Die Herstellung von DRAM-Speichermodulen ist ein komplexer, mehrstufiger Prozess, der qualifiziertes Personal, spezialisierte technische Einrichtungen sowie spezielle Software und Prüfverfahren erfordert. Der gesamte Herstellungsprozess kann in zwei Hauptprozesse unterteilt werden: Montage und Prüfung sowie Nebenprozesse wie Materiallogistik und andere. Beide Hauptprozesse müssen im Voraus konzipiert und geplant werden, um sicherzustellen, dass die Umsetzung reibungslos verläuft und das Produkt den Qualitätserwartungen entspricht.
Herstellungsprozess von RAM-Computerspeichern der Marke Goodram
I. Montageprozess
Die SMT-Montage erfolgt auf einer der modernsten Montagelinien in Europa. Dabei kommen Maschinen von Panasonic zum Einsatz, die für höchste Montagequalität bei sehr hoher Produktivität stehen.
Bevor die Produktion beginnt, muss neben der Bestellung der elektronischen Bauteile auch eine Schablone für den Schablonendrucker bestellt werden. Aufgrund der geforderten hohen Präzision des Lötpastendrucks werden die Schablonen aus rostfreiem Stahlblech mit einer auf das Produkt abgestimmten Dicke hergestellt und per Laser zugeschnitten. In einigen Fällen wird das Elektropolieren zusätzlich durchgeführt, um zusätzliche Eigenschaften während des Lötpastendrucks zu erzielen.
Die auf diese Weise vorbereiteten Lötschablonen werden an das von der Firma verwendete Standardsystem VectorGuard angepasst. Für jede Siebschablone müssen die technischen Daten vorbereitet werden, wie z. B. die Berechnung der durch die Siebschablone aufgetragenen Lötpastenmenge, die Definition der Form des Pastenkörpers nach dem Druck, die mögliche Verwendung einer Aperturverkleinerung oder des sogenannten „Overprint“.
- Die erste Stufe der Montage ist das Aufdrucken der Lötpaste mit einem Schablonendrucker (Siebdrucker) Panasonic SPG. Seine Aufgabe ist es, die Lötpaste durch eine speziell für das Produkt vorbereitete Schablone präzise auf die Leiterplatte aufzutragen. Die Präzision des Aufdrucks bestimmt, ob das Endprodukt aus der SMT-Linie korrekt hergestellt wird und keine Defekte wie Kurzschlüsse zwischen den Anschlüssen der Bauteile aufweist.
- Die mit der Paste bestrichene Leiterplatte wird automatisch zur SPI-Maschine (englisch: „Solder paste inspection”) PARMI SIGMA-X transportiert, wo sie in einem automatischen Inspektionsverfahren mit Präzisionslasern geprüft wird. Die Inspektion dauert nur wenige Sekunden und die Maschine prüft die Präzision und Korrektheit des Auftragens der Lötpaste auf die Leiterplatte, die nach der Überprüfung zur Montage der passiven Komponenten weitergeleitet wird.
- Passive Komponenten werden in den NPM-D2-Maschinen von Panasonic montiert, die für die Montage elektronischer SMD-Komponenten – sowohl passiver als auch aktiver – zuständig sind. Die NPM-D2-Maschinen bieten eine sehr hohe Effizienz und verfügen über hochmoderne Methoden zur Prüfung von SMD-Bauteilen vor der Montage auf der Leiterplatte. Bei der Montage von passiven Bauteilen werden Parameter wie Länge, Breite und Höhe des Bauteils und bei Bauteilen mit fuß- oder kugelförmigen Anschlüssen auch die Anzahl der Anschlüsse, ihre Größe, eventuelle Maßabweichungen usw. geprüft. Zur Überprüfung dieser Parameter werden 2D- und 3D-Kameras eingesetzt, die die Kontrolle innerhalb eines Sekundenbruchteils für alle vom Montagekopf getragenen Bauteile durchführen.
- Die Maschinen NPM-D2 von Panasonic verfügen über ein modernes modulares Design, das es ermöglicht, die Effizienz durch Hinzufügen weiterer Module zur Produktionslinie zu steigern.
- Eine spezielle Software von Panasonic DGS ist für die Produktionslinie bestimmt, in der Programme entsprechend der Stückliste (BOM) erstellt, Komponentenparameter definiert und Informationen über die Effizienz und Qualität des Prozesses gesammelt werden.
- Nachdem das gesamte Paket zusammengebaut ist, kommt es in die Sichtprüfungsstation, wo ein geschulter Bediener die Korrektheit der Oberflächenmontage überprüft.
