Reliability Management

Transkript

1 Reliability Management ELECTRONICS ASSEMBLY PROTECTION BY CONFORMAL COATING NOVEMBER 2019 side 4-5

2 Nyt fra sekretariatet Vi er i dag godt 60 medlemsvirksomheder i SPM. Vores medlemmer udgør kernen af dansk industri, der har fokus på at udvikle og producere robuste og pålidelige kvalitetsprodukter. Hos langt de fleste peger udviklingen imod mere og mere komplekse produkter og deraf et behov for tværgående discipliner og samarbejde. Det er her, at SPM har sin fornemmeste opgave ved at bringe fagfolk sammen om pålidelighed på tværs af virksomheder. Derfor har du måske en kollega i din egen virksomhed, som kunne få gavn af at deltage i en af SPM s erfagrupper? Når I allerede er virksomhedsmedlem, er det en begrænset indsats at deltage med flere kollegaer. Erfaringen viser også, at udbyttet af SPM-medlemskabet stiger for både medarbejdere og virksomhed i takt med, at flere kollegaer gør brug af fællesskabet. EFTERÅRETS KONFERENCE Igen i år er SPM medarrangør på en af årets vigtigste begivenheder inden for vores felt. Konferencen Reliability strategy and tools, der afholdes den 13. november 2019, bringer eksperttalere fra ind- og udland sammen omkring den seneste viden inden for pålidelig produktudvikling. Det er stadig muligt at melde sig til - se programmet på bagsiden af magasinet. Konferencen er en god lejlighed til at møde andre SPM-medlemmer, få inspiration og ny viden eller selv dele ud af sin egen erfaring. Viden er noget, vi deler i SPM! FORSLAG TIL BESTYRELSEN Sidder du inde med et fagligt emne, som du mener, at SPM bør beskæftige sig mere med, har du flere muligheder. Du kan foreslå det til en af de aktive erfa-grupper ved at kontakte tovholderen eller sekretariatet, eller du kan foreslå helt nye erfa-grupper eller temaer for kommende MasterClasses til bestyrelsen. Skriv til SPM-sekretariatet med dine idéer, så vil bestyrelsen drøfte dem i forhold til SPM s virke. GENERALFORSAMLING I JANUAR Sidste år traf bestyrelsen beslutning om, at generalforsamlingen i SPM fremover flyttes til januar måned. Datoen ligger allerede nu fast til den 30. januar 2020 i Odense. Mød gerne op, da dagen udover det formelle program også indeholder nyheder fra SPM og giver mulighed for at møde medlemmer på tværs af erfa-grupperne. Vi glæder os til at se jer til erfa-møder, konference og generalforsamling. Susanne Otto og Thomas Bech Hansen ÆNDRING AF MEDLEMSKREDSEN 57 betalende + 6 associerede. UDMELDELSE EDR & Medeso, Motor Competence Center Holding Flensburg GmbH INDMELDELSE Resolvent Denmark, 3Shape A/S De 5 nyeste SPM-rapporter SPM-182: PRODUCT MISSION PROFILING PRACTICAL EXAMPLES OF MISSION PROFILES AND DERIVED TESTS This report is a guide to mission profile process tool from which product requirements accelerated life testing and other relevant tests can be derived as well as serve as input to the development process. Further, the process is demonstrated by practical cases. Susanne Otto og Kim A. Schmidt, DELTA, august SPM-181: PRACTICALLY APPLICABLE RELIABILITY TOOLS A GUIDE WITH PRACTICAL CASES This report is a guide to reliability tools related to different phases of a product s life from the development phase to the field operation phase. It has the form of a handbook enabling the reader to get an overview of reliability tools in a few pages. A number of practical cases of tool application are described. Susanne Otto, Kim A. Schmidt og Jørn Johansen, DELTA, juni SPM-180: RELIABLE PRODUCTS SPECIFICATION AND VALIDATION OF CRITICAL PRODUCT PARTS This report provides guidance on specifying and validating critical product parts emphasizing reliability requirements and aspects. It is intended for situations, where the product part is bought off-the-shelf or where its development is outsourced. Leif Christiansen, Kim A. Schmidt og Henrik Funding Ravn, DELTA, april SPM-179: ACCELERATION FACTORS AND ACCELERATED LIFE TESTING - A GUIDE BASED ON PRACTICAL EXPERIENCES This report describes the basic concepts of acceleration factors, acceleration models and accelerated life testing, as they apply to electromechanical products. A number of practical