Prototyping und Serienanlauf

Der Serienanlauf beginnt im Datensatz

Bevor wir zum ersten Mal fertigen, prüfen wir Ihren Datensatz gegen die Randbedingungen unserer Anlagen. Am liebsten arbeiten wir mit Leiterplattendaten in ODB++ oder IPC-2581, weil beide Formate Bohrdaten und Netzliste schon mitführen. Ebenso möglich ist Gerber X2 mit getrennten Bohrdaten. Dazu kommen, soweit das Format sie nicht selbst enthält, die Bestückdaten mit Koordinate, Drehwinkel und Bestückseite je Bauteil sowie eine Stückliste mit Herstellernamen und Herstellerteilenummern. Aus Ihrer Prüf- und Verpackungsvorgabe ergibt sich der Rest. Liegt uns der Stromlaufplan vor, arbeiten wir damit weiter, weil sich Testabdeckung und Fehlerbewertung nur aus der Schaltung heraus beurteilen lassen. Sie bekommen eine schriftliche Rückmeldung mit Fundstelle, Bewertung und Vorschlag. Wir ändern nichts still an Ihren Daten, auch nicht das Naheliegende. Geändert wird, wenn Sie freigeben.

Fertigungsgerechte Geometrien vor der Freigabe

Die Landeflächen prüfen wir gegen die Geometrien nach IPC-7351, die Leiterplattenauslegung gegen IPC-2221 mit dem Sektionalstandard IPC-2222 für starre Leiterplatten. Uns interessiert dabei weniger die formale Normabweichung als ihre Folge im Prozess. Asymmetrische Pads oder eine einseitig an eine Kupferfläche angebundene Lötstelle erzeugen ein Wärmegefälle über das Bauteil hinweg, und genau daraus entsteht bei zweipoligen Chipbauteilen das Aufstellen im Reflow. Bei bedrahteten Bauteilen an großen Kupferflächen fordern wir Wärmefallen an, sonst zieht die Fläche die Wärme aus der Lötstelle. Zwischen benachbarten Anschlussflächen brauchen wir einen tragfähigen Lotstopplacksteg, bei BGA-Gehäusen bevorzugt kupferdefinierte Anschlussflächen statt lackdefinierter. Bauteilabstände beurteilen wir nach zwei Kriterien, die im Layout leicht untergehen. Die optische Inspektion muss die Lötstelle sehen können, und die Nacharbeit muss mit dem Lötkolben oder der Heißluftdüse an das Bauteil herankommen, ohne den Nachbarn mit aufzuschmelzen.

Aus den freigegebenen Anschlussflächen leiten wir anschließend unsere eigene Schablonenauslegung nach IPC-7525 ab. Dabei prüfen wir Flächenverhältnis und Schablonendicke je Apertur, damit die Paste auch aus den kleinsten Öffnungen sauber auszieht. Zur Datenprüfung gehören außerdem die Passermarken. Wir fordern drei globale Marken je Nutzen, asymmetrisch in den Ecken angeordnet, damit eine gespiegelt eingelegte Leiterplatte als solche erkennbar bleibt. Jede Marke ist eine runde Kupferfläche von 1,0 Millimetern, ringsum lotstopplackfrei auf 2,0 Millimetern freigestellt, mindestens 5 Millimeter von der Nutzenkante entfernt und ohne ähnlich aussehende Bohrung daneben. Bei Anschlussrastern von 0,5 Millimetern und darunter sowie bei Flächenarraygehäusen wie BGA und CSP kommen lokale Marken direkt am Bauteil dazu.

Panelisierung und Trennverfahren

Der Nutzen ist für uns ein Bauteil mit eigenen Anforderungen. Er braucht einen bauteilfreien Transportrand, damit die Klammern der Linie greifen können, ohne über eine Lötstelle zu fahren, und er muss in das Format passen, das Drucker, Bestückautomat und Ofen führen. Beim Trennen entscheidet die Wahl des Verfahrens: Eine Ritznut ist schnell und günstig, verlangt aber gerade Kanten und erzeugt beim Brechen eine Biegebeanspruchung in der Leiterplatte. Keramikkondensatoren nahe der Trennkante können dabei reißen, ohne dass der Riss optisch oder im Funktionstest auffällt, weshalb wir für Bauteile entlang der Nut einen Sperrbereich einfordern und die Trennrichtung festlegen. Unregelmäßige Konturen lösen wir stattdessen über eine Fräsnut mit Haltestegen. Zur Panelisierung gehört auch die Kennzeichnung: Wenn jede Baugruppe eine eigene Seriennummer als DataMatrix-Code trägt, hängt die spätere Rückverfolgbarkeit je Baugruppe bis zur Bauteilcharge am Teil selbst statt an einer Laufkarte.

Testpunkte gehören ins Layout

Testbarkeit lässt sich nach der Fertigungsfreigabe nicht mehr nachrüsten, ohne die Leiterplatte zu ändern. Für den In-Circuit-Test im Nadelbettadapter legen wir runde, lotstopplackfreie Testflächen von 1,0 Millimetern in einem Raster von 2,54 Millimetern aus, solange das Layout diesen Platz hergibt. Wird es enger, arbeiten wir im Raster von 1,27 Millimetern mit Feinrasterstiften und Testflächen von 0,7 Millimetern. Die Grenze liegt bei 0,8 Millimetern Kontaktierabstand und 0,6 Millimetern Prüffläche, darunter braucht der Adapter Starrnadeltechnik. Liegen alle Testpunkte auf einer Seite, bleibt der Adapter einfach und damit robust. Den Freiraum um jeden Testpunkt rechnen wir gegen die Bauhöhe der Nachbarbauteile, weil der Prüfstift Platz zum Einfedern braucht.

