Beschaffung von Leiterplatten aus Fernost bei

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Beschaffung von Leiterplatten aus Fernost bei
Beschaffung von Leiterplatten aus Fernost bei
Mindermengenbedarf
Jubiläumskonferenz
APL Oberflächentechnik GmbH
2014-09
Lutz Bruderreck
TechnoLab GmbH
Am Borsigturm 46, 13507 Berlin
www.technolab.de
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Tel.: 030-4303 3162
Fax: 030-4303 3169
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TechnoLab
Qualifying and testing solutions
TechnoLab GmbH
Am Borsigturm 46
13507 Berlin
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FAX: ++49-30-43033169
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Gründung 1996
•Buy out aus DeTeWe - Deutsche Telephonwerke Berlin
•Start mit 6 Mitarbeitern
•Kundenstamm aus dem früheren Arbeitsumfeld der DeTeWe
•Gesellschaftsform: GmbH
•Stammkapital: 35T€
Stand Anfang 2014
•22 Mitarbeiter
•Kundenstamm weltweit
•Gesellschaftsform: GmbH
•Stammkapital: 70T€
•Jahresumsatz 1,93 Mio € 2013
Geschäftsfeld:
Dienstleistungen und Produkte für die elektronikproduzierende Industrie
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TechnoLab
Umweltsimulation
Produkte
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Analytik
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TechnoLab - Geschäftsbereich Analytik
Gutachten
Lebensdauerberechnungen
Schadenssimulation
(MTTF-MTBF)
Zuverlässigkeitsuntersuchungen
Arbeitsgebiete
Schadensanalytik
Konformitätsbewertungen
kundenspezifische Untersuchungen
Beratung /
Schulung
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Betrachtungsobjekt
Die Beschaffung betrifft den Schaltungsträger Leiterplatte.
Die Tauglichkeit der Leiterplatte zeigt sich aber erst nach dem Handling im kompletten
Elektronikgerät.
Das betrifft Einflüsse aus:
1.Lagerung
2.Bestückung
3.Lötprozessen
4.Coating
Selektives Coating
Vollständiges Coating
Fixierung von einzelnen Bauelementen
Selektiver Verguss
Vollständiger Verguss (Potting Compound)
5.Montage
6.Repair und Rework
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Schaltungsfunktion
Der Schaltungsträger (rigid, flex, rigid-flex) liefert die Verdrahtungsstruktur aus leitenden
und isolierenden Bereichen.
Aufgaben:
1.Elektrische Leitung
2.Mechanische Fixierung der Bauelemente und der Schaltung im Verbund
3.Wärmeableitung und Wärmeverteilung
Die Montage der Bauelemente erfolgt bisher überwiegend auf der Oberfläche oder in
entsprechenden Aufnahmen (in der Regel Bohrungen).
Montagevarianten:
1.Löten
2.Kleben, Bonden, Schweissen, Klemmen, Pressen
Ziel ist eine über die Nutzungsdauer sichere Verbindung !!!
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Betrachtungsobjekt
Bauelement
Baugruppe
Schaltungsträger
Leiterplatte
Lötverbindun
g
Lotwerkstoff
Lötprozess
Flussmittel
Eingabegeräte, Stecker, Verdrahtung
Prozessrückstände
Gerät
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1
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6
2
3
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Leiterplatten aus Fernost
Als Leiterplattenlieferanten werden hautsächlich aktiv:
1 China (PRC- Peoples Republic of China, auch kurz Festlandchina)
2 China (ROC- Republic of China, Taiwan)
3 Malaysia
4 Thailand
5 Indien
6 Korea (Südkorea)
7 Vietnam
8 Indonesien
Japan fehlt in dieser Betrachtung, da japanische Leiterplattenhersteller für europäische
Einkäufer mehr über ihre Landestöchter von Interesse sind
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Indonesien
Dominierend sind Joint Ventures mit japanischen PCB-Herstellern: CMK,
Kyosha, Elna, Maruwa, Hokuriku Denko, Sumitomo Metal Electro Device, Hitachi
Chemical (zusammen mit Kyosha),
Flex-finishing (Maruwa Manufacturing) Warenwert PCB 2013: >150Mio$
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Vietnam
Stark verbreitet sind Joint Ventures mit
chinesischen und japanischen PCB-Herstellern
(die 3 größten Hersteller sind Ableger
japanischer Werke)
Vietnam umwirbt speziell taiwanesische PCBHersteller mit geringeren Umweltauflagen.
