Die Smartrep GmbH, seit Jahresbeginn 2009 als Vertriebshaus aktiv, zählt mittlerweile 11 Mitarbeiter und plant im Laufe des Jahres 2011 zwei weitere Applikationstechniker einzustellen. Von Anbeginn haben sich die Firmengründer Rudolf Niebling und Andreas Keller auf Produkte für die AOI und Röntgeninspektion fokussiert, vertreiben aber inzwischen erfolgreich Handlingsysteme von Clever-Motion und seit kurzem Schablonendrucker von DEK, diese allerdings nur in Süddeutschland.

SPI und AOI

60 % vom Umsatz werden mit den Lotpasten- und Baugruppen-Inspektionssystemen von Koh Young erwirtschaftet. „Der Pastendruck ist nun einmal nach wie vor eine neuralgische Stelle im SMT-Fertigungsprozess. Was hier schief läuft, setzt sich in allen anschließenden Prozessschritten negativ fort,“ betont Rudolf Niebling (Bild 1), Geschäftsführer der SmartRep GmbH. „Nicht umsonst kann Koh Young als Pioneer in Sachen Lotpasteninspektion mittlerweile fast 1 800 installierte Inline-SPI-Systeme weltweit und damit einen Weltmarktanteil von ca. 35 % aufweisen.“

Mit dem neusten System, dem ersten 3D-AOI-Inlinesystem mit der Bezeichnung Zenith (Bild 3), will Koh Young in nächster Zeit an die Erfolge im SPI-Bereich anknüpfen. „Wenn man sich die Entwicklung bei den AOI-Systemen in den letzten Jahren anschaut, hat sich am Prinzip nichts geändert. Nach wie vor werden 2D-Bilder erzeugt – seien es Grauwerte oder Farbinformationen – und interpretiert,“ so Niebling. „Mit der Zenith können wir jetzt erstmals eine Maschine anbieten, die echte 3D-Messungen vornimmt und so Beurteilungen auf Grund von Messwerten und nicht auf Grund von Bildinterpretationen erlaubt.“

Inspektion und mehr

Außerdem im Portfolio haben die Hanauer die Röntgenanalysesysteme von Dage, die mit speziellem Fokus auf die Elektronikfertigung und einer Software, die besonderen Wert auf Bedienerfreundlichkeit legt. „Die XD-Röntgeninspektionssysteme von Dage passen ideal für unseren Kundenkreis, sofern er ein Röntgensystem für die Prozessentwicklung und -analyse benötigt und schnell zu einem eindeutigen Ergebnis kommen möchte.“

Sowohl für den AOI-Einsteiger, als auch für den anspruchsvollen Anwender, werden die Benchtop- und Inline-AOI-Systeme von Marantz angeboten. Die Desktop-Systeme lassen sich aufgrund ihres geringen Platzbedarfes nahezu überall integrieren. Die iSpector-Modellpalette bietet Lösungen für die Inspektion von Boards bis zu 650 mm x 550 mm an. Die Inline AOI-Systeme von Marantz eignen sich sowohl in einer separate „Insellösung“, als auch zur vollständigen Integration in eine Produktionslinie. Besonders wertvoll ist hier die Auswertung der Prozesstrends, mit deren Hilfe man bei auftretenden Abweichungen sofort eingreifen kann.

In Zusammenarbeit mit dem Partner LSE bietet Smartrep jetzt auch Smartcheck mit EFAI-Software an, ein bedienerfreundliches und effizientes System für die Kontrolle von Erstmustern. Damit kann schnell und prozesssicher eine Linienfreigabe für ein neues Produkt erreicht werden. Ebenso werden Kleinserien mittels alternierenden Bildern oder jetzt auch mit modernen Algorithmen einfach und zuverlässig überprüft.
Mit Weno kooperiert SmartRep u. a. im Bereich patentierter Hightech-Mikroskope, die als Inspektionslösungen bis in den Nano-Bereich messen und die Daten entsprechend auswerten können.

