Rework und Obsoleszenz

Wie aus dem Einzelfall ein Verfahren wurde

In den Zweitausendern kamen die ersten Baugruppen, die wir in den Achtzigern von Hand bestückt hatten, in die Jahre: Bauteile wurden abgekündigt, während die Serien weiterliefen. Was zuerst der wiederkehrende Einzelfall war, hängt heute an jeder Stückliste: Lebenszyklusstatus je Position, freigegebene Zweitquelle, gerechnete Lagerreichweite, dokumentierte Bauteil-Ersatzfreigabe. Ein Betrieb, der seit 1974 an einem Standort fertigt, führt Baugruppenstände im Archiv, deren Bauteile es seit zwei Jahrzehnten nicht mehr am Markt gibt. Nacharbeit und Obsoleszenz gehören dabei aus demselben Grund zusammen: Beides sind Eingriffe an einer Baugruppe, die längst freigegeben ist und deren Änderung Ihre Zustimmung braucht.

Nacharbeit, Reparatur und Modifikation sind drei verschiedene Dinge

Die Normen trennen diese drei Fälle. Nacharbeit stellt eine Baugruppe mit den ursprünglichen oder gleichwertigen Verfahren wieder vollständig auf die geltende Zeichnung und Spezifikation. Reparatur stellt die Funktion wieder her, ohne diese vollständige Übereinstimmung zuzusichern. Modifikation verändert die Funktion gegenüber der freigegebenen Ausführung. Reparatur und Modifikation sind nicht automatisch zulässig: IPC J-STD-001 verlangt, dass die Reparaturmethode zwischen Fertiger und Auftraggeber vereinbart wird, und IPC-7711 sowie IPC-7721 lassen Modifikationen nur zu, wenn sie ausdrücklich freigegeben und in einer gelenkten Unterlage beschrieben sind. IPC-A-610 hilft an dieser Stelle nicht weiter: Die Norm bewertet das Ergebnis und nimmt Reparatur und Modifikation ausdrücklich aus ihrem Geltungsbereich aus. Deshalb fragen wir vor jeder Maßnahme, die über echte Nacharbeit hinausgeht, schriftlich bei Ihnen an, statt eine Baugruppe stillschweigend funktionsfähig zu machen.

Die Verfahren selbst arbeiten wir nach IPC-7711 und IPC-7721 ab: IPC-7711 beschreibt das Entfernen und Ersetzen von SMD- und THT-Bauteilen, IPC-7721 die Reparatur von Leiterzügen, Anschlussflächen und Laminat sowie Modifikationen. Beide Standards stufen jede einzelne Prozedur nach dem nötigen Qualifikationsniveau ein, von Intermediate über Advanced bis Expert; Entfernen und Setzen eines BGA sind dort als Advanced geführt und werden bei uns nur von entsprechend geschultem und zertifiziertem Personal ausgeführt. Gearbeitet wird an ESD-geschützten Plätzen nach DIN EN 61340-5-1, denn eine bestückte Baugruppe ist beim offenen Handling nicht weniger empfindlich als das einzelne Bauteil. Ist eine Baugruppe lackiert, wird der Schutzlack nach den vorgesehenen Verfahren lokal entfernt und nach der Nacharbeit im ursprünglichen Lacksystem wieder aufgebaut. Jede Nacharbeit wird an der Baugruppe dokumentiert und geht in dieselbe Rückverfolgbarkeit ein wie der Erstdurchlauf.

BGA-Austausch auf der Rework-Station

Beim Ball-Grid-Array liegen die Lötstellen verdeckt unter dem Gehäuse: Die Wärme muss durch Bauteil und Leiterplatte hindurch, und die Nachbarpositionen bekommen sie mit. Wir fahren den Austausch deshalb auf einer Rework-Station mit Unterheizung, geregelter Heißluftdüse und Split-Vision-Optik. Für jede Baugruppe wird zuerst ein Rework-Profil mit Thermoelementen direkt am Bauteil und an einer thermisch kritischen Nachbarstelle vermessen, bevor das erste Bauteil ausgelötet wird. Die Unterheizung bringt die gesamte Leiterplatte auf ein moderates Niveau, damit die Düse den Wärmeeintrag lokal nicht überziehen muss: Ohne sie steigt das Risiko von Delamination und Verzug erheblich.