FPC Flexible Printing Circuit Board Hai Phong
Printed Circuit Board Assembly Brand Name:
Unigen
THANH LONG PCB PRODUCTION JOINT
STOCK COMPANYBac Ninh, Vietnam
PCB ELECTRONICS CO., LTD.Bac Ninh,
Vietnam
Warenwert PCB 2013: >240 Mio$
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Indien
Extrem dynamischer Markt, alle
Geschäftsmodelle am Markt vertreten. Weit
verbreitet sind Kombinationen aus PCBHerstellung und Assembling innerhalb einer
Firma.
Insgesamt über 2000 Hersteller,
große Anbieter:
Vasantha, Legend Corporation, Vin Solutions
Warenwert PCB 2013: >600 Mio $
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Thailand
Weit verbreitet sind Joint Ventures mit
japanischen Firmen: Fujikura (PCTT), Mektec of
Japan (Flex) und
US amerikanischen-Firmen: Innovex.
Grösster Hersteller Starr-PCB: KCE
(Repräsentanz in Deutschlang: Enzmann) und
CMK (Japan)
Bei Starr-PCB Produktpalette stark ausgerichtet
auf automotive-Elektronik.
Thailand wird für speziell von Japanischen
Firmen für Investitionen gegenüber Indien
bevorzugt.
Warenwert PCB 2013: >900Mio$
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Malaysia
Weit verbreitet sind Joint Ventures mit
japanischen Firmen: Elna, Maruwa, Hokuriku
Denko, CMK and Sumitomo Metal Electro
Device und
US amerikanischen-Firmen: Sanmina SCI
Flex-PCB: MFS and Q-DOS
Daneben viele kleinere Firmen mit meist
breitbandigem Sortiment, z.B.
Circuit Line Sdn Bhd, Penang,
Sdn Bhd, FD Industri (M) Sdn Bhd Selangor
Warenwert PCB 2013: >480 Mio$
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Korea - Südkorea
Jahrelanges kontinuierliches Wachstum,
problematisch ist die Sandwichposition
zwischen japanischer Technologie und
chinesischen Preisen.
Zusammen etwa 20 grosse Hersteller.
Größte Hersteller: Samsung Electro-Mechanics
(1,187 Mrd$), Young Poong Group (755 Mrd$),
Daeduck Group (651 Mrd$), LG Electronics
(579 Mrd$),
Korea Circuit, daneben kleinere Anbieter für
Flex: Interflex (Tochter von Korea Circuit),
Young Poong, SI Flex
Starke Ausrichtung aus den Inlandsmarkt
(Unterhaltungselektronik, Mobiltelephone).
Ausnahme: ISU/Petasys als Zulieferer für Cisco
Systems
Warenwert PCB 2013: >4Mrd$
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China – Taiwan - ROC
Wachstum großer PCB-Hersteller
fast nur noch extern.
Grosse Hersteller:
Nan Ya, CMI, Unimicron, Unitech
Alle Technologievarianten
verfügbar.
Warenwert PCB 2013: >2 Mrd$
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China - PRC
Hierzulande wird speziell bei
Leiterplatten aber häufig der
Begriff Fernost auf China
PRC eingeengt.
Innerhalb China PRC
bestehen gravierende
Unterschiede zwischen
Hong Kong und den
angrenzenden
Sonderwirtschaftszonen,
dem südchinesischen
Küstenstreifen (Provinzen
Guangdong und Fujijan)
sowie dem Hinterland.
Das betrifft auch neue
Standorte für die Ansiedlung
von expandierenden
Leiterplattenherstellern.