Tools inklusive

Von Grundig Business Systems bietet man Brushform an, ein Unterstützungstool, das sich an die Kontur jeder Leiterplattenunterseite anpasst und in Bestückern genauso eingesetzt werden kann, wie in z. B. AOI-Systemen. Es braucht nur einmal eingerichtet werden. Ein Dämpfungseffekt wird durch eine flächige, gleichmäßige Anpassung der Borsten an die Unterseite der Leiterplatte erreicht. Die Module werden einfach durch Magnete am Maschinentisch positioniert und fixiert.

„Natürlich haben wir inzwischen auch beim Vertrieb von DEK-Schablonendruckern im Zusammenhang mit einem Koh Young-SPI-System den Stellenwert eines anspruchsvollen und dabei preiswerten Handlingsystems erkannt und uns auch deshalb die exklusiven Vertriebsrechte von Clever-Motion in Europa gesichert,“ meint Rudolf Niebling. „Diese qualitativ hochwertigen Handlingseinheiten – in Korea entsprechend unseren Vorgaben gefertigt – passen bestens zu den Applikationslösungen, die wir bedienen können und könnten auch für so manche andere Fertigung optimal sein. Nicht ohne Grund haben sich bereits einige namhafte Kunden für unsere Handlingslösungen entschieden.“

Clever-Motion bietet ein komplettes Handhabungsystem-Portfolio an: vom Be- und Entlader über Transporteinheiten, Dreh- und Wendestationen, Puffersysteme, Shuttlesysteme bis hin zu Scanstationen etc.

Übrigens: In den Räumlichkeiten in Hanau befindet sich ein komfortabler Demonstrationsraum mit den jeweils aktuellsten Systemen und einer Verkettung mit Handlingseinheiten von Clever-Motion (Bild 4).

Interview mit Harald Eppinger

Harald Eppinger (Bild 5), heute Vertriebsleiter der Koh Young Europe GmbH, gehört zu den Pionieren der AOI-Technologie, war er doch Anfang der 90er Jahre mit dem Vertrieb der ersten automatischen optischen Inspektionssysteme der Firma Schuh in Deutschland befasst, ist den Weg weiter mit Orbotech gegangen und sieht seine heutige Tätigkeit bei Koh Young als einen Neuanfang mit viel Innovationspotenzial.

Die Ursprünge von AOI

„Schuh hat recht früh erkannt, dass der elektrische Test mittels Nadelbettadaptern auf keinen Fall alle möglichen Fehler sauber abdecken kann. Damals kamen die 1810- und 1206-Bauformen auf und die Miniaturisierung schien kräftig in Schwung zu kommen,“ erläutert Harald Eppinger, European Sales Manager der Koh Young Europe GmbH. „Wie wollte man in Zukunft überhaupt noch mit der Prüfnadel an das Bauteil herankommen. Die Bildverarbeitung drängte sich geradezu auf und Schuh erfand quasi das erste serienmäßig verfügbare AOI-System der Branche, das sich zunächst auf die Positionsprüfung und später auf die Lötstelle nach dem Reflow fokussierte. 2 Jahre später wurden die ersten Systeme verkauft und taten bereits einen guten Job – und das bei einer Rechnerleistung, die wir heute in jedem Handy finden.“

Von Anfang an wurde mit gegenüber der Z-Achse leicht schräggestellten Kameras gearbeitet, um Höheninformationen mit in die Bildauswertung einbeziehen zu können. Später kam die Topkamera dazu – ein Konzept, das man auch heute noch bei den meisten AOI-Systemen wiederfindet. „AOI war dann Mitte der 90er Schuld daran, dass in vielen Fertigungen die Trennung zwischen Prüffeld und SMT-Linie aufgehoben werden musste, was personalpolitisch, strategisch und dokumentationstechnisch in so manchem konservativ gehaltenen Betrieb einem Erdrutsch glich,“ so Harald Eppinger.

