Wer heute noch im stark umkämpften AOI-Markt mitmischen will und dabei auch Spitzenpositionen einnimmt, muss straff am Ball bleiben und seine Neuerungen schnell platzieren. Kein Wunder also, wenn nunmehr alle ein bis zwei Jahre komplett neue Systeme den Markt erreichen. Dabei muss auch mal der alte Zopf ab und das wird insbesondere bei den neuen 3D-Technologien sehr deutlich.

Mit dem 3D-AOI „Continent“ (S730H) will Omron mit konventionellen Inspektionsverfahren aufräumen.

Mit dem 3D-AOI „Continent“ (S730H) will Omron mit konventionellen Inspektionsverfahren aufräumen.

Das AOI „Continent“ (S730H) setzt auf eine Kombination von mehreren 2D- und 3D-Technologien: Dadurch sind keine zusätzlichen Aufwendungen nötig, wodurch die messtechnischen Gaps eliminiert werden.

Das AOI „Continent“ (S730H) setzt auf eine Kombination von mehreren 2D- und 3D-Technologien: Dadurch sind keine zusätzlichen Aufwendungen nötig, wodurch die messtechnischen Gaps eliminiert werden. ATEcare

Inspektionstechnologien clever vereint: Erst durch Kombination von 3D-AOI und 3D-AXI lässt sich der Fehler detektieren und mit Röntgen auch analysieren. Der verkippte Stecker wäre mit 2D-AOI gar nicht zu finden und auch gängiges 2D- oder 2,5D-AXI könnte den Lötfehler nicht auswerten.

Inspektionstechnologien clever vereint: Erst durch Kombination von 3D-AOI und 3D-AXI lässt sich der Fehler detektieren und mit Röntgen auch analysieren. Der verkippte Stecker wäre mit 2D-AOI gar nicht zu finden und auch gängiges 2D- oder 2,5D-AXI könnte den Lötfehler nicht auswerten. ATEcare

Anschaulich dargestellt: Kombination der einzelnen 3D-Inspektionstechnologien SPI, AOI und AXI für zuverlässige Messergebnisse.

Anschaulich dargestellt: Kombination der einzelnen 3D-Inspektionstechnologien SPI, AOI und AXI für zuverlässige Messergebnisse. ATEcare

Miniskus-Vermessung nach Omrons 3D-Color-Highlight-Prinzip: Die bis zu 16 Mio. RGB-Farben reflektieren aus definierten Einfallswinkeln mit definierter Farbe und werden Pixel-genau ausgezählt, sodass sich die Länge, Breite, Höhe und Anstellwinkle des Lotes zuverlässig messen lassen.

Miniskus-Vermessung nach Omrons 3D-Color-Highlight-Prinzip: Die bis zu 16 Mio. RGB-Farben reflektieren aus definierten Einfallswinkeln mit definierter Farbe und werden Pixel-genau ausgezählt, sodass sich die Länge, Breite, Höhe und Anstellwinkle des Lotes zuverlässig messen lassen. ATEcare

Ohne 3D-SPI ist ein zuverlässiger, stabiler SMT-Prozess kaum mehr denkbar, dennoch können Reflexionen die Messergebnisse der Lotpasteninspektion verfälschen.

Ohne 3D-SPI ist ein zuverlässiger, stabiler SMT-Prozess kaum mehr denkbar, dennoch können Reflexionen die Messergebnisse der Lotpasteninspektion verfälschen. ATEcare

Im Zuge der Miniaturisierung wird die Höhenvermessung der Bauteile immer wichtiger. Im Bild: 3D-Darstellungen mit Messwerten für verschiedene neue Werkzeuge.

Im Zuge der Miniaturisierung wird die Höhenvermessung der Bauteile immer wichtiger. Im Bild: 3D-Darstellungen mit Messwerten für verschiedene neue Werkzeuge. ATEcare

Eine große Anzahl von 3D-Systemen wurde in den letzten Jahren auf den Markt gebracht und zeigen jetzt die Ergebnisse in 3D-Darstellungen an. Hinzu kommen weitere Messmöglichkeiten, die gerade bei der fortschreitenden Miniaturisierung sehr wichtig werden. Aber das ist es eben nicht allein. Der japanische Hersteller Omron, der seine AOI-Entwicklung ursprünglich für die eigene Elektronikproduktion auf die Beine gestellt hat, ist einer der weltweiten Pioniere in diesem Bereich und selbstverständlich stehen diese Geräte auch in deren eigenen Fertigungen – eine bessere Beta-Umgebung gibt es daher nicht.

3D – was ist nun wirklich neu?