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China – PRC Zentren der PCB-Herstellung ausserhalb
Hong Kong / Shenzen
Province/State:
Guangdong
Zhejiang
Jiangsu
Shanghai
Liaoning
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Kosteneinsparung durch Beschaffungsmarkt China
1)Preis einer Leiterplatte beim Hersteller nicht gleichzusetzen mit den Kosten
in der Wertschöpfungskette einer Elektronik
2)Betrachtung der Gesamtkosten erforderlich
3)Folgerung: Billigstes Angebot ist nicht automatisch das kostengünstigste
4)Das erfordert die Abwägung: Sind die Leiterplatten nur in der Beschaffung
billig oder wirklich in der Wertschöpfungskette kostengünstig
5)Preisdruck liegt auf beiden Seiten vor
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Leiterplatten aus China sind billig ???
Preisbestimmende Faktoren
1)Herstellkosten ( Material, Maschine, Mensch)
2)Regionaltypische preistreibende Faktoren (Stromerzeugung Notstromaggregate, Wasseraufbereitung, Klimatisierung von Fertigung und
Lagerhaltung, Transportwege)
3)Arbeitskräftepotential (qualifiziert und angelernt)
4)Auslastung der Anlagen - Flexibilität des Arbeitsrechts
5)Arbeitsschutz
6)Rechtliche Rahmenbedingungen
7)Umweltauflagen höher geworden
8)Flexibilität und Aufgeschlossenheit der öffentlichen Hand bei der Unterstützung
der Unternehmen – aber auch: Einfluss auf Standortwahl
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Leiterplatten aus China sind billig ???
Entwicklung der Arbeitslöhne
(Quelle: Chinesisches
Statistikamt)
Richtwerte PCB-Fertigung
derzeit (Monat):
Operator 150..200 US$
Engineer 400.. 6000 US$
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Die Zusammenarbeit zwischen europäischen und
chinesischen Partnern
„Tor und Fenster müssen zueinander passen“
chinesisches Sprichwort
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Erwartungshaltungen
1)
aus der Sicht des Leiterplattenkunden:
Der Leiterplattenhersteller weiß, was in meinem Bedarfsfall die beste
technische Lösung ist und berücksichtigt das bei der technischen Umsetzung.
2)aus der Sicht des Leiterplattenherstellers:
Der Leiterplattenkunde weiß, was er benötigt, kennt die Komplexität des
Produkts und mit welchen Toleranzen sich das gewünschte Produkt technisch
realisieren lässt.
3)
Die technischen Regelwerke regeln alle Details und Eventualitäten.
Ist das realistisch?
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Wie interessant ist man als KMU-Kunde für den
Leiterplattenhersteller
1)Abhängigkeit von der Betriebsgröße unterscheiden sich die Anforderungen an
den Mindestumsatz (Quadratmeter pro Lieferlos)
2)Ein Hersteller mit 3000 Mitarbeitern ist an den hierzulande üblichen
Einkaufvolumina idR. weniger interessiert als ein Hersteller mit bspw. 1000
Mitarbeitern.
3)I.A. sind deutsche Auftraggeber bei vielen chinesischen Herstellern berüchtigt
wegen hoher Ansprüche, aber beliebt wegen der Zuverlässigkeit und der
höheren Gewinne.
4)Kleinere Aufträge mit hohem Preisdruck eher oft Lückenfüller
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Wie interessant ist man als KMU-Kunde für den
Leiterplattenhersteller
Kosteneinsparung bei qualitativ hochwertiger Ware erfordert
Mindestabnahmemenge.
Die Mindestabnahmemenge betrifft meist eine Fläche der prozessierten
Leiterplatte.
Optionen:
1)Hoher Durchsatz mit regelmäßigem Bezug
2)Pool-Bildung
3)Beschaffung großer Einzelposten mit Lagerhaltung
Zustand zum Zeitpunkt der Einlagerung:
Fertig prozessiert mit Final Finish
Teilfertig prozessiert ohne Final Finish
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Lagerhaltung
Eine Leiterplatte weist im Rohzustand vor der Prozessierung zur Baugruppe
keine unbegrenzte Lagerbarkeit auf.
Eine Begrenzung der Lagerbarkeit ergibt sich aus der Degradation der
Leiterplatte.