„Das AOI-System war zum ersten mal ein Gerät, das am Ende des Lötprozesses einen Fertigungsschritt überwachen konnte. Damit ist die Prüfung in die Fertigung gewandert und das war völlig neu. Die AOI-Technologie wurde auch deshalb zunächst mit Skepsis betrachtet, weil es sicherlich um nicht geringe Investitionen ging. Es gab natürlich wesentlich weitere Grenzen, Pseudofehler zu vermeiden als heute. Trotzdem war ein gewisser ROI schnell messbar.“

Der Durchbruch der AOI

„Die Lötstelle verhält sich nicht nach irgendeiner Norm,“ betont Harald Eppinger fest. „Beim elektrischen Test kannte man das golden Board. Diese Philosophie ließ sich aber wegen der extrem unterschiedlich aussehenden Lötstellen nicht einfach auf AOI übertragen. Das Stickstofflöten war noch kein Mainstream. Die Qualität der Leiterplatten war kaum mit den heutigen Anforderungen vergleichbar. Und es wurde noch Consumerelektronik wie Videorekorder, Telefonapparate etc. gefertigt, die man einer Sichtprüfung unterzog. War die AOI-Maschine nachweislich besser als diese Sichtprüfung, hatte man schon gewonnen. Die Wirtschaftlichkeit ließ sich rechnen und damit war auch die Akzeptanz einer Technologie in der Elektronikfertigung vorhanden.“

 

Vom „Sehen“ zum „Messen“

Die 90er Jahre waren geprägt von Me-Too-Systemen: Kamerabasierte AOI mit einer oder mehreren Kameras und farbigen Beleuchtungseinrichtungen, um ein möglichst differenziertes Abbild der Baugruppe zu bekommen – und eine Bildverarbeitungssoftware mit ausgefeilten Bauteilbibliotheken und pfiffiger Analysesoftware. „Die Bildverarbeitung hatte und hat immer Grenzen durch die verfügbare Kameraauflösung und Rechnerleistung“ meint Harald Eppinger. „Was die Interpretation des Bildinhaltes angeht, so ist das menschliche Auge immer noch der ideale Sensor. Beim AOI versuchte man nun diese durch einen Menschen gewonnene Interpretation auch in der Entscheidungsfindung zu kopieren.

Die Bewertung, warum eine Lötstelle gut oder schlecht ist, stand zu Beginn der AOI-Aera weniger im Vordergrund. Schließlich beschränkte man sich auf aus heutiger Sicht einfache Fehlermerkmale. Heute ist die Frage nach dem Warum die essentielle Frage schlechthin. Es geht eben nicht nur darum Fehler zu finden, sondern vor allem darum, einen deutlichen ROI zu bekommen. Die Fehleranalyse soll helfen, den SMT-Prozess zu verbessern.

Mit den modernen hochauflösenden Kameras und der hohen Rechnerleistung ist die AOI auf jeden Fall auch schwieriger geworden. Es ging plötzlich nicht mehr nur noch darum, Anwesenheit, Verdrehungen, Kurzschlüsse oder fehlende Lötstellen zu detektieren, sondern auch um Polaritäten, OCR, etc. Die Programmierung wurde entsprechend aufwändiger. Die Akzeptanz war zeitweise sogar rückgängig. Die Hersteller haben massiv gegengesteuert.

So haben die AOI-Systeme auch immer ihren Job bestens gemacht, ob Highend-System, das möglichst alle denkbaren Features mitbringt, oder spezialisierte Systeme, die eine bestimmte Performance für einen relativ geringen Invest liefern. Über Jahrzehnte hat sich ein ungeheures Know-how – sowohl bei den Anwendern als auch bei den Herstellern – angesammelt, das eine deutliche Qualitätsverbesserung garantiert.
Der Programmieraufwand, vor allem mit Blick auf europäische Verhältnisse, wo es nicht um eingefahrene Hochvolumenproduktion geht, ist allerdings ebenso stetig gewachsen.

Die Bedienbarkeit und Zuverlässigkeit war immer auch vom Hersteller bzw. Lieferanten abhängig. Sorgt dieser Lieferant dafür, dass er sich selbst um die Weiterentwicklung der Software kümmert, Algorithmen bereitstellt und die Analysefähigkeit bzw. das Bewertungspotenzial erhöht? Oder werden dem Anwender lediglich Maschine und Tools zur Verfügung gestellt, die er sich dann selbst zurechtschneidert und so auch zum Erfolg kommt?