Nach dem Auslöten wird die Anschlussfläche vom Restlot befreit, mit Entlötlitze am temperaturgeregelten Lötkolben oder mit Vakuumabsaugung, ohne Lötstopplack und Pads zu beschädigen, anschließend gereinigt. Flussmittel oder eine dünne Lotpastenlage bringen wir über eine Miniaturschablone auf. Die Platzierung erfolgt über die Split-Vision-Optik, die Bauteilkugeln und Anschlussflächen gleichzeitig abbildet und übereinanderlegt. Nach dem Reflow prüfen wir jede getauschte Position im Röntgen: Kugelform, Versatz und Brücken gegen die Abnahmekriterien der vereinbarten Klasse nach IPC-A-610, den Lunkeranteil ermittelt nach der Methodik von IPC-7095.

Auch diese Prüfung hat eine Grenze, und wir benennen sie. Ein Head-in-Pillow-Fehler, bei dem Kugel und Pastendepot sich berühren, aber nicht verschmelzen, ist in der reinen Senkrechtdurchstrahlung kaum sicher zu erkennen, und der elektrische Test fängt ihn nicht auf, weil eine solche Verbindung zunächst leitet und erst im Feld unter Temperaturwechsel und Vibration ausfällt. Die Schrägdurchstrahlung verbessert die Beurteilbarkeit, eindeutig wird der Befund erst in der Computertomographie oder am Schliffbild. Gegen diesen Fehler arbeiten wir deshalb im Prozess und nicht in der Prüfung: vermessenes Rework-Profil, ausreichend aktives Flussmittel, Unterheizung gegen den Verzug von Gehäuse und Leiterplatte. Den Funktionstest der Baugruppe fahren wir nach jedem BGA-Austausch trotzdem, er deckt andere Fehlerbilder ab als das Röntgen.

Zwei Randbedingungen nehmen wir vor jedem Eingriff ernst. Erstens die Feuchte: Feuchteempfindliche Bauteile und die Baugruppe selbst werden vor dem Erwärmen nach J-STD-033 getrocknet, sonst verdampft eingelagertes Wasser im Reflow und sprengt das Gehäuse von innen auf. Zweitens die Zahl der Temperaturzyklen: Die Feuchteklassifizierung nach J-STD-020 wird üblicherweise gegen drei Reflow-Durchläufe geprüft. Das ist eine Qualifikationsbedingung des Bauteils und kein normatives Budget für die Baugruppe; IPC-7711 begrenzt die Zahl der Nacharbeiten an einer Baugruppe ausdrücklich nicht. Wir führen die Wärmehistorie deshalb je Position mit: Ein Bauteil aus dem ersten Lötgang einer doppelseitigen Baugruppe hat zwei Durchläufe hinter sich, eines aus dem zweiten Gang einen, und ein Rework zählt doppelt, weil Auslöten und Einlöten zwei getrennte Exkursionen über die Liquidustemperatur sind. Ab welcher Zahl wir eine Position nicht mehr ohne Rücksprache anfassen, legen wir mit Ihnen fest, statt es stillschweigend zu fahren.

Grenzen, die wir benennen

Unterhalb der Bauform 0201 im Zollcode, also 0,6 mal 0,3 Millimeter Kantenlänge, tauschen wir kein Einzelbauteil mehr in bestückter Umgebung: Der Wärmeeintrag lässt sich in dieser Größe nicht mehr sauber von den Nachbarpositionen trennen. Mehrfacher Austausch an derselben Anschlussfläche ist begrenzt, weil die Kupferhaftung auf dem Laminat mit jedem Zyklus nachlässt. Reballing abgekündigter BGA-Gehäuse führen wir nicht selbst aus. Und wo eine Baugruppe in bleihaltiger Technik gefertigt wurde, das Ersatzbauteil aber nur noch mit bleifreien Kugeln verfügbar ist, sprechen wir über die Mischlot-Problematik, bevor wir löten: Ein solches Mischgefüge ist ohne angepasstes Profil nicht so zuverlässig wie die ursprüngliche Verbindung.

Abkündigungen erkennen, bevor die Linie steht

Bauteilhersteller kündigen Änderungen und Abkündigungen förmlich an: Produkt- und Prozessänderungen über eine Change Notification nach J-STD-046, das Auslaufen eines Bauteils über eine Discontinuance Notification nach J-STD-048. Dieser Standard sieht Mindestfristen vor, in der Regel sechs Monate bis zur letzten Bestellmöglichkeit und zwölf Monate bis zur letzten Lieferung. Diese Fristen sind kurz, wenn eine Baugruppe noch fünfzehn Jahre lieferbar bleiben soll. Wir pflegen deshalb je Stückliste den Lebenszyklusstatus jeder Position, von aktiv über Not Recommended for New Designs bis abgekündigt, und melden uns bei Ihnen, sobald eine Position kippt. Der Rahmen dafür ist das Obsoleszenzmanagement nach IEC 62402, das zwischen reaktivem und proaktivem Vorgehen unterscheidet und die frühzeitige Planung über den Lebenszyklus als strategisches Obsoleszenzmanagement einordnet. Wir arbeiten proaktiv, weil eine geplante Bevorratung und ein rechtzeitig bemustertes Ersatzteil weniger kosten als eine Eilbeschaffung am freien Markt oder ein Redesign unter Termindruck.