examples and recommendations are given as well. Anders Bonde Kentved, DELTA, februar SPM-178: GUIDELINE FOR HÅNDTERING AF MSL OG PSL - HÅNDTERING I HENHOLD TIL IPC-JSTD-001, -020, -033 OG -075 Rapporten beskriver vha. flowdiagrammer typiske spørgsmål i forbindelse med komponenthåndtering for udvikler, distributør, indkøb, lager, produktion og service. Hytek, februar Rapport ECR-205 fra 1987, Apparatdesign til Vibrations- og chokkrav, fås digitalt og er tilgængelig for SPM s medlemmer. HUSK VORES ADGANG TIL cedm S HJEMMESIDE Medlemsafsnittet på cedm s hjemmeside er tilgængeligt for alle SPM-medlemmer: 1. Gå ind på spm-erfa.dk og login på SPM s medlemsafsnit. 2. Vælg links og klik på cedm s logo, som fører til et auto-login. 3. Ignorer beskeder om one-time login og opfordringer til at ændre password. Alle SPM-medlemmer har adgang via samme link og auto-login. 2

3 Portræt af SPM ERFA 11 SPM ERFA 11: Planlægning og udvikling af produktionstest Af Alex Vestergaard, FOSS Analytical A/S I erfa-gruppe 11 drøftes emner, der omhandler planlægning og udvikling af produktionstest for elektronikprodukter. IKKE ALT ER LÆREBOGSSTOF! Det er erfa-gruppe 11 s mål at sprede viden og erfaring om dette emne blandt SPM-medlemmernes testingeniører og teknikere ud fra den erkendelse, at mange af de discipliner, der skal beherskes for at kunne indgå i et projektteam som testudvikler, ikke altid er lærebogsstof. I forbindelse med elektronikproduktion gennemføres elektrisk test på mange niveauer i produktionsforløbet. Printproduktion kan testes med strukturelle tests som ICT, FPT, AOI, JTAG og X-ray. Desuden udføres der ofte funktionstest af print som afslutning på printproduktionen. I apparatproduktionen udføres der test af delsamlinger og moduler samt en apparattest eller færdigvaretest. Hvis testene planlægges og udvikles som en integreret del af et produktudviklingsforløb i tæt samarbejde med produktionen, er det muligt at opnå: Kvalitet og test af produktet i forhold til produktionens kapabilitet Et integreret produktions- og testflow Sikre time-to-market ved tidlig testdesign og implementering. I elektronikproduktionen skal en test kunne finde procesfejl, effektivt downloade software samt ofte justere og kalibrere produktet for at sikre, at det overholder specifikationer, og - hvis der er fejl - give en så god fejlmelding til reparatøren som mulig. Derudover skal der opsamles måleog testdata til senere analyse. Desuden er der ikke to virksomheder, som har de samme forhold og krav til produktion og test, så dialog med andre testudviklere er meget vigtig for at få viden og inspiration til at optimere hele produktions- og testforløbet. ERFA-MØDERNE Erfaringsudvekslingen i erfa-gruppe 11 sker ved, at gruppen mødes 2 gange om året hos en af medlemsvirksomhederne. På erfa-møderne belyses ét eller flere emner ud fra praktiske cases, og erfaringsudvekslingen foregår i en åben og direkte form. Eksempler på emner, der drøftes på møderne: SPC, anvendelse af produktions- og testdata Lean produktion DFT DFM Validering af test Robotter Testplatforme og dedikerede testsystemer Distribution af test og remote tilgang. Møderne giver deltagerne inspiration, og hvor det er muligt, giver rundvisning i produktionen en god oplevelse. SPM s 12 erfa-grupper Oplysninger om hver enkelt erfa-gruppe findes på SPM s hjemmeside P 2 PoF klub 5. Compliance Engineering 6. Pålidelighed 8. Produktionsteknik 9. EMC 10. Miljøprøvning & konstruktion 11. Planlægning og udvikling af produktionstest 13. Termisk rigtig apparatkonstruktion 16. Fejlmekanismer i elektronik 17. HALT/HASS 20. DFMA Design for Manufacturing and Assembly 22. Strukturel simulering af mekaniske systemer 3

4 ELECTRONICS ASSEMBLY PROTECTION BY CONFORMAL COATING By Yavuz Köse, DELTA a part of FORCE Technology Conformal coating applications should be considered in the early product design phase in order to be successfully implemented into the product. 4

