3D-Videomikroskopie im Einsatz

Mit den immer kleineren und komplexeren Bauelementen und der gestiegenen Bestückungsdichte auf den Leiterplatten werden Qualitätskontrollen im Bereich der Elektronikfertigung immer anspruchsvoller. Bei der zunehmenden Miniaturisierung ist es von entscheidender Bedeutung, Materialfehler bereits im Vorfeld auszusortieren, Bestückungs- und Lötfehler zuverlässig zu erkennen und deren Ursachen zu analysieren. Ein wesentlicher Bestandteil der Qualitätsbeurteilung ist es, potenzielle Fehlerstellen aufzudecken, die zwar als „gut“ getestet werden, die aber bei der praktischen Anwendung und nach einigen Temperaturzyklen zu Ausfällen führen. Ein typisches Beispiel für Probleme bei der Beurteilung sind verdeckte Lötverbindungen, wie sie an Ball Grid Arrays, kurz BGAs, vorzufinden sind.

Erst der Einsatz von Videomikroskopen, wie etwa denen des schwedischen Herstellers Optilia (Vertrieb: ATEcare) und geeigneten Prismenlinsen ergeben – unter Anwendung von Gegenlicht und einer geeigneten Software – die optischen Informationen für eine verwertbare Aussage über die Qualität der Lötverbindung einzelner Spalten von bis zu zehn Reihen und bis zu 0,05 mm Abstand unter dem BGA: Videomikroskopie macht auf einen Blick Unzulänglichkeiten sichtbar, die auch dem besten AOI- oder Röntgensystem häufig verborgen bleiben.

Kostengünstige Ergänzung zur Röntgeninspektion

Die Produktpalette von Optilia umfasst vielseitig einsetzbare und preiswerte Systeme zur manuellen optischen Inspektion (MOI) für Anwendungen im Industrie- und Medizinbereich. Für den Elektronikbereich entwickelte ESD-geschützte Systeme kommen hauptsächlich in der Produktion, der Qualitätssicherung und zur Reparatur oder Nachbestückung von Baugruppen sowie zur Analyse von Bauteilen zum Einsatz. Ein weiteres Anwendungsgebiet der Optilia-Systeme sind Vorträge oder Ausbildungsveranstaltungen wie etwa Lötschulungen. Dabei ist es möglich, einem großen Publikum bestimmte Fertigkeiten live zu demonstrieren und kleinste Details auf einem Monitor vorzuführen beziehungsweise zu erörtern.

Für die unterschiedlichen Inspektionsaufgaben stehen zwei langjährig am Markt etablierte Produktfamilien, die Flexia-BGA- und die W10/W20-Serie von Optilia zur Verfügung. Sie sind dabei PC-gestützt, damit entsprechende Auswertungen und Dokumentationen gleichzeitig möglich sind.

Flexibles BGA-Inspektionssystem

Bei der Flexia-Serie handelt es sich um kompakte, mobile und flexible Video-Mikroskope, die sich mit umfangreichem Zubehör wie aufsteckbaren Linsen, Glasfaser-Lichtpinsel oder Zoom-Objektiven an die jeweiligen Bedürfnisse anpassen lassen. Eine 90°-BGA-Optik mit eingebauter LED-Beleuchtung für die seitliche Einsicht ermöglicht das Inspizieren von gängigen BGAs, CSPs, Flip-Chips sowie verdeckten, innenliegenden Lötstellen an SMD- und konventionellen Bauteilen. Sei es stationär oder mobil: Das System ist in wenigen Sekunden aufgebaut und betriebsbereit. Es lässt sich zudem schnell am PC oder Laptop anschließen. Um die Flexia-Kamera in ein hochauflösendes Video-Mikroskop umzubauen, ist die BGA-Linse durch die im Lieferumfang enthaltene Standard-Zoom-Linse auszutauschen. Diese Video-Mikroskope lassen sich durch Ergänzung mit einem präzisen XY-Tisch, digitalem Mikrometer und in Verbindung mit der OptiPix-Software auch als XYZ-Messsystem für kontaktlose, zerstörungsfreie Messungen mit Genauigkeiten von unter 2 µm nutzen.

Die Flexia BGA kommt als kostengünstige Alternative zu oder in Kombination mit konventionellen Röntgeninspektionssystemen zum Einsatz. Der Anwender kann die Form der Lotperlen ebenso beurteilen wie eine Brückenbildung sicher erkennen, überschüssiges Flussmittel, Mikrorisse, Oberflächenfehler und andere Lötfehler sichtbar machen. Die Ausstattung wiegt inklusive der BGA-Linse und der eingebauten LED Beleuchtung nur 200 g. Ein weiterer Vorteil ist die Ein-Hand-Bedienung. Dabei lässt sich das System mobil mit einer Hand bedienen oder als reguläres Mikroskop einsetzen, indem es auf einem ESD-sicherem Stativ montiert ist. Zusätzlich zur BGA Linse, die für seitliche Betrachtungen ausgerichtet ist, hat das Flexia BGA eine Fix-Linse mit hundertfacher Vergrößerung und eine 1-100-fache Gleitsichtlinse. So lässt sich die Ausrüstung in ein Video-Mikroskop für reguläre und anspruchsvolle optische Inspektionen umwandeln und für Qualitätskontrollen anwenden.

Vielseitige Weitwinkel-Inspektionskameras

Die Weitwinkel-Inspektionskameras der Serie W10/W20 zeichnen sich durch eine sehr gute Bildqualität in Full-HD-1080-Auflösung sowie durch einen großen Betrachtungsabstand und einen sehr schnellen Autofokus aus. Eine Besonderheit beider Modelle stellt der erweiterte Betrachtungsabstand von bis zu 250 mm dar. Der Betrachtungsabstand der aktuellen HD20-M weist gar 1000 mm bei einer 20-fachen Vergrößerung auf. Mit entsprechenden vorschraubbaren Zusatzlinsen sind bis zu 200-fache Vergrößerungen möglich, wobei der Betrachtungsabstand dann noch 60 mm beträgt. Eine weitere Besonderheit ist allerdings die Inlinefähigkeit dieser Systeme, so dass die Inspektion direkt an der Produktionslinie erfolgt.

Neben der deutlich vergrößerten Abbildung der zu betrachteten Objekte, entlasten sie Augen, Schultern und Nacken, da die Körperhaltung über dem Okular eines Mikroskops vermieden wird. Durch den großen Arbeitsabstand der Kamera und die Bilddarstellung auf einem beliebig großen HD-Monitor wird ein ergonomisches Arbeiten ermöglicht. Bei Tätigkeiten wie Nachbestückungen, Handlötungen oder Klebearbeiten ist somit auch ein freies, ungehindertes Hantieren in einer bequemen Sitzposition mit freiem Blick auf den Monitor sichergestellt. Die Arbeiten lassen sich sorgfältig und effizient ausführen. Darüber hinaus ist die Handhabung einfach und alle Funktionen sind intuitiv anzuwenden. Auch lassen sich die Systeme