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1-2019

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Fachzeitschrift für Elektronik-Produktion - Fertigungstechnik, Materialien und Qualitätsmanagement

Qualitätssicherung/Messtechnik Bei der 3D-Röntgeninspektion wird die Baugruppe aus verschiedenen Winkeln durchstrahlt. Dabei werden Schnitt- bzw. Schichtbilder erzeugt. So ist die Rekonstruktion einzelner Schichten möglich ebenso wie die vollflächige 3D-Inspektion beidseitig bestückter Baugruppen. Das erschließt vielfältige Anwendungsgebiete, wie: • 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 Der 3D-AXI-Ansatz hat Vor- und Nachteile. 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. Auch die Ergonomie am Arbeitsplatz wird verbessert. Zu den weiteren Vorzügen zählt, dass nur er oft einen optimalen Umgang mit Abschattungen erlaubt. Allerdings ist die Fehlererkennung nicht prinzipiell besser als bei 2D und 2,5D, weil durch die Verrechnung Das Standalone-AOI-System Basic Line von Göpel erhielt ein neues 3D-Kameramodul (Bildquelle: Göpel) der Ansichten und die damit verbundenen Artefakte auch Informationsverluste eintreten können. Jedoch werden im Gegensatz zu 2D oder 2,5D bestimmte Fehler überhaupt erst erkennbar, beispielsweise auf doppelseitig dicht bestückten Baugruppen, wo 2D möglicherweise völlig versagt und 2,5D auf alle Fälle einen sehr hohen Einrichte- und Programmieraufwand erfordert. 3D bedeutet eben die Möglichkeit der Erzeugung von Schnitt- bzw. Schichtbildern. Man kann bei doppelseitig bestückten Leiterplatten oder Package-on-Package-Konstruktionen eine bestimmte Ebene herausgreifen und die anderen Ebenen ausblenden. Das bedeutet eine erleichterte Prüfbarkeit und einen verringerten Programmieraufwand, da weniger manuelle Anpassungen nötig sind. 3D-AOI-System S3088 ultra gold von Viscom zur Bauteil-, Bestückungsund Lötstellenkontrolle (Bildquelle: Viscom) Ein weiteres Plus: Heute werden vielfach kleine LEDs verbaut. Bei diesen modernen LED-Typen lässt sich die Qualität der Lötverbindung oftmals nur mittels Röntgen kontrollieren. Mit dem 3D-Ansatz ist natürlich der vergleichsweise höchste technologische Aufwand verbunden. Ein reines 3D-System erfasst die gesamte Baugruppe gleichzeitig aus mehreren Ansichten, sodass eine komplette 3D-Rückrechnung möglich ist. Dies ist optimal für hochintegrierte und doppelseitig bestückte Baugruppen, weil Programmierarbeit zur Behandlung der Abschattungsfälle entfällt. Prinzipbedingt benötigt man für die 3D-Rekonstruktion einer Leiterplatte viele Schrägdurchstrahlungen. Dies beschränkt die Inspektionsgeschwindigkeit kategorisch. Neueste Techniken, wie man sie etwa beim Röntgeninspektionssystem OptiCon X-Line 3D von Göpel Electronic findet, ermöglichen mit neuartiger GigaPixel-Technologie eine vollständige 3D-Röntgeninspektion auf der gesamten Baugruppe mit bis zu 40 cm 2 /s. Kernstück dieser Technologie ist ein schnelles und hochsensitives Detektormodul für eine simultane Erfassung von Bildaufnahmen aus verschiedenen Richtungen. So gelingt es, durch Parallelisierung und neuste Hardwaretechnologien die Datenflut zu bändigen. Summa summarum bleibt der Ansatz interessant. Es verwundert daher nicht, dass die 3D-Röntgeninspektion sich immer mehr durchsetzt. „Im Rahmen der Entwicklung und der Revision eines AXI-Systems hat es sich ... als sinnvoll erwiesen, den 3D-Prüfbereich insgesamt großzügig auszulegen, um dem Nutzer volle Flexibilität bei der Auswahl der Aufnahmewinkel zu geben.“ [1] Ein 3D-AOI/AXI-Kombisystem verspricht Vorteile, daher gibt es solche Systeme am Markt. Man unterscheidet zwischen fertigen AOXI- Systemen oder AOI-Systemen mit AXI-Nachrüstoption. Folgende Vorteile sind hauptsächlich zu nennen: • vollständige und schnelle Prüfung mit nur einem System • AXI in Verdachtsfällen bei der AOI möglich • hoher Bedienkomfort bis hin zur integrierten automatischen Prüfplanerstellung • geringe Strahlenbelastung der einzelnen Bauteile 16 1/2019