5 When world s leading countries signed the Montreal protocols in 1987 to ban CFC (chlorofluorocarbon) usage for ozone layer protection, electronics industry was using CFC for cleaning flux residues and was responsible for nearly 50 % of total CFC emission alone. Then flux manufacturers came up with the idea of no-clean flux. Typically, fluxes contained % solids, whereas the new types of flux contain as little as 1 % solids, which leave minimal residue and therefore will have very little effect on product reliability. At that point in time, % of through-hole technology (THT) used boards dominated electronics. Today, surface mount technology (SMT) dominates the market by up to 90 % but due to some unique features THT is still used for components which will undergo mechanical and environmental stress or high temperatures, such as connectors and transformers. PROS AND CONS OF MINIATURISATION SMT allowed miniaturisation which has inherent advantages: higher speed, lower cost, and greater density. Miniaturisation comes also with its problems. As features shrinks, distances between conductors get smaller, field strength increases, varying environmental conditions combined with contaminations create reliability problems. In today s electronics, humidity and contamination related failures stand for 25 % of the total failures. HOW COMPANIES CHOOSE COATING DELTA (a part of FORCE Technology) is running an electronic assembly protection project that focuses on conformal coating. As part of this project SPM members were invited to answer a short questionnaire about their company s approach to choosing conformal coating and application method. Only 10 companies answered the questionnaire, but the results correlate well with experience from erfa groups (experience exchange groups) and during test and consultancy work in general at DELTA and FORCE Technology. The obtained results in short; for small and medium size companies, conformal coating solution is likely a secondary decision in product development cycle often based on experienced failures. This means that the implementation of a coating solution is done after the PWB is developed and all materials and components are selected. This group of companies turns to coating distributors for guidance and/or, looking at similar products in the market with a working coating solution maybe without the full understanding of factors that could negatively affect the coating solution previously used. On the contrary, companies with high reliability critical products, such as military and medicals, are subject to strict standards, also for conformal coating solutions and have coating experts, detailed test procedures and co-operation with specialist houses. SELECTION FACTORS To choose the right solution is not easy and requires intensive knowledge about many factors. One important recommendation is to start already in the specification phase. Considering mission profile for the product especially with focus on TOW (Time of Wetness) and aggressive contaminants. This serves as basis for a decision whether the product needs protection at all (focus is here on protection against corrosion and migration failures at the PWB). If protection is needed next step is to decide between different degrees of protection or a combination of these. Very simplified in order of effect: Semi-hermetic encapsulation alone (plastic housing etc.) is often enough e.g. if heat is generated or included for moisture to be dried out. It can also protect against UV-light and some contaminants. Impregnation of the PWB inside a housing can be enough if protection mainly is for condensation of water. However, it requires that no mechanical wear is applied. Conformal coating can be considered next step and is often a sufficient solution e.g. if the product is not constantly immerged in liquid. Potting or even hermetically sealing provides further protection. If conformal coating is chosen as the preferred solution the suppliers of coating material can often help advising pros and cons about their materials. However, to use this information right, you need to consider several factors: Smart design is a discipline in itself. This includes gathering similar components e.g. connectors that shall not be coated, in same location instead of distributing over PWB. Cleaning or no cleaning: This is the never-ending story most important is not to clean if no-clean flux has been used. In that situation the soldering process must be optimised to avoid/minimise flux residues. Components and materials: If cleaning after the soldering operation is required then components that can withstand cleaning are necessary. Furthermore, substrate including solder mask shall be compatible with the chosen coating to ensure good adhesion. Ageing: What is the most severe factor in your product s life in relation to degradation of the coating s properties over time? UV light, change in temperatures, high temperatures, acetic or basic exposures? Supply chain consideration: This is also important to include even before a specific coating is selected. Often the company has already preferred sub-suppliers for the PWB assembly, therefore sub-suppliers capabilities such as application method for selected coating type and similar factors are important to take into consideration when making decision. Then the next step is to be sure that the chosen coating can be sourced locally by the sub-suppliers. Test and verify solution: How to test and verify the chosen solution should also be considered in the specification phase. This includes quick test for screening for workmanship issues, test for material compatibility and finally reliability tests including aging of coating. SHARING THE PROJECT RESULTS The preliminary results from this project will be presented on 13th November 2019 at the Reliability strategy and tools conference see detailed information on page 8. 5

6 RISIKOSTYRING ER ESSENTIEL FOR GODKENDELSEN AF MEDTECH-UDSTYR Af Jakob Steensen, FORCE Technology Nye standarders krav til risiko- og sikkerhedsstyring er en stadig større udfordring for virksomheder, der anvender elektronik i sine produkter, og det komplicerer produktudvikling og produktgodkendelser. Mangel på overensstemmelse kan forhindre virksomhedernes markedsadgang. Kravet om EMC-risikobetragtninger for medicoteknisk udstyr fremgår tydeligt i de harmoniserede standarder. Men hvordan arbejder risikobetragtningerne sammen med funktionskravene til radioudstyr, og hvordan får man gennemført tests mest optimalt, så både Medical Device direktivet (MDD) og Radioudstyrsdirektivet (RED) overholdes for medicinsk udstyr med Bluetooth, WiFi eller andre indbyggede radioer? Det kigger vi nærmere på i denne artikel. Fabrikanter af medicinsk udstyr med indbygget radio skal sikre og erklære, at deres udstyr lever op til kravene i både RED og MDD DIR93/42/EEC. Sidstnævnte bliver i løbet af maj 2020 erstattet af Medical Device Regulativet MDR2017/745. Men kombinationen af krav fra to verdener, der håndterer overensstemmelse grundlæggende forskelligt, giver høj kompleksitet i testplanlægningen. Tilkomsten af radio i et medicinsk udstyr har implikationer på både risikostyring og på, hvad man holder øje med under test - altså apparatets funktionskriterier. Det kræver omhyggelig planlægning at teste et medicinsk produkt med radio i, så al relevant funktion monitoreres korrekt og på én gang, således man ikke først skal teste for at overholde MDD og bagefter teste igen for at overholde RED. TEST FOR EMC ER IKKE HELT LIGE TIL Når man tester for elektromagnetisk kompatibilitet (EMC), kan man ikke teste efter foreningsmængden af krav fra MDD og fra RED. Hvis der er indbygget radio i udstyret, er man nødsaget til at reducere i passed kriterierne for den medicinske del. Og det er altid således, at tilkomsten af radio giver anledning til definition af flere funktionskriterier (performance criteria) og overvejelser om disse i udstyrets risk management file (typisk udarbejdet iht. ISO for medicinsk udstyr). I standarden EN , der omhandler elektromagnetisk kompatibilitet for medicinsk udstyr, opereres med begreberne Essential Performance og Basic Safety. Basic Safety kriteriet betyder, at der ikke må opstå fysisk fare som konsekvens af en enkelt fejl under normal anvendelse af udstyret. Essential Performance kriteriet handler om opretholdelse af den del af udstyrets kliniske funktionalitet, hvor det er forbundet med uacceptabelt risikoniveau, såfremt denne funktionalitet udebliver. 6

