí celkové politiky a strategie společnosti.
[27]
2.5 Certifikace závodu
V současné době je závod držitelem těchto certifikátů a ocenění:
EN ISO 9001: 2008,
ISO/TS 16949: 2009,
Q1 (od 02/1998),
EN ISO 14001:2004.
30
3 ANALÝZA PŘÍČIN CHYB ELEKTRICKÉHO SPOJENÍ DPS A THT KOMPONENT
Pro svou diplomovou práci jsem si zvolil téma „Analýza příčin chyb elektrického spojení DPS a THT komponent“ ve společnosti Continental Automotive Czech Republic s.r.o. se sídlem ve Frenštátě pod Radhoštěm (dále jen Continental).
3.1 Představení projektu Simos 12
Ze širokého portfolia výrobků jsem se zaměřil na projekt Simos 12 (obrázek 25), kde se vyskytují 2 typy tohoto spojení. Simos 12 je řídící jednotka motoru automobilů (ECU – Electronic Control Unit) pro zákazníka VW group.
Obr. 25 Řídící jednotka motoru Simos 12
Tato řídící jednotka je montována do aut s benzínovými motory o objemech 1.8l a 2.0l.
Vychází z konceptu svých předchůdců rodiny Simos pro VW group (Siemens Motor Steuerung).
Sériová výroba započala v srpnu roku 2011. Výrobní objemy jsou plánované na 137.000 ks od roku 2013. Základem pro tento výrobek je DPS (deska plošného spoje, anglicky označována PCB – Printed Circuit Board), která je osazena elektronickými komponenty, jako jsou mikroprocesory, rezistory, kondenzátory, cívky, diody, převodníky, dále pak mechanickými komponenty, jako jsou konektor, šroubky, hliníkové pouzdro, víko, těsnící hmota, DAE
31
membrána. Simos 12 splňuje požadavky na emisní limity EU6. Na základě nejnovějších požadavků v automobilovém průmyslu se jedná se o „bezolovnatý“ produkt, což přispívá k naplnění stále přísnějších požadavků na ekologii.
3.2 Postup výroby
Výroba je rozdělena do dvou hlavních částí. Tímto lze efektivněji využít výrobní kapacity.
Front-end je část začínající vypálením DMX (data matrix) na neosazené DPS a končící uložením DPS osazených SMD součástkami do FIFO zóny. Back-end je část začínající od FIFO zóny až po zabalení hotového výrobku do zákaznického balení.
3.2.1 Front-end
Prvním procesním krokem výroby Simos 12 je vypálení DMX kódu pomocí laseru na jednotlivé DPS v panelu. Panel obsahuje dvě DPS. Vypálený DMX kód je jedinečný identifikátor, který je pak dále v průběhu výroby využíván v systému traceability (zpětné dohledatelnosti) a interlockingu (blokování navazující operace, pokud předchozí neproběhla s kladným výsledkem). Velikost kódu je 5x5 mm a obsahuje 16 znaků. Zařízení sestává ze vstupní stanice, transportního dopravníku, laserové části, čtečky DMX kódů, výstupní část (obrázek 26).
Obr. 26 Laserové centrum
32
Následuje procesní krok SMT (Surface Mount Technology – technologie povrchové montáže), kde jsou osazeny na DPS SMD komponenty (Surface Mount Devices). Ten sestává z několika na sebe navazujících stanic, kde manipulace mezi nimi je zajištěna dopravníkovým pásem. Po vtažení neosazeného panelu s DPS do stanice sítotisku společnosti DEK, je nanesena přes síto vrstva pájecí pasty na pájecí plošky DPS. Proces nanášení pasty je jedním z klíčových kroků majících vliv na kvalitu pájení finálního výrobku. Správná pozice, tvar a množství nanesené pájecí pasty je kontrolována systémem 3D SPI (Solder Paste Inspection – kontrola pájecí pasty), viz obrázek 27. Jedná se o systém s barevnou řádkovou kamerou, s rychlosti snímání a vyhodnocování 90 cm2/s při rozlišení 20 µm v ploše a 3 µm ve výšce.
Obr. 27 3D kontrola pájecí pasty
Osazení SMD komponent na desku plošných spojů probíhá na 2 stanicích SMT linky (obrázek 28). Součástky jsou nabírány ze zásobníků pomocí rotačních vakuových pipet a pokládány do pájecí pasty rychlostí 27.000 součástek za hodinu na jednu stanici.
Obr. 28 SMT linka
33
Pak DPS vjíždí do pájecí pece, kde dochází k přetavení pájecí pasty a dojde k zapájení SMD komponent. Této technologii se z anglického názvu říká „Reflow“. Pec se skládá z osmi předehřívacích zón, čtyř pájecích zón a dvou chladících zón. Pro každý výrobek se nastavuje jiný teplotní profil.