Know how?

Egal wie man es sieht: Das Know-how, wie man Fehler bewertet ist der entscheidende Punkt. Ob die Bedienperson sich Erfahrung aneignet und aus seiner Sicht richtig interpretieren lernt oder das Ergebnis sozusagen per Knopfdruck generiert werden kann – das ist allerdings ein himmelweiter Unterschied.

Sieht man die Bildverarbeitung als eine Möglichkeit, das Gesehene zu interpretieren, muss man auch bemerken, dass darüber hinaus per se keine weitere Aussage möglich ist.

Ich arbeite heute für einen Hersteller, der früh begonnen hat, von der Bildverarbeitung weg hin zum Messen von Strukturen zu denken und damit den reinen Vergleich von Strukturen mit höchstwahrscheinlichen Ergebnissen durch etwas anderes zu ersetzen, wie das Messen von Länge, Breite, Höhe und Volumen. Dadurch erübrigt sich eine Interpretation.

Wenn ich 1 mm messe und eine entsprechende Toleranz von 0,2 mm zulasse, kann ich so sicher sein, dass eine Position, Lötstelle oder andere Parameter in Ordnung ist oder nicht, sofern ich diese Toleranzen vorher sinnvoll definiert habe. Diese Toleranzen in allen drei Dimensionen festzulegen, ist allerdings wesentlich einfacher  als bei der Fehlerinterpretation konventioneller zweidimensionaler AOI-Systeme. Genau das ist der Ansatz, den Koh Young mit seinen Systemen erfolgreich anbietet.“

Ausblick

Seit der Gründung der Koh Young in 2002, der ersten Vorstellung eines Lötpasten-AOI-Systems im Dezember 2003 sind mehr als 1 400 Maschinen verkauft worden. Mit der Vorstellung des Lötstelleninspektionssystems Zenith hat Koh Young  begonnen, seine Überzeugungsarbeit auch auf den Bereich der klassischen AOI-Systeme für Pre- und Post-Reflow erweitert. „Durch die Messbarkeit der Lötstelle wird es in Zukunft möglich sein, Fehler nicht mehr nur zu erkennen, also qualitativ zu bewerten, sondern auch quantitativ, also mit echten Messwerten, viel eher Einfluss auf vorangehende Prozessschritte zu nehmen“, so Harald Eppinger.

„Wenn ich z. B. bei abgehobenen Bauteilfüßchen eine steigende Messwertreihe detektiere, kann ich eindeutig sagen, dass der vorangehende z. B. Schablonendruckprozess aus dem Ruder läuft, und ich kann dementsprechend handeln. Der Closed Loop-Ansatz der 2 000er könnte in den 2010ern vielleicht neue Dimensionen erreichen.“

Der „kleine“ Unterschied

Der entscheidende Unterschied zu bisherigen AOI-Systemen besteht beim System Zenith von Koh Young in der exakten Vermessung der Z-Achse, was Pseudofehler durch Abschattungen oder Reflexionen eliminieren hilft. Herz dieser echten 3D-Messtechnik für hohen Durchsatz ist eine patentierte Achtfach-Projektionstechnik mit Mehrfrequenz-Höhenmessung. Dazu kommt eine bereits bei den Inline-Lötpasten-Vermessungssystemen bewährte, weiterentwickelte Bediensoftware via Touch Screen mit einer komfortablen Bauelementebibliothek.

Die Inspektionsgeschwindigkeiten werden mit 20 cm²/s bei einer Messgenauigkeit von ±2 ?m in Z-Richtung und einer Kamera-Auflösung von 20 ?m angegeben. Das Field of View wird mit 47 mm x 35 mm spezifiziert.

Hilmar Beine

: Chefredakteur der productronic

(hb)

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Koh Young Europe GmbH

Industriegebiet Süd E4
63755 Alzenau
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