- Die nächste Phase ist das Löten in einem Reflow-Ofen. Der Reflow-Ofen ist so konzipiert, dass er das Paket auf Löttemperatur aufheizt und dann auf Umgebungstemperatur abkühlt. Damit Lötstellen die richtigen Eigenschaften haben und frei von Fehlern sind, ist eine genaue Temperaturkurve (Profil) erforderlich, und diese Parameter müssen streng überwacht werden. Das Heizprofil ergibt sich aus dem Vergleich der vom Pastenlieferanten empfohlenen Prozessparameter mit den Parametern, die sich aus den Eigenschaften des Paketes (Art der verwendeten SMD-Bauteile) und dem erforderlichen Arbeitszyklus ergeben. Dieses vorläufige Profil wird dann mit elektronischen Komponenten und einem speziellen Kontroll- und Messgerät – ECD SuperM.O.L.E Gold 2 – geprüft. Bei den verschiedenen Elektronikpaketen erfordert das Einrichten des richtigen Profils viel Wissen und Erfahrung seitens des Arbeitnehmers. Die Lötqualität wird unter einem Mikroskop und in einer Röntgenprüfmaschine überprüft.
- Der nächste Produktionsschritt ist die Prüfung mit einer AOI-Maschine (englisch: „Automated Optical Inspection”). Die Paneele werden einer automatischen Kontrolle mit einem Laser durch die hocheffizienten AOI PARMI Xceed-Maschinen unterzogen. Die Maschine prüft die Korrektheit der Lötung und die Qualität der Schweißnähte, sowie die Höhe der Platzierung von passiven Bauteilen wird überprüft, mechanische Beschädigungen der Lötstoppmaske für Leiterplatten werden verifiziert.
- Für ein Produkt, das unter Verwendung von BGA-Systemen (Ball Grid Array) hergestellt wird, ist eine zusätzliche Kontrolle im Prozess vorgesehen, um die Korrektheit der Verbindungen zu überprüfen. BGA-Chips haben Leitungen unter dem Chip, die nach dem Lötprozess für das bloße Auge unsichtbar sind, sodass ein Röntgengerät erforderlich ist. Das bei WESA eingesetzte Gerät erzeugt die Strahlung mit Hilfe eines geeigneten elektrisch betriebenen Gerätes, wodurch eine volle Kontrolle über die Dauer und Leistung der Strahlung gewährleistet ist. Anhand der erhaltenen Bilder kann das geschulte Personal feststellen, wo in der SMT-Linie Probleme aufgetreten sind und wie diese vermieden werden können.
II. Testmethodik für DRAM-Module
- Die erste Stufe der Prüfung der DRAM-Module nach dem SMT-Bestückungsprozess ist der OPEN/SHORT-Test, bei dem die Korrektheit der Bestückung überprüft und die Konfiguration auf die Module geladen wird. Der Test wird mit speziellen Prüfgeräten durchgeführt, die von CST, einem der wenigen Hersteller dieser Art von Geräten in der Welt, hergestellt werden. Diese fortschrittlichen Geräte ermöglichen es, in kritischen Situationen elektrische Messungen an Speichermodulen vorzunehmen und Fehler aus dem Prozess zu eliminieren.
- DRAM-Speichermodule, die die erste Qualifizierungsstufe erfolgreich durchlaufen haben, werden einem weiteren Test unterzogen, dem sogenannten Anwendungstest, bei dem das firmeneigene Testprogramm von Wilk Elektronik eingesetzt wird. Wie ein typisches Betriebssystem verwaltet das Prüfprogramm den Speicher und die Tasks, innerhalb derer der Lese-/Schreibvorgang und die Überprüfung der Stammdaten stattfindet. Diese sind so aufgebaut, dass sie die intensive Arbeit von Modulen im Computer simulieren, wie z. B. Video- oder Audioverarbeitung oder Multithread-Anwendungen. Wenn das Programm eine Abweichung von den Stammdaten feststellt, wird ein Fehler gemeldet. Dank speziell bei Wilk Elektronik entwickelter Algorithmen ermöglicht das Programm die Lokalisierung eines defekten Speicherchips. Es ist zu betonen, dass die Konstruktion der Testalgorithmen aktualisiert werden muss, um eine maximale Diagnoseleistung für jeden neuen Speicherchip zu gewährleisten, der in den Produktionsprozess eingeführt wird. Ebenso erfordert die Erweiterung der Prüfstände um neue PC-Hauptplatinenmodelle eine Aktualisierung des Prüfprogramms, um neue Algorithmen zur Anzeige der Fehlerstelle hinzuzufügen. Diese Algorithmen werden nach einer einzigartigen, bei Wilk Elektronik entwickelten Methode erstellt. Softwareänderungen und -updates werden von der Laborabteilung von Wilk Elektronik entwickelt und umgesetzt.
- Der Betrieb des Prüfprogramms wird über das LAN gesteuert. Das Programm lädt die Testeinstellungen vom Server herunter und vergleicht sie mit dem zu testenden Speichermodul. Weicht z. B. die Geschwindigkeit oder die Speicherkapazität von den Vorgaben der Prüfstandskonfiguration ab, wird ein Fehler gemeldet. Dies ist eine zusätzliche Prüfung, um die Korrektheit der hochgeladenen Konfiguration zu bestätigen. In dieser Stufe speichert das Programm in den Serverprotokollen das Ergebnis des Tests, wenn es einen Schaden anzeigt, und speichert auch die Liste der Tests, die den Schaden festgestellt haben. Auf diese Weise werden Statistiken erstellt, die eine Verbesserung der Testverfahren und der Qualität der von Wilk Elektronik produzierten Speicher ermöglichen. Der Prozess der Qualitätsverbesserung umfasst Verfahren, nach denen die Reklamationsstatistiken vierteljährlich analysiert und der Katalog der Testverfahren aktualisiert wird. So wird ein Deming-Zyklus in den Prozess implementiert, der Planung, Durchführung, Kontrolle und Korrektur von Testverfahren umfasst.