AOI (automatická optická inspekce) – kontrola po Reflow peci, která pomocí kamer vyhodnocuje kvalitu zapájených spojů, polaritu součástek a další parametry.
Tímto postupem jsou osazeny komponenty nejprve z jedné strany DPS a pak po jejím otočení jsou osazeny součástky z druhé strany. Jedná se o technologii povrchové montáže (SMT).
Dále jsou panely s DPS uloženy v magazínech do FIFO gravitačního zásobníku.
3.2.2 Back-end
Finální procesy jsou nazývány v Continentalu „Back-end“. Celá buňka je uspořádána do tvaru písmene „U“. Je zde použita filozofie „Tok jednoho kusu“. Na základě požadavků zákazníka lze produkované objemy regulovat počtem operátorů v dané buňce. Tok procesu je proti směru hodinových ručiček (obrázek 29).
34
Obr. 29 Back-end linka pro Simos 12
Každý panel Simos 12 obsahuje 2 DPS. Ty jsou rozděleny na mechanické děličce. Pro tento způsob dělení jsou v DPS vyfrézovány „v“ drážky.
Konektory jsou baleny ve vratných blistrech a uloženy v přepravkách (obrázek 30). Jedná se o THT komponenty. Každý má své hnízdo, aby se snížilo riziko poškození pinů při transportu.
Obr. 30 Přepravka s konektory
35
Lisování konektoru do DPS probíhá na ručním lisu (obrázek 31). Piny jsou volné, jejich průměr je menší než průměr prokovu v DPS. Lisují se vodící plastové trny. V dalším kroku jsou DPS včetně nalisovaného konektoru vloženy do pájecí masky a probíhá selektivní pájení na zařízení SEHO. Pájení sestává z nanesení pájecího tavidla (fluxu), předehřevu, pájecí lázně a chladícího tunelu.
Obr. 31 Zalisování konektoru do DPS před pájením
Vizuální kontrola probíhá bezprostředně po pájení. Tím je zaručena rychlá zpětná vazba v případě výskytu problémů s pájením. Protože vizuální kontrolu lze provést pouze na spodní straně DPS, byla implementovaná výběrová rentgenová kontrola (RTG). Ta byla po zvýšeném výskytu vad pájení změněna na 100% kontrolu RTG.
Další osazená THT komponenta je kondenzátor. Ten se osazuje na DPS technologií press- fit, tudíž bez pájení.
Následuje tisk DMX na konektor. Informace o traceability z DPS se přenese na vnější část výrobku. Operátor zkontroluje kvalitu zalisování kondenzátoru do DPS, dále pak čitelnost a správnost DMX na konektoru a v případě pozitivního výsledku výrobek postupuje dále do ICT.
Během ICT (In Circuit Test – měření komponent v obvodu) dojde k nakontaktování měřících bodů DPS, proměření přítomnosti, správnosti a orientaci osazených komponent.
V případě chyby je DPS i s chybovým lístek předána na pracoviště oprav. Pokud jsou všechny testy vyhodnoceny s výsledkem OK, DPS postupuje k další operaci.
36
Nanesení teplovodivé pasty a těsnící hmoty pod konektor hliníkového pouzdra je provedeno automatickým dávkovacím systémem. Přítomnost a přesnost nanesení je kontrolována kamerovým systémem. Do takto připraveného pouzdra se zalisuje a přišroubuje DPS, pak se provede montáž horního víka včetně DAE membrány.
Výrobek je připraven k finálnímu testování za pokojové teploty, zvýšené a snížené teploty.
Součástí testování je i takzvaný pin-check, což je kontrola přítomnosti a správné výšky pinů konektoru na straně zapojení u zákazníka. Pokud všechny testy dopadnou pozitivně, následuje uložení do zákaznické přepravky a transport do expedičního skladu.
3.3 Interní vícenáklady
Projek Simos 12 se již po náběhu do sériové výroby potýkal s vyššími vícenáklady náklady, než bylo původně plánováno. Náklady na opravy a šrotace (NCC1) stouply v prosinci 2011 až na hodnotu 19%. U podobných výrobků jsou náklady na opravy a šrotace mnohem nižší.
Vzhledem k plánovanému výraznému navýšení výroby v roce 2013 bylo nutné pro rok 2012 stanovit opatření a realizovat je s cílem NCC1 snížení.
Ke stanovení priorit při systematickém odstraňování příčin vysokých nákladů na opravy a šrotace, byl využit paretův diagram sestrojený z prosincových dat (obrázek 32).