7 FIGUR 1: FUNKTIONSKRITERIER, SOM PRODUCENTER AF MEDICINSK UDSTYR MED RADIO SKAL DEFINERE. Essential Performance: Den delmængde af funktionalitet, hvor det er behæftet med uacceptabel klinisk risiko, såfremt funktionaliteten udebliver eller degraderes. Functions: De funktioner, der skal til at udføre den tiltænkte anvendelse (Intended Use), men ikke andre funktioner. Other functionality: De funktioner som det medicinske udstyr har, og som hverken er Essential Performance eller Functions, men som ønskes monitoreret under test. Basic Safety: De ting der ikke må ske, da disse er behæftet med uacceptabel risiko (bryder i brand, starter af sig selv ). Dertil basale ting, såsom at elektrisk isolering skal være i orden. Continuous & Transient Phenomena: Begreber for påtrykningsfænomener. Det skal defineres for begge fænomeners indvirkning på al funktion, hvad der må ske og ikke ske under test. Dette indenfor definitionsrammerne for CP og TP, som anført i ETSIstandarderne. MILJØET BESTEMMER EMC-TESTNIVEAUERNE De niveauer, der skal EMC-testes ved, fastslås i den nugældende version af EN (ed. 4) ud fra det miljø, udstyret skal fungere i. Dette kan være hjemmemiljø, klinik eller helt specielle miljøer som i ambulancer eller i fly. Hvis man ikke kan overholde standardens definitioner af testniveauer i et foruddefineret hjemme- eller klinikmiljø, er man per definition i et specielt miljø. I specielle miljøer stilles krav til risikoanalyse af både testniveauer, hvilke tests der skal laves og omfanget af disse tests. Altså en markant forøgelse af de ting, der skal findes i risikoanalysens afsnit omkring elektromagnetisk kompatibilitet. RED S SYN PÅ FUNKTIONSKRITERIER For radioprodukter (som jo skal overholde RED) ser man helt anderledes på funktionskriterier. RED er - hvad angår EMC-kravet - optaget af at sikre holdbar radiokommunikation under hensyntagen til andre apparaters virke. Ikke som MDD, der er optaget af fare (hazards). I ETSI-standarderne bedes producenten om at definere de dele af radioproduktets funktion, der skal fungere uden at blive forstyrret under påtrykning af Vedvarende Forstyrrelsesfænomener (Continuous Phenomena) samt at definere de dele af udstyrets funktion, der skal fungere under påtrykning af Transiente Forstyrrelsesfænomener (Transient Phenomena) for henholdsvis sende- og modtagedrift såvel som udstyrets øvrige funktionalitet. Dette er illustreret grafisk i Figur 1. HVORNÅR SKAL MAN REELT EMC-TESTE? Man kan rationalisere sig frem til, at et medical device faktisk ikke altid har Essential Performance. Dette er tilfældet, såfremt al klinisk funktion er acceptabel at undvære, hvis udstyret skulle fejle - eksempelvis under EMCtest. For udstyr, der er så simpelt, at selv Basic Safety ikke - ifølge producentens risikoanalyse - kan blive kompromitteret under EMC-test, er der reelt ingen grund til at EMC-teste for immunitet, og fabrikanten kan principielt forsøge at overbevise sit Notified Body om tilstrækkeligheden i denne strategi. Men når der indføres radio i udstyret, så er det i henhold til RED nødvendigt at teste med monitorering af alting defineret til tilstrækkeligt virkeniveau. Kompleksiteten opstår i særdeleshed, når radiofunktionen i et medicinsk udstyr udgør en uacceptabel risiko for den kliniske funktionalitet, såfremt radiofunktionen udebliver eller degraderes. Men uanset hvad, vil det altid være påkrævet med en individuel EMC-relateret risikoanalyse for produktet for at fastlægge funktionskriterierne, så både MDD og RED overholdes. 7