Das betrifft:
1) Oberfläche und oberflächennahe Bereiche
2 innere Struktur
Faktoren
1)Materialkombinationen
2)Zustand der PCB nach Verlassen der Fertigung
3)Innere Spannungen
4)Vernetzungsgrad der Polymere
5)Restmengen an Lösemitteln
6)Lagerbedingungen
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Effekte des Schaltungsträgers Leiterplatte
Oberfläche
offensichtlich
innere Struktur
verdeckt
offensichtlich
langfristige
Wirkung
verdeckt
langfristige
Wirkung
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Arten von Verunreinigungen auf der Leiterplatte
1) Punktuelle Beläge auf der Oberfläche
2) Flächenhafte Beläge auf der Oberfläche
3) Punktuelle Rückstände in der Struktur des Schaltungsträgers
(Prozessrückstände)
4) Rückstände des Flussmittels (HAL)
5) Partikel
Entscheidende Bedeutung hat die Auswahl und Prozessierung des Lötresist.
Lötresist und Prozesschemie müssen aufeinander angepasst sein.
Das betrifft insbesondere die Prozesschemie des Final Finish.
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Lötresist
Entscheidende Bedeutung hat die Auswahl und Prozessierung des Lötresist.
Lötresist und Prozesschemie müssen aufeinander angepasst sein.
Das betrifft insbesondere
1) die Freigabe für das vorgesehene Final Finish (chemische und thermische
Belastungen).
2) Vorkehrungen beim Design und im Layout der Schaltung (Freistellungen und
Layoutgrundsätze)
3) Prozessierung gleichmässige Zusammensetzung, Homogenisierung,
Schichtstärke, Blasen und Einschlüsse
4) Haftfestigkeit über dem Untergrund
Grundsätze:
Eine Loch ist nach dem Aushärten des Lötresist entweder definiert offen oder
definiert geschlossen.
Der Lötresist muss in Dicke und Fläche konsistente Eigenschaften aufweisen.
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Lötresist
Blasen
Gleichmäßigkeit der
Schichtdicke
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Lötresist
Teilverschlossene Löcher
Befund der optischen
Inspektion und
metallographischen
Präparation
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Lötresist
©TechnoLab
©TechnoLab
Befund metallographische
Präparation:
Schichtdicke des Lötresist
über den Kanten,
Füllstoffe,
Haftung der Schichten,
Fehlstellen
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Lötresist
Befund REM
Oberfläche des
Basismaterial und
Resistkante
Kupfer
Basismaterial
Resistkante
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Folgen von Verunreinigungen
1) Ionische Kontamination
Senkung des Isolationswiderstands, Hygroskopische Wirkung
Reduzierung Lötbarkeit, Bondbarkeit
2) Organische Kontamination
Reduzierung Lötbarkeit, Bondbarkeit
Gefährdung der Kontaktgabe
Reduzierung der Haftfestigkeit von Coating, Kleber und Potting Compound
Nahrungsgrundlage !!!
3) Partikel
Mechanische Fremdkörper im Kontaktbereich
Behinderung Druckprozess Lotpaste, Behinderung Bestückprozess
Elektrische Leitung
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Effekte der Oberfläche
Befund OI :
Korrosionsmerkmale
nach Lagerung feuchte
Wärme
Mögliche Ursachen:
-Prozessrückstände der
Leiterplatte
-Transportschaden
-Lagerbedingungen
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Effekte der Oberfläche
Befund metallographische
Präparation:
teilverschlossene Bohrung
Bildung von Spalten und
Separationen
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Degradation der inneren Struktur
1) Degradation der dielektrischen Schichten
Dekomposition
Delamination, Haloing, Crazing, Measling
Resin Recession
2) Chemische und physikalische Degradation
Korrosion, auch forcierte Oxidation, Hydrolysierung
3) Degradation der Anbindung zwischen Metall und dielektrischen Schichten
Harz gegen Kupfer, Harz gegen Metalloxide
4) Dekomposition der Metallschichten
innerhalb des Kupfers
zwischen Kupfer und Finishes
5) Risse in den Finishes mit Freilegung des Kupfers
speziell chemisch Nickel
6) Risse im Kupfer der durchmetallisierten Bohrungen
Barrelcrack, Cornercrack
7) Risse in der Anbindung zu den Innenlagen
Inner Layer Separation, Layer Crack
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Leiterplatte – innere Struktur
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Befund metallographische
Präparation:
-Polarisationskontrast zur
Betonung von Kanten und
Übergängen
Glasfaser
Harz
Kupfer
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Effekte der inneren Struktur - Leiterstrukturen
©TechnoLab
Befund metallographische
Präparation:
-Risse im Barrel
-im Umfeld der Risse
Korrosionsangriff gegen
das Kupfer
-Defekte der NiP-Schicht