Längst verbindet man mit 3D-AOI wunderschön anzusehende Bilder. Was viele allerdings dabei nicht realisieren, ist die Tatsache, dass unter Zuhilfenahme der sogenannten Streifenlicht-Technologie (auch Moiré oder Phase Shift Technology), eben auch physikalische Probleme einwirken, die es so vorher nicht gab. Gerade bei Reflexionen und Abschattungen, „fehlen“ der Technologie dann die nötigen Messinformationen, um die 3D-Hochrechnung der 2D-Bilder exakt wiederzugeben. Dann wird rechentechnisch „interpoliert“ geglättet – bekannt auch schon aus den SPI-Verfahren. Aus unserer Sicht aber kann dies gerade bei sehr kleinen Strukturen tödlich sein, denn: Unter Umständen kann es passieren, dass Abheber, schlechte Lötverbindungen, ja ganze Bausteine (zum Beispiel bei transparenten Oberflächen) „schön“ gerechnet und Fehler schließlich nicht erkannt werden. Schwer zu glauben? Gern dienen wir mit einer umfangreichen Sammlung oder alternativ stehen im Internet toll gemachte Videos von 3D-AOI zur Verfügung. Da sollte man das Video stoppen, wenn Lötstellen angezeigt werden und sich das Bild vergrößern: Solche „Lötstellen“ gibt es in der Wirklichkeit nicht!

Omron (im Vertrieb von ATEcare Service) hat in seinem neuen System AOI „Continent“ (S730H) daher eine Kombination von mehreren 2D- und 3D-Technologien dergestalt ins System genommen, dass keine zusätzlichen Aufwendungen nötig sind, aber die messtechnischen Gaps eliminiert werden können. Dies erfolgt insbesondere mit der Überlappung von mehreren 3D-Verfahren, wobei das eine Verfahren Reflexionen geradezu nötig hat, während das andere Verfahren aber mit weiteren, messtechnisch wertvollen Informationen dient.

Intelligente Form des Projektortyps

Im neuen AOI-Kopf kommt zudem eine neue, intelligente Form eines Projektortyps zum Einsatz, der sowohl digital programmierbar als auch sehr schnell ist und mit hohen Kontrasten arbeitet. Bekannte Memorieeffekte durch permanente Nutzung gleicher Muster werden bei der DLP-Technologie eliminiert.

Damit sind nicht acht oder noch mehr statische Projektoren nötig, die ohnehin nur gleichbleibende Streifenmuster aufbringen können, sondern aufgrund der Programmierung lassen sich beliebige Muster, verschiedene Streifenbreiten oder spezielle Regionen auf der Leiterplatte problemlos handhaben. Gerade durch Rückspiegelungen von Streifenmustern von Umgebungsflächen wie etwa bei weißen Steckern, ergaben sich bislang immer wieder Messfehler. Schöner Nebeneffekt, das leidliche Thema der Höhenlimitierung durch die statischen Projektoren, fällt jetzt weg.

Den gigantischen Datenmengen trotzen

3D produziert gigantisch höhere Datenmengen, als das vergleichbar zu 2D-Zeiten der Fall war. Damals konnte man Ergebnisse und Bilder locker in Dateiformat ablegen. Bei dreidimensionalen Aufnahmen werden in gleicher Zeit locker 20 bis 40 Mal so viele Informationen aufgenommen und verrechnet. Daher wurden auch im neuen System sehr viel schnellere Kameras verwendet, die das viele Bildmaterial auch entsprechend aufnehmen können. Selbst die Beleuchtungseinheit muss mit diesem schnellen Arbeitstakt synchron reagieren können – einfaches Ein- und Ausschalten würde nicht mehr funktionieren. Und Omron „beleuchtet“ nicht nur, sondern nutzt das gekoppelte Verfahren „Color-Highlight“ nun auch noch als zusätzliche 3D-Quelle gerade dort, wo Reflexionen sonst Messungen verfälschen würden. Sogenannte „second reflections“ (Rückspiegelungen) lassen sich damit eliminieren. Damit bleibt der japanische Hersteller auch der Pionier bei der Bewertung der Lötqualität, wo Formen gerade bei immer kleiner werdenden Bauteilen, immer wichtiger werden.