Ein lackabgedeckter Durchkontakt taugt nicht als Testpunkt, weil die Nadel dort kein freies Metall findet. Welche Netze zugänglich sein müssen, legen wir gemeinsam fest, statt pauschal jedes Netz zu fordern. Was unter einem BGA verdeckt bleibt, erreichen wir über Boundary Scan nach IEEE 1149.1, sofern die Bauteile die Kette unterstützen, sonst über Röntgen und Funktionstest. Für die Adapterfertigung nutzen wir die Netzliste im Format IPC-D-356, das für den elektrischen Test der unbestückten Leiterplatte definiert ist und Netzzugehörigkeit und Koordinaten maschinenlesbar mitbringt. Die Bauteil- und Gehäusedaten für das Nadelbild kommen aus dem Bestückdatensatz dazu.

Erstmuster auf der Serienlinie

Ein von Hand gelötetes Muster beweist, dass die Schaltung funktioniert. Über den Serienprozess sagt es nichts. Deshalb bauen wir Erstmuster auf derselben Linie, mit der Serienschablone und mit dem Reflowprofil, das später gilt, verifiziert über eine Thermoprofilmessung an der bestückten Baugruppe. Feuchteempfindliche Bauteile behandeln wir dabei nach ihrer Klassifizierung gemäß IPC/JEDEC J-STD-020 und der Handhabungsvorgabe J-STD-033, inklusive Standzeit und Trocknung vor dem Löten. Der ESD-Schutz läuft durchgehend nach EN 61340-5-1. Parallel prüfen wir die Stückliste betriebswirtschaftlich und technisch: Lebenszyklusstatus je Position, Abkündigungsmeldungen, Lieferzeiten und mögliche Zweitquellen. Wird ein Bauteil zum Serienanlauf abgekündigt, steht der Anlauf so lange, bis eine Zweitquelle freigegeben, bei anderer Bauform das Layout geändert und erneut bemustert ist.

Der Erstmusterprüfbericht

Zur Freigabe gehört ein Erstmusterprüfbericht. Seinen Umfang legen wir vorher in der Qualitätssicherungsvereinbarung fest. Er hält fest, gegen welchen Zeichnungs- und Datenstand geprüft wurde, welche Bauteile mit Hersteller und Charge verbaut sind, welche Prüfmittel verwendet wurden und welche Ergebnisse aus optischer Inspektion, Röntgen, In-Circuit- und Funktionstest vorliegen. Abweichungen stehen mit ihrer Bewertung im Bericht. Die Annahmeklasse nach IPC-A-610 vereinbaren wir vorher, Klasse 2 oder Klasse 3, weil sie den Prüfmaßstab bestimmt. Arbeiten Sie mit einem eigenen Formularsatz, füllen wir diesen aus: in der Luftfahrt nach EN 9102, auf Wunsch auch im Satz nach VDA Band 2 aus der Produktionsprozess- und Produktfreigabe. Für Baugruppen im Geltungsbereich der ISO 13485 dient der Bericht dem Hersteller als Nachweis in seiner Übertragung der Entwicklung in die Fertigung nach Abschnitt 7.3.8. Die Entwicklungsverantwortung dafür bleibt bei ihm.

Anlauf in Stufen und geregelte Änderungen

Nach der Erstmusterfreigabe steigern wir schrittweise: zuerst ein Pilotlos, dann die volle Losgröße. In dieser Phase fahren wir das AOI-Programm gegen echte Baugruppen ein, legen Grenzmuster für die Sichtprüfung fest und schreiben die Prozessschritte in einem Produktionslenkungsplan fest, dessen Risikobetrachtung aus der Prozess-FMEA stammt. Jeder Rüstvorgang beginnt danach mit einer Erststückprüfung, bevor die Serie läuft. Änderungen behandeln wir als eigenen, dokumentierten Vorgang: Antrag, technische Bewertung, Auswirkung auf Schablone, Bestückprogramm, Reflowprofil und Prüfprogramme, Festlegung des Wirksamkeitstermins und Entscheidung über Restbestände und bereits gelieferte Baugruppen. Der Revisionsstand wandert in die Rückverfolgbarkeit, damit später erkennbar bleibt, welche Baugruppe nach welchem Stand gefertigt wurde. Bei Medizinprodukten kommt die Anzeigepflicht nach ISO 13485 Abschnitt 7.4 dazu: Wir melden Produkt- und Prozessänderungen an den Hersteller, bevor sie wirksam werden, und validieren betroffene Prozesse nach Abschnitt 7.5.6 erneut. Diesen Ablauf fahren wir für alle Kunden gleich.

Was eine späte Änderung berührt

Vor der Freigabe ist eine geänderte Anschlussfläche ein Vorgang im Datensatz: prüfen, bewerten, freigeben. Nach der Freigabe berührt dieselbe Änderung eine Kette von Betriebsmitteln. Es braucht einen neuen Leiterplattensatz, eine neue Schablone und geänderte Bestückdaten, dazu den Umbau am Nadelbettadapter und ein angepasstes Prüfprogramm. Ändert sich mit der Anschlussfläche auch die Bestückung oder die thermische Anbindung, kommt eine erneute Thermoprofilmessung hinzu, im Geltungsbereich der ISO 13485 zusätzlich die Änderungsbewertung des Herstellers und eine erneute Bemusterung. Jeder dieser Posten hat einen eigenen Termin. Deshalb liegt unsere Datenprüfung vor dem ersten Schablonendruck und nicht nach dem ersten Los.