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Effekte der inneren Struktur
Corrosion Attack
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Befund metallographische
Präparation:
-Korrosionsangriff gegen
das Kupfer
-Defekte der NiP-Schicht
-Barrel mit
Querschnittsschwächung
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Effekte der inneren Struktur
Barrel Cracks
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Befund metallographische
Präparation:
-Risse im Barrel
-im Umfeld der Risse
Korrosionsangriff gegen
das Kupfer
-Defekte der NiP-Schicht
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Effekte der inneren Struktur
Befund metallographische
Präparation:
-Unterbrechungen im Barrel
-im Umfeld der
Unterbrechungen
Schwachstellen in der
Struktur des Kupfer
Riss im Lötresist
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Effekte der inneren Struktur
Resin Recession
©TechnoLab
Befund metallographische
Präparation:
-Resin Recession
-Struktur des Kupfers ohne
Defekte
-Mögliche Ursachen
Thermische Überlastung
Eigenschaften des Harzes
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Effekte der inneren Struktur
Befund metallog. Präparation:
-Copper Pull Back
-Struktur des Barrel ohne
Defekte
-Mögliche Ursachen
Thermische Überlastung
-Haftung des Kupfers auf der
Wandung
-thermomechanische Spannungen
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Copper Pull Back
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Effekte der inneren Struktur
©TechnoLab
Delamination
©TechnoLab
Befund metallog. Präparation:
-Delamination zwischen Kupfer
und Harz
-Mögliche Ursachen
Thermische Überlastung
-Prozessierung der Leiterplatte
-thermomechanische Spannungen
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Effekte der inneren Struktur
Pattern Lifting
©TechnoLab
Befund metallog. Präparation:
-pattern Lifting
-Struktur des Barrel ohne
Defekte
-Mögliche Ursachen
Thermische Überlastung
-Haftung des Basiskupfers
-thermomechanische
Spannungen
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Effekte der inneren Struktur
Wicking / CAF
©TechnoLab
©TechnoLab
Befund metallog. Präparation:
-lose Glasfasern
-Spuren von eingedrungenem
-Kupferelektrolyt
-Mögliche Ursachen
Thermische Überlastung
-Prozessierung der Leiterplatte
-Eigenschaften des
Basismaterials
- Anwendungsbedingungen
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Effekte der inneren Struktur
Wicking / CAF
©TechnoLab
Befund metallographische
Präparation:
-Polarisationskontrast zur
Betonung von Kanten und
Übergängen,
lose Faserbündel
©TechnoLab
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Regelwerke
Standardwerke für die Umweltsimulation für allgemeine Anwendungen
IEC / EN / DIN 60068 Umweltprüfungen
IEC / DIN EN 61188
Leiterplatten und Flachbaugruppen - Konstruktion und Anwendung
Gesichtspunkte zur Ebenheit von elektronischen Baugruppen bis Layoutvorgaben
IEC / DIN EN 61189
Prüfverfahren für Elektromaterialien, Leiterplatten und andere Verbindungsstrukturen
und Baugruppen Teil 1: Allgemeine Prüfverfahren und -methodik
Teil 2: Prüfverfahren für Materialien für Verbindungsstrukturen
Teil 3: Prüfverfahren für Verbindungsstrukturen (Leiterplatten)
Teil 5: Prüfverfahren für bestückte Leiterplatten
Teil 6: Prüfverfahren für Materialien, die bei der Herstellung elektronischer Baugruppen
eingesetzt werden
IPC-9701 Performance Test PCA
DI
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Regelwerke
DIN EN 61249
Materialien für Leiterplatten und andere Verbindungsstrukturen
Kaschierte und unkaschierte verstärkte Basismaterialien
IPC-SM-840D_2007-04
Qualification and Performance Specification of Permanent Solder Mask
IPC-4761_2006-07
Design Guide for Protection of Printed Board Via Structures
IPC-TM-650 Test Method Manual
Haftfestigkeit bis CAF
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Quellen
1)
2)
3)
4)
5)
Kartenmaterial: google earth, wordmapfinder
Zitierte Standards:
IEC: International Electrotechnical Commission –
Internationale Elektrotechnische Kommission
ISO: International Organization for Standardization) –
Internationale Organisation für Normung
Zitierte Regelwerke:
IPC: Institute for Interconnecting and Packaging Electronic Circuits
PERFAG: Print ERFArings Gruppe
Statistische Daten: Dr. Hayao Nakahara - N.T. Information, Huntington, NY
Übersicht Bewertung PTH: Mommers Print Service
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Fazit (1)
1)
2)
3)
4)
5)
6)
Leiterplatten aus Fernost sind nicht prinzipiell schlechter als aus europäischen
Fertigungsstandorten.