Die damit gigantischen Datenmengen müssen aber auch schnell verarbeitet werden können – die AOI „Continent“ (S730H) ist gerade in Bezug auf Schnelligkeit sicherlich ein Meilenstein am AOI-Markt. Man darf sich allerdings nicht vom gleichen Gehäuse zum Vorgänger S730 täuschen lassen – ein komplett neu entwickelter AOI-Kopf bringt den eigentlichen Vorteil dieses neuen Systems. Dazu sind ausgefeilte Routinen, die über sehr schnelle Datenbanken laufen, eine Grundbedingung. Dabei wurde insbesondere darauf Wert gelegt, dass das Datenbank-Management sehr einfach und ohne Fachkenntnis möglich ist. Eine USV ist hier selbstverständlich mit integriert, sodass der Datenfluss zu den Datenbanken nicht unterbrochen werden kann. Wichtig ist, den Kunden von Anfang an mit einer entsprechenden Servertechnologie anzubinden – sicher geht das auch noch später, aber dann mit deutlich höherem Aufwand und oft nur mit Datenverlust.

Back to the Roots in der Mechanik

Mechanisch ist Omron wieder zur bewährten Methode der Kopffixierung zurückgekehrt. Das gab es bereits schon einmal und diese Technologie hat den großen Vorteil, dass sich die leichte Leiterplatte sehr schnell bewegen lässt, während der schwere AOI-Kopf wartungsarm und ohne mechanischen Einfluss auf Pseudofehler, stabil bleibt. Eine Weile wurden AOI auch häufig als Pre-Reflow-Systeme verwendet, was dann eine Fixierung der Leiterplatte voraussetzte, aber das wird so in der Form kaum noch nachgefragt und dazu unterhält Omron eigens die S500-Serie. Vorteile ergibt das auch in der Programmierung, aber insbesondere der Wartungsaufwand ist deutlich geringer und Ausfälle aus der Bewegung sind auszuschließen.

Weltneuheit zur SMT 2017

Nichts bleibt unentdeckt: Mit dem komplett neuem 3D-AOI „Continent“ setzt Omron die Messlatte in punkto dreidimensionaler automatisierter optischer Inspektion ein ganzes Stück höher. Während der SMT Hybrid Packaging 2017 wird das Inspektionssystem in der Live-Fertigungslinie Future Packaging des Fraunhofer IZM integriert sein.

Die Kunst der AOI-Prüfung liegt aber in der angewendeten Software. Das war schon immer Omrons Stärke. Bewährtes wurde beibehalten, aber mit vielen erweiterten Möglichkeiten kombiniert. Dazu kam die 3D-Aufnahme – sprich die Messwerte aus der Z-Achse. Eine straffe Wizard geführte Programmierung, einfachste Gestaltung neuer Modelle, aber insbesondere die hundertprozentige Fertigstellung der Programmierung inklusive dem Debuggen sind aus den Kundenanforderungen entstanden. Dabei werden Zusatzwerkzeuge, Reparatur- und Verifizierstation, Statistik oder DB-Managementsysteme auf webbasierenden Oberflächen angezeigt, sodass die lästige Installation und Pflege solcher Stationen entfällt. Und gibt es einmal eine Bauteilschlucht, in die kein Seitenlicht, keine Seitenkamera und dann auch kein seitliches Streifenlicht mehr zu Aufnahmen beitragen kann – die bewährte 2D-AOI-Funktionalität lässt sich jederzeit noch nutzen, wenn 3D einmal komplett versagt.

Integriert in der Live-Fertigunslinie Future Packaging

Das neue System wird im Rahmen der diesjährigen Messe SMT Hybrid Packaging auf dem Gemeinschaftsstand des Fraunhofer IZM in Halle 5, Stand 434 vorgestellt. Neben Live-Demonstrationen im Verbund von 3D-SPI und 3D-AXI, wird auch dieses neue AOI System zu sehen sein.

Dabei werden die Omron-Inspektionssysteme in Kooperation mit Mentor Graphics einer neuen Schnittstelle zugeführt, die über eine Open Machine Language (OML) und eigens entwickelter Hardware nun modellübergreifend zu Auswertesystemen, zu Fertigungssteuerungen und zu Traceability-Werkzeugen alle Ergebnisse und Bildnachweise weiterleiten – auch das ist eine Weltneuheit, die hier Live in der Fertigungslinie Future Packaging demonstriert wird. Die Anbindung ist dabei unabhängig der nachgeschalteten Software: Das kann also auch eine selbsterstellte Umgebung sein, wichtig ist jedoch die neue Anbindungsmöglichkeit. Die geht über das einfache „Anschließen“ hinaus – das Ganze funktioniert auch interaktiv, sodass zum Beispiel auch Instruktionen an einen THT-Arbeitsplatz vermittelt und geführt durchführbar sind. Die Ergebnisse aus der Linie und die Anbindungsmöglichkeiten zeigt ATEcare Service gleich nach der Demonstrationslinie an einem eigenen, zusätzlichen Stand.

SMT Hybrid Packaging 2017: Halle 5, Stand 434