8 Aktuel konference: Reliability strategy and tools Få adgang til den nyeste viden om pålidelighedsstrategi og hvilke værktøjer, der med fordel kan implementeres. Høj pålidelighed, kort udviklingstid og lave omkostninger er ikke gensidige udelukkende faktorer i forbindelse med udvikling af nye produkter. Man kan rent faktisk opnå alle tre ting på én gang, hvis man vel at mærke gør det rigtige fra starten og definerer en pålidelighedsstrategi. I forbindelse med FORCE Technology s resultatkontraktprojekt Proaktivt paradigme for elektroniske produkters pålidelighed afholdes konferencen Reliability strategy and tools. Der vil være præsentationer indenfor pålidelighedsprocessen, hvordan man definerer en pålidelighedsstrategi og vælger de mest effektive pålidelighedsværktøjer samt implementering af disse, systematiske metoder til at skalere fra system-, modul- og komponentniveau samt pålidelighedsfremmende valg i forbindelse med indførsel af conformal coating. INTERNATIONALE INDLÆGSHOLDERE På konferencen giver den kendte internationale kapacitet inden for pålidelighed, Albertyn Barnard fra Lambda Consulting, Sydafrika, en præsentation om fejl og misforståelser indenfor pålidelighed, og om hvordan man undgår dem. Præsentationen bygger på det kapitel, Albertyn Barnard har skrevet til bogen Reliability Characterisation of Electrical and Electronic Systems. Peter Drennan fra Baxter i Lund præsenterer sin beslutningsmatrice til at afgøre, om der skal udføres pålidelighedsdemonstrationstests på komponent- eller systemniveau. Beslutningsmatricen gøres praktisk anvendelig ved at demonstrere den på Baxters medicinske produkter. Peter deltog med en præsentation om samme emne på ARDC (Applied Reliability and Durability Conference) 2019 i Berlin og høstede stor ros både for indholdet og sin engagerede præsentation. På konferencen bliver der også mulighed for at høre om projektets resultater, paradigmet for at systematisere pålidelighedsstrategi og dets anvendelse samt nogle af de praktiske cases, der har været en del af baggrunden for projektet. Casene er stillet til rådighed af danske virksomheder som Lodam, Nordic Firefly og Drizzle. Læs nærmere om konferencen på: forcetechnology.com/da/arrangementer/2019/ reliability-strategy-and-tools-2019 Konferencen Reliability strategy and tools afholdes den 13. november 2019 hos FORCE Technology i Hørsholm og er medfinansieret af Styrelsen for Institutioner og Uddannelsesstøtte. SPM s bestyrelse Jørn Landkildehus Formand Danfoss Drives A/S Søren Valentin Stentoft Næstformand Oticon A/S Lars Bo Hammer Brüel & Kjær Sound & Vibration Measurement A/S Lars Rimestad Grundfos A/S Lisbeth Reindel Radiometer Erik Schmidt Christensen Terma A/S Frede Blaabjerg Aalborg Universitet Reliability Management Hvem er SPM SPM er en forening for elektronikvirksomheder, komponentleverandører og for de mange virksomheder, der benytter elektronik i sine produkter. Medlemmerne udgør et nordisk netværk, der udveksler erfaringer og igangsætter fælles undersøgelser. Deltagelse i SPM skaber et stærkt og vigtigt fundament for virksomhedernes bestræbelser på at være konkurrencedygtige, at sikre markedsadgang og at sikre produktsikkerheden. FORENINGENS HOVEDAKTIVITETER Erfaringsudveksling i erfa-grupper, hvor de enkelte virksomheders specialister indenfor gruppens tema mødes tre-fire gange årligt og holder hinanden ajour med den nyeste udvikling indenfor deres specialområde. Gennemførelse af SPM-projekter, hvor projekterne finansieres via kontingentet, evt. suppleret med midler fra fonde o.a. SPM-projekter gennemføres prioriteret efter medlemmernes ønsker. Forslagene formuleres i reglen direkte i erfa-grupperne, og bestyrelsen igangsætter de projekter, der skal gennemføres. Kontingentet udgør årligt DKK 8.000,- samt DKK 1.000,- pr. erfa-gruppeplads. En kontingentstruktur der sikrer, at de der har størst gavn af foreningen betaler mest. Yderligere oplysninger om foreningen findes på SPM s hjemmeside Her er desuden en oversigt over eksisterende erfa-grupper og en fortegnelse over SPM s medlemsvirksomheder samt rapporter, der er udgivet. Rapporterne sendes automatisk til kontaktpersonen hos medlemsvirksomhederne. Kontakt vores sekretariat, hvis du ønsker at vide, hvem der er kontaktperson i din virksomhed. Ekstra rapporter kan købes hos SPM s sekretariat. SPM Magasinet Udgives af: SPM, Reliability Management SPM s Sekretariat FORCE Technology Venlighedsvej Hørsholm Tlf.: spm@force.dk Hjemmeside: Redaktør: Nanna Bastved Layout: Henriette Høyrup Tryk: FORCE Technology Oplag: 500 stk. Medlemmer af SPM får rapporter tilsendt som led i medlemskabet. Andre kan købe rapporterne af SPM ved henvendelse til Lisa Engedal Nielsen på tlf eller mail len@force.dk. 8