Fehlertypen sind bei beiden Bezugsquellen grundsätzlich übereinstimmend
Es besteht daneben aber das Risiko von größeren Schwankungen der
Eigenschaften im Vergleich zwischen Lieferlosen (Datecodes) und auch innerhalb
eines Lieferloses auf
Stichwort Chinese New Year, Monsunzeit
Die Schwankungsbreite zwischen verschiedenen Herstellern und deren
Fertigungsstandorten kann enorm sein.
Auch große namhafte Hersteller vergeben Kleinaufträge an Subcontractoren.
Auch große Hersteller haben in Detailfragen nicht immer ausreichende technische
Kompetenz.
Ein Problembewusstsein für die Brisanz von technologischen Forderungen kann
nicht als selbstverständlich vorausgesetzt werden.
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55
Fazit (2)
7)
8)
9)
10)
11)
12)
13)
14)
15)
16)
17)
Die Identitätsprüfung ist extrem wichtig (Frachtpapiere, Verpackung, sonstige
Warenbegleitpapiere, Kennzeichnungen auf der Leiterplatte, verwendete ULNummern).
Regel: hoher Einspareffekt = hohes Risiko
Die internationalen Standards sind brauchbare Arbeitsmittel zur Festlegung der
gewünschten Eigenschaften.
Die Regelwerke sind lückenhaft
Die Kenntnis der internationalen Normung darf nicht als selbstverständlich
vorausgesetzt werden.
Regelwerke von MIL und IPC haben einem weiten Bekanntheitsgrad und sind im
Allgemeinen akzeptiert.
Die bestehenden Regelwerke können die eigene konkrete Aufgabenstellung nur
bedingt wiedergeben.
Darauf sollten eigene Liefervorschriften kreativ aufsetzen.
Bestehende Liefervorschriften sollten regelmäßig auf ihre Sinnfälligkeit hin überprüft
werden.
Testcoupons sind für serienbegleitende Untersuchungen hilfreich.
Rückstellmuster sind im Falle von Regressforderungen hilfreich.
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Zusammenfassung
1. Die Ausführung einer Baugruppe hängt ab von den technischen Erfordernissen.
2. Zum Funktionieren ist das Zusammenspiel von Schaltungsträger,
Lötverbindungen und Bauteilen erforderlich
3. Die technischen Regelwerke geben hierzu Hilfestellungen und Vorgaben.
4. Die Analytik kann einen Betrag leisten zur Auswahl und zur Dimensionierung
der Komponenten.
5. Die Analytik leistet einen Beitrag zur Interpretation der Ergebnisse von
Umweltsimulationen und Lebensdauertests.
6. Die Analytik ist ein unverzichtbares Hilfsmittel bei der Aufklärung von
Schadensfällen.
7. Die beste Aussage wird erzielt bei Kombination mehrerer Bewertungsansätze.
8. Die Schaffung belastbarer Beweismittel erfordert die Validität der einzelnen
Methoden und die Validität der gesamten Beweiskette.
Generell gilt der oberste Grundsatz:
AABUS – As Agreed Between User and Supplier !!!
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Vielen Dank für Ihre freundliche
Aufmerksamkeit !
Lutz Bruderreck
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