- Die Produktidentifikation wird durch eine eindeutige Prüfnummer, die vom Prüfprogramm im EEPROM-Speicher gespeichert wird, und die Seriennummer auf dem Etikett sichergestellt. Dadurch ist es möglich, das Speichermodul mit Informationen über den Prüfprozess und den Produktionsauftrag sowie mit der Stückliste und den Lieferanten zu verknüpfen. Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, die Rückverfolgbarkeit von Produkten zu gewährleisten, die von einer Vielzahl von Vertragspartnern benötigt werden.
- Die letzte Stufe der von Wilk Elektronik angewandten Testmethodik ist die Auswertung der Ergebnisse des Prüfprozesses. Dies geschieht in der Abteilung Qualitätskontrolle, die darüber entscheidet, ob das Produkt für den Verkauf freigegeben wird. Hilfreich ist dabei ein Katalog von Testverfahren, in dem Abfallschwellen, sogenannte „Re-Test-Schwellen“, definiert sind, bei deren Überschreitung das Testverfahren wiederholt wird. Dieses Verfahren steht im Zusammenhang mit der sogenannten „Badewannenkurve“, nach der Schäden, die in der ersten Zeit der Nutzung auftreten, durch Tests in der Anwendung stimuliert werden können. Der Definition der Kurve folgend, zeigt der abnehmende Abfall in aufeinanderfolgenden, wiederholten Testzyklen an, dass das Produkt die Lebensdauer erreicht hat, in dem Schäden nur noch durch unsachgemäßen Gebrauch oder zufällige Beschädigungen auftreten sollten.
- Die Diagnosefähigkeiten der Speicher auf den Prüfständen werden durch ihre Validierung in einer Klimakammer ergänzt. Die Validierung in der Kammer ermöglicht es, den korrekten Entwurf und die Konstruktion des Speichers, die Auswahl der Komponenten und den Montageprozess zu bestätigen und die Fähigkeit, innerhalb der spezifizierten Parameter zu arbeiten, zu belegen. Die Validierung in der Klimakammer erfolgt nach Kundenspezifikation oder nach der weltweiten Norm aus der IEC60068-Familie. Die Validierung in einer Wärmekammer kann bei Temperaturen von -70 ºC bis 180 ºC und einer Luftfeuchtigkeit von bis zu 95 % bei 95 ºC durchgeführt werden. Darüber hinaus wurden für das Verfahren von Wilk Elektronik Methoden zur Abdichtung der Klimakammer, d. h. zum Schutz vor eindringender Feuchtigkeit, entwickelt. Der Validierungsprozess ist an die aktuellen Bedürfnisse der Kunden angepasst, d. h. er erfordert Verfahren zur Vorbereitung der Ausrüstung und des Prozessablaufs. Das Gleiche gilt für die Software, mit der der korrekte Betrieb unter klimatischen Bedingungen überprüft wird. Die bei Wilk Elektronik angewandten Verfahren ermöglichen die Verwendung von Geräten, die vom Kunden geliefert werden.
III. Arbeitsumgebung
- Um angemessene Gesundheits- und Sicherheitsbedingungen, einen ordnungsgemäßen Betrieb der Maschinen und ein qualitativ hochwertiges Produkt zu gewährleisten, müssen im Produktionsprozess geeignete Bedingungen eingehalten werden, unter anderem:
- Geeignete Kleidung für Arbeitnehmer des Typs:
- ESD-Schuhe
- ESD-Schürze
- ESD-Handschuhe
- ESD-Armbänder
- Klimatisierung der Halle zur Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur – Temperatur und Luftfeuchtigkeit werden ständig gemessen
- Lokale Klimatisierung – Einsatz einer speziellen Panasonic-Klimaanlage für den Panasonic SPG-Schablonendrucker zur Aufrechterhaltung konstanter Arbeitsbedingungen im Inneren der Maschine
- Gewährleistung maximaler Sauberkeit – Reduzierung der Schmutz- und Staubentfernung
- Instandhaltung von Maschinen und Anlagen in einwandfreiem Zustand und Sauberkeit – die TPM-Methodik wurde angewandt, um sicherzustellen, dass vorbeugende Maßnahmen durchgeführt wurden.
- ESD-Schutz mit ausgewiesenen EPA-Zonen
- ESD-Boden
- ESD-Kleidung
- Erdung von Ständen
- Spezielle Matten oder Platten für Stände
- Eliminierung von Entladungsquellen aus der EPA-Zone
- ESD-Schutzmessungen, die von den Arbeitnehmern vor Arbeitsbeginn durchgeführt werden
- Reinigung von Ständen mit spezieller ESD-Reinigungsflüssigkeit
