"Neue Wege zu null Fehlern"

Die neue Qualifikationsstrategie Robustness Validation setzt bei OEMs und Zulieferern große Kostenpotenziale frei. Helmut Keller, Chairman des ZVEI Robustness Validation Committee und Europa-Chairman des Automotive Electronics Reliability Committee der SAE, beschreibt im Exklusivinterview mit ATZproduktion den aktuellen Status dieser Aktivitäten, deren Erfolge und Schwierigkeiten in der Umsetzung.

Herr Keller, vor welchem Hintergrund ist die ZVEI-SAE-Initiative "Robustness Validation" zu verstehen, und welche Ziele verfolgen Sie damit?
Die heutige Komplexität der Fahrzeugelektronik erfordert für die verwendeten Halbleiter und Steuergeräte eine sehr niedrige Ausfallrate. Dies wurde im Wesentlichen zwar erreicht. Es verblieben in der Summe dennoch für die Fahrzeughersteller hohe Aufwendungen für Garantie und Kulanz und dies führte zur Frage der Wirksamkeit der bisherigen Halbleiter-Qualifikationsmethode AEC Q100 und entsprechenden Vorgehensweisen bei Steuergeräten.

Inwiefern?
Das AEC Q100-Qualifikationsverfahren, das seine Basis in Aktivitäten der 80er-Jahre hat und seit rund 15 Jahren nicht wesentlich verändert wurde, ist ein formalistischer Weg, der kaum die realen und spezifischen Anforderungen in der Kfz-Anwendung abdeckt. Denken Sie nur an die durch neue Technologien verringerten Abstände zur physikalischen Ausfallgrenze und die damit erhöhten Risiken oder an die stark gestiegene Komplexität der Halbleiter sowie die drastisch gestiegenen Anforderungen zur Zuverlässigkeit. Wesentlicher Nachteil ist auch, dass bei AEC Q100 nur Stichprobenprüfungen vorgegeben sind. Daraus ergeben sich statistische Aussagen zur Freigabe von Qualifikationslosen, die jedoch mit einer Wahrscheinlichkeit von bis zu 90 % bis zu 1400 ppm fehlerhafte Teile enthalten können. Dieser Widerspruch zum Ziel von "Zero Defects" ist doch eklatant.
Diese Defizite wurden in den letzten Jahren immer deutlicher sichtbar. Der ZVEI und die SAE beauftragten mich deshalb 2005, einen internationalen Arbeitskreis Robustness Validation unter Mitwirkung der wesentlichen OEMs, Tier-1 und Halbleiterherstellern aus Europa, USA und Japan zu gründen, um gemeinsam eine den heutigen Anforderungen angepasste neue Qualifikationsstrategie zur Erreichung der notwendigen Zero-Defect-Ziele zu generieren.

Mit welchen Maßnahmen wollen Sie diese Ziele erreichen?
Die Robustness Validation erlaubt im Gegensatz zur AEC Q100 eine Bewertung der Fähigkeit von Bauteilen im Vergleich zu dem im Einsatz geforderten "Mission Profile". Dies setzt voraus, dass zuerst das durch die Anwendung vorgegebene Mission Profile bestimmt wird. Die realen Grenzen der funktionalen und/oder physikalischen Fähigkeiten werden durch "End-of-Life"-Tests ermittelt und mit den Anforderungen im Mission Profile verglichen. Abhängig von der Anwendung können dann die resultierenden "Safety Margins" bewertet und daraus die Entscheidung einer ausreichenden Robustheit für die spezifische Anforderung abgeleitet werden. Dies ermöglicht eine wirkliche Basis für eine Zero-Defect-Strategie und reduziert den bisherigen unspezifischen hohen Aufwand auf wirklich relevante Tests an we-nigen Teilen. Dieses Verfahren wurde 2008 als "Handbook for Robustness Validation of Semiconductor Devices in Automotive Applications" in Zusammenarbeit des ZVEI mit dem amerikanischen SAE und japanischen JSAE als Guideline veröffentlicht. Ein zweites Handbuch, das 2009 erschienen ist, überträgt diese Methode nun sinngemäß auf die Qualifikation von Steuergeräten.

Welche Auswirkungen ergeben sich daraus für die Praxis?
Im Gegensatz zur bisherigen formalen Praxis, die allgemeine und nur wenige applikationsspezifische Prüfungen enthält, werden aus einer vorherigen Betrachtung zur konkreten Anwendung (Mission Profile) und vorgesehenen Technologie die wesentlichen kritischen Pfade und deren potenzielle Fehlermechanismen bestimmt. Zur praktischen Umsetzung wird als Bestandteil der beiden Handbücher eine "Knowledge-Matrix" bereitgestellt, in der die notwendigen Bedingungen und Beschleunigungsfaktoren beschrieben sind. Diese Matrix, welche ein laufendes Update zur Aktualisierung erfährt, spiegelt die in-ternationale Erfahrung von Experten wider und ist deshalb eine anerkannte Leitlinie.

Bitte belegen Sie exemplarisch das übergeordnete Ziel, eine höhere Qualität bei niedrigeren Kosten zu erzielen.
Ein positives Beispiel hierfür ist Audi. Nachdem dort der frühere Elektronikchef Dr. Willibald Schleuter die Vorteile und Notwendigkeit dieser Methode erkannt hatte, aber auch die Schwierigkeiten der Umsetzung im Qualitäts- und Entwicklungsbereich, benannte er zur Realisierung des dort genannten "Robust Design"-Programms einige qualifizierte Mitarbeiter mit der Aufgabe zur Motivation und konsequenten Implementierung im gesamten Entwicklungsprozess. Die Wirksamkeit lässt sich bereits nach wenigen Jahren quantifizieren. Mit um über 65 % reduzierten Feldproblemen, also deutlich geringeren Garantie- und Ku-lanzkosten bei zufriedenen Kunden, ergeben sich Einsparpotenziale im Milliardenbereich. Damit stellt sich Audi doch hervorragend auch im schärfer werdenden Kostenwettbewerb auf. In früheren Jahren pilgerten Manager zu Toyota, um dort zu lernen, heute liegt solches Wissen besser in Deutschland.

Wie lassen sich diese beispielhaften Erfolge von Audi auf andere Unternehmen übertragen?
Wenn Sie eine historische Routine wie AEC Q100 ersetzen wollen, erfordert dies in den Strukturen der Unternehmen einen Willen zur Veränderung. Überzeugungsarbeit in den Arbeitsebenen genügt nicht. Diese führen häufig nur zu verdeckten und abwehrenden Rechtfertigungsdiskussionen: Es muss eine übergeordnete Top-Down-Zielsetzung erfolgen. Dies ist der bei Audi bewiesene Schlüssel zum Erfolg und sollte doch zur Nachahmung reizen. Auch Bosch hat mit großem Erfolg eine vergleichbare Strategie übernommen. Andere Unternehmen werden folgen müssen. Oft mangelt es dort aber noch an der Erkenntnis und einer vom Top-Management gesetzten Vorgabe und Motivation. Der Kostendruck wird aber stärker und wird auch dort solche Vorgehensweisen fordern. Dies nicht bald anzugehen, bedeutet künftig Wettbewerbsnachteile.


Autor(en): Stefan Schlott

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