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3-2016

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Fachzeitschrift für Elektronik-Produktion - Fertigungstechnik, Materialien und Qualitätsmanagement

Qualitätssicherung/Messtechnik Dieses Testgerät von Brucker Alpha arbeitet mithilfe der IR-Spektroskopie. blies völlig überarbeitet und mit Bleifrei-Aspekten versehen. Beschrieben werden die visuellen Abnahmekriterien für qualitätsgerechte Lötverbindungen und Baugruppen. Wertvoll machen das Dokument Übersetzungen und viele Fotos, Prinzipdarstellungen, mikroskopische Aufnahmen und Schliffdarstellungen sowie Parametertabellen. Daher wird die Norm zunehmend weltweit eingesetzt. Betreffs bleifreier Prozesse kommt ihr eine besondere Bedeutung zu. Diese „Bilderbuch-Norm” im Vielfarbendruck hat nunmehr fast 400 Seiten. IPC-A-610D ist das Nachschlage- und Referenzwerk für die Qualitätssicherung in der Baugruppenfertigung. Lotpasteninspektion (Soldering Paste Inspection, SPI) Ein Großteil der Fehler ist auf den Lotpastendruck zurückzuführen. Ein SPI-System vermisst exakt die aufgetragene Lotpaste. Der Lotpastenauftrag wird nach den Kriterien Form, Höhe, Fläche, Brücken, Volumen, XY-Versatz und Coplanarität in möglichst hoher Geschwindigkeit inspiziert. Dazu dient in der Typisches Szenario bei der MOI (Quelle: Straschu) Zwei mögliche Lötfehler (Quelle: Ortakelektronik) Regel ein 3D-Messkopf, da dieser Schattenfreiheit garantiert. Lötfehler Lötfehler sind die am häufigsten auftretenden Verbindungsfehler. Die meisten Lötfehler sind: • Kurzschluss oder Unterbrechung • übermäßiges oder unzureichendes Lötzinn • kalte Lötstelle infolge Vibration • Gaseinschlüsse (Lunker oder Voids) • Lötperlen • Lötrückstände Manuelle Sichtkontrolle (Manual Optical Inspection, MOI) Das Mikroskop gehört hier zur Grundausrüstung, nicht nur wegen der Vergrößerung, sondern weil es auch mit Winkeloptiken die Betrachtung um das Bauteil herum ermöglicht. Die MOI ist einfach, wird jedoch aus Zeit- und Kostengründen meist nur stichprobenartig eingesetzt. Fest etabliert ist sie als Nachkontrolle der bei einem Inspektionsautomaten durchgefallenen Baugruppen. Ihr großes Plus: Nur sie bewältigt die vollständige Lötstellenanalyse gemäß IPC-A-610D, s. dort. Multifunktionales Testgerät Sicherheitsstandards treiben den Einsatz multifunktionaler Testgeräte voran. Sie dienen beispielsweise der Schutzerde-Prüfung oder der Leckstrom-Prüfung. Oberflächen-Messtechnik (Surface Inspection, SI) Oberflächen-Messgeräte bieten vielseitige Automationsmöglichkeiten, sind teilweise inline-fähig und lassen sich flexibel in produktionsbezogene Regelkreise einbinden. Inbesondere im Bereich Qualitätssicherung und Prozesskontrolle ermöglichen sie eine optimale Kombination aus Auflösung und Geschwindigkeit. Zudem sind sie auf nahezu allen Oberflächen einsetzbar. Optische Sichtkontrolle/ Inspektion Die wichtigsten optischen Testverfahren sind Automatische Optische Inspektion (AOI) und X-Ray (Röntgeninspektion). Sie dienen u.a. der Lage- und Verbindungsüberprüfung und der Schliffbildanalyse. Prüfadapter Baugruppen während oder nach der Fertigung zu prüfen, gelingt nur über Prüfadapter. Diese zeigen sich in sehr vielfältiger Gestalt und können z.B. manuell, pneumatisch oder vakuumbetrieben sein. So kennt man Prüf- und Programmieradapter, beidseitige Prüfadapter für kleinste Baugruppen, Tandemadapter oder universell justierbare Adapter. Prüfprogramm Für die Prüfprogrammerstellung existiert kein Standard. Im Grunde wird der Prüfling mit einer Referenz („Gut”-Muster, „Golden Board”) verglichen, die tatsächlich existiert oder lediglich definiert und dokumentiert ist. wurde. Der Baugruppenfertiger entwirft einen Testplan und setzt darin Testschwerpunkte. Zur Abarbeitung des Prüfprogramms wird der Testplan Punkt für Punkt ausgeführt. PXI PXI steht für PCI eXtensions for Instrumentation und hat sich als flexible Plattform auch im Bereich Test und Qualitätssicherung bewährt. Die Prinzip der Oberflächen-Messtechnik (Quelle: Taymer) Plattform ist mit mehreren anderen kompatibel. Qualitätsmanagement Gesamtkonzept der Qualitätssicherung. Es setzt schon lange vor der Prüfung fertiger Baugruppen ein. Denn nur ein optimales Leiterplattenlayout ermöglicht eine optimale Bestückung und somit die bestmögliche Funktionssicherheit. Aus drei Gründen wächst die Bedeutung 20 3/2016

Qualitätssicherung/Messtechnik Pneumatischer Testadapter (Quelle: Reinhardt-Testysteme) der Qualitätssicherung: weil Elektronikprodukte immer komplexer werden, weil die Miniaturisierung noch voranschreitet und weil immer höhere Frequenzen und Datenraten immer anspruchsvollere Verbindungen verlangen. Stand-alone-Testgeräte Bei Stand-alone-Geräten wird eine Leiterplatte von Hand eingeführt und nach der Inspektion wieder entnommen. Testabdeckung Dividiert man die Summe der mit einem Verfahren überprüfbaren Fehler durch die Anzahl der möglichen Fehler, erhält man die Testabdeckung. Man drückt sie in Prozent aus. Für die populären Verfahren erhält man folgende Werte der Testabdeckung: • MOI 75% • direkte AOI 70% • AXI 68% • In-Circuit-Test 64% • Boundary-Scan-Test 1%! • Flying-Probe-Test 64% • Funktionstest 68% 3/2016 Opticon BasicLine X30 Stand-alone AOI-System mit erhöhter Zuverlässigkeit durch Schrägblickinspektion (Quelle: EFB, Elektronische Fertigungsstätten Blankenfelde) Teststrategie Das erklärte Ziel jeder Teststrategie sollte die Durchgängigkeit der Werkzeuge von der Entwicklung bis zur Produktion sein. Um den gesamten Testablauf optimal zu gestalten, muss man analysieren, welche Fehler mit welcher Häufigkeit auftreten können. Diese Wahrscheinlichkeit ist sowohl von der Qualität der Bauteile als auch von deren Anzahl abhängig. Fehlerarten sind so zu definieren, dass man sie als „gut testbar” und „nicht testbar” einordnen kann. Ein gewisser Datenbestand ist also unabdinglich. Nur so lässt sich bestimmen, welche Fehler auftreten können. Hierzu gehören mögliche Bauteilfehler, Bestückungsfehler und Lötfehler. Testverfahren Da es viele Fehlermöglichkeiten gibt, mussten auch viele Testverfahren entwickelt werden. Prinzipiell unterscheidet man zwischen der optischen Sichtkontrolle/Inspektion und elektrischen/elektronischen Testverfahren. Vektorvergleich s. (digitale) Bildverarbeitung X-Ray (Röntgeninspektion) Testverfahren Röntgenprüfverfahren Zwei-in-eins-Funktionalität Es ist oft sinnvoll, Testverfahren zu kombinieren. Denn kein Verfahren gewährleistet eine Testabdeckung von 100%. So findet man z.B. die automatische optische Inspektion und die Röntgenprüfung im Verbund, was Kosten spart und die Effizienz erhöht. AOI und AXI werden also kombiniert. 2D-Röntgeninspektion Bei der 2D-Röntgeninspektion verzichtet man auf die Information über die Höhenausdehnung. Überlagerte Bauteile (z.B. bei doppelseitiger Bestückung) sind daher nicht prüfbar. Hinzu kommen weitere Einschränkungen. 2,5D-Röntgeninspektion Wegen der Einschränkung bei der 2D-Röntgeninspektion hat sich die 2,5D-Röntgeninspektion als konventionelle Technologie etabliert. Überlagerte Lötstellen (z.B. auf Ober- und Das hochauflösende optische 3D-Messsystem Infinite Focus misst mikrostrukturierte Oberflächen und Mikrobauteile Unterseite der Baugruppe) werden hier durch eine Schrägdurchstrahlung in den Projektionen optisch getrennt. Von Nachteil sind der sehr hohe Programmieraufwand bei doppelseitig bestückten Baugruppen und die lange Prüfzeit. 3D-Röntgeninspektion Bei der 3D-Inspektion wird die Baugruppe aus verschiedenen Winkeln durchstrahlt. So ist die Rekonstruktion einzelner Schichten möglich. Das erschließt vielfältige Anwendungsgebiete (s. Kasten). Die sichere Prüfung doppelseitig bestückter Baugruppen ist nun ebenso möglich wie die Rekonstruktion beliebiger Schichten. Und durch Nutzung einer einheitlichen Bibliothek gelingt eine schnelle und komfortable Prüfprogrammerstellung. Es verwundert nicht, dass die 3D-Röntgeninspektion sich immer mehr durchsetzt (s. Kasten). Bildverarbeitung nimmt Fahrt auf Die digitale Bildverarbeitung entwickelt sich mit rasanter Geschwindigkeit zu einer Schlüsseltechnologie für die Produktionsautomatisierung. Neue Technologien und große Leistungssteigerungen bei Hard- und Software ermöglichen immer neue Anwendungsbereiche, die vor einigen Jahren nicht hätten realisiert werden können. Die Bildverarbeitungssysteme prüfen, steuern, identifizieren und ermöglichen z.B. die Rückverfolgbarkeit von Produkten. Die Auflösung der Kameras wird immer höher, die Aufnahmefrequenz schneller. Neue Schnittstellen vereinfachen die Integration in die Produktionsanlagen. Einsatzmöglichkeiten der 3D-Röntgeninspektion • Inline-Fertigung • doppelseitig bestückte Baugruppen • qualitative Inspektion aller Lötstellen • Prüfung auf Bauteilanwesenheit, Versatz, Kurzschlüsse • Vermessung von Lufteinschlüssen in unterschiedlichen Schichten • Prüfung komplexer Baugruppen mit überlagerten Lötebenen und Kühlkörpern • Bestimmung des Zinndurchstiegs in THT-Lötstellen FS 21

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