Last-Time-Buy und Lagerung

Ist ein Bauteil abgekündigt und kein gleichwertiger Ersatz in Sicht, ist die Bevorratung der direkteste Weg. Wir rechnen die benötigte Menge aus Ihrer Bedarfsvorschau, der Restlaufzeit der Baugruppe, dem erwarteten Ersatzteilbedarf und einem Zuschlag für Nacharbeit und Ausschuss. Diese Rechnung ist eine Abwägung und keine Sicherheit: Zu wenig bedeutet ein Redesign unter Zeitdruck, zu viel bedeutet gebundenes Kapital und am Ende Verschrottung. Wir legen die Annahmen hinter der Menge deshalb offen, statt eine Zahl ohne ihre Herkunft zu nennen. Eigentum, Bewertung, Lagerdauer und Abrufregeln halten wir vorher schriftlich fest.

Gelagert wird nach Bauteilklasse. Feuchteempfindliche Bauteile gehen aus der versiegelten Verpackung direkt in den Trockenschrank: Erst bei höchstens fünf Prozent relativer Feuchte gilt die Lagerung nach J-STD-033 als gleichwertig zur versiegelten Verpackung, die Bodenzeit läuft dann nicht an; feuchtere Schränke verlängern sie nur. Bei einem Bestand, der Jahre liegt, entscheidet das darüber, ob ein Bauteil beim Abruf lötbar ist oder erst einen Trocknungslauf braucht. Für Transport- und Lagerbedingungen von SMD gilt uns IEC 61760-2 als Referenz. Vor dem Anlauf einer Serie aus Langzeitbestand prüfen wir die Lötbarkeit an einer Stichprobe nach J-STD-002, denn Zinnoberflächen altern, auch ungeöffnet. Chargen bleiben getrennt und in der Rückverfolgbarkeit sichtbar, damit später jede Baugruppe ihrer Bauteilcharge zuzuordnen bleibt.

Ersatzbauteil, fremde Quellen und Redesign

Reicht der Vorrat nicht, suchen wir zuerst ein form-, maß- und funktionsgleiches Ersatzteil und legen Ihnen einen Datenblattvergleich vor: Gehäuse und Footprint, elektrische Grenzwerte, Temperaturbereich, Timing, thermisches Verhalten. Danach folgt eine Bemusterung an echten Baugruppen, nicht nur eine Papierfreigabe. Die Freigabe selbst trifft Ihre Entwicklung, nicht wir. Bei Medizinprodukten hängt an einem Bauteiltausch zusätzlich die Änderungsbewertung des rechtlichen Herstellers samt Risikobewertung, und dieser Weg braucht Vorlauf.

Am freien Markt kaufen wir nur nach Absprache und mit erweitertem Prüfumfang im Wareneingang: Sichtprüfung des Gehäuses, Abgleich von Marking und Datecode gegen das Herstellerdatenblatt, Röntgenaufnahme der Gehäuseinnenstruktur, Lötbarkeitsprüfung nach J-STD-002. Eine vollständige Fälschungsanalyse mit Entkapselung und Elementanalyse leisten wir nicht selbst, dafür beauftragen wir ein spezialisiertes Prüflabor. Autorisierte Aftermarket-Hersteller, die abgekündigte Bauteile in Lizenz weiterfertigen, sind uns lieber als jeder Broker.

Bleibt am Ende nur die Änderung der Baugruppe, begleiten wir das Redesign aus Fertigungssicht: welche Baugruppenbereiche betroffen sind, ob eine Layoutkorrektur im bestehenden Lagenaufbau reicht oder eine neue Leiterplatte nötig wird, welche Prüfmittel und Adapter mitgeführt werden müssen und was an Requalifikation ansteht. Fertigungsdaten, Bestückprogramme, Schablonen, Reflowprofile und Prüfvorschriften liegen bei uns je Baugruppenstand versioniert vor, auch für Stände, die seit Jahren nicht gefertigt wurden. Genau daraus entsteht Versorgungsfähigkeit über einen langen Produktlebenszyklus: nicht aus einem Versprechen, sondern aus einem Archiv, das jemand pflegt.