Qualitätssicherung/Messtechnik Impression von der 3D-AXI-Inspektion verdeckter Lötstellen bei LEDs (Bildquelle: Viscom) „In einem guten Kombisystem wechseln Leiterplatten fast gleichzeitig zwischen den beiden Inspektionsbereichen. Referenzmarkenkameras können schon mit der optischen Prüfung beginnen, bevor das Bleischott, das die beiden Prüfbereiche voneinander trennt, geschlossen ist.“ [1] Inline-System zur kombinierten für eine ausbalancierte AOI- und flexible 3D-AXI-Prüfung ist ein erfolgversprechendes Rezept. Wichtig ist stets eine Software, die eine logisch getrennte Programmierung beider Bereiche ermöglicht. Die Computer-Tomografie (CT) überflügelt in ihren Möglichkeiten zumindest im Bereich der Aufbauund Verbindungstechnik noch die Röntgen-Radiografie (Senkrechtund Schrägdurchstrahlung). Denn mithilfe der dreidimensionalen Darstellung von Röntgenbildern mittels CT, bekannt aus dem Medizinbereich, lassen sich neben der räumlichen Zuordnung von Fehlern auch einzelne Schichten und Schnittbilder für die tiefergehende Analyse sichtbar machen. Dabei ist es möglich, die unterschiedlichen Materialien farblich hervorzuheben und damit besser zu analysieren. Ohne Zweifel ist der CT-Ansatz ein Garant für bestes Bildmaterial und aufgrund der verwendeten Technologie auch für die allumfassende und höchstauflösende Testtechnologie. Mit dem komplett neuen Ansatz einer Inline-3D-Röntgeninspektion erreicht man nicht nur mehr Einzelbilder im CT-Verfahren, sondern arbeitet in einer filmähnlichen Modus (On-the-Fly-Verfahren), sodass in kürzester Zeit bis zu 500 Schichten einer Leiterplatte und deren Bestückung zur Auswertung bereitstehen. Eine vollautomatische Programmierung, wie man sie von AOI-Systemen kennt, hilft bei der einfachen Erstellung von bibliothekbasierenden Programmen. Damit ist die letzte Hürde bei der bisherigen CT-Technologie überwunden: die Inspektionsgeschwindigkeit. Die Lotpasteninspektion (SPI) ist deshalb so wichtig, weil ein Großteil der Fehler auf den Lotpastendruck zurückzuführen ist. Ein 2D-SPI-System vermisst exakt die aufgetragene Lotpaste. Es arbeitet daher nur im Mikrometerbereich, denn Pasten sind um die 100 µm hoch. Der Lotpastenauftrag wird nach den Kriterien Form, Höhe, Fläche, Brücken, Volumen, XY-Versatz und Koplanarität in möglichst hoher Geschwindigkeit inspiziert. Dazu dient in der Regel bereits ein 3D-Messkopf, da dieser Schattenfreiheit garantiert. Messfehler durch Interpolationen treten praktisch nicht auf, da das System sich auf einen geringen Messbereich beschränkt, sodass hohe Messwerte von vornherein als Fehlmessungen eingestuft und ausgeschlossen werden können. Beim 3D-SPI-Ansatz sind jedoch Messungen mit wesentlich größerer Messbereichsdynamik, beginnend im Mikrometerbereich bis hin zu wenigen Zentimetern nötig. Daher ist die Interpolation praktisch allen Messfehler ausgeliefert und wird, entsprechend falsch gefüttert, auch entsprechend falsche Ergebnisse liefern. Es ist darum hier sinnvoll, mit einem zweiten Verfahren, das in der Empfindlichkeit weitab vom eigentlichen Messverfahren liegt, die wahren Unterschiede zu ermitteln. Dieses zweite Verfahren arbeitet vorteilhaft oft mit Reflexionen, wenn solche vom Testobjekt, etwa an Lötstellen, gebildet werden können. Weiterhin ist ein gewisser Bedarf an Seitenkameras zu konstatieren. Wenn man ohne 3D-Funktion nur von oben auf die Paste schaut, sieht man lediglich eine Fläche. „Mit einer 3D-Pasteninspektion erhalten die Mitarbeiter eine Vielzahl von prozessrelevanten Daten, die für die Qualifizierung und Stabilisierung eines Serienprozesses notwendig sind. ... Die generierten Bilder und Messwerte sind eine große Hilfe bei der Klassifizierung von Fehlern.“ [2] FS Literatur [1] Olaf Szarlan: In die Tiefe geschaut, productronic 11/2017, S. 132ff [2] Olaf Szarlan: Vernetzte 3D-Inspektion, productronic /2017, S. 12ff [3] Viscom-Fachartikel „Optimaler 3D-Einsatz in der AOI“ (im Netz) ◄ Das X Line 3D von Göpel ist ein Inline-AXI-System für die Highend-Inspektion in der Großserienfertigung. Die dreidimensionale Inspektion erfasst sowohl Ober- als auch Unterseite innerhalb eines Durchlaufprozesses. Die Kombination der AXI mit einem AOI-Modul ist möglich (Bildquelle: Göpel) 1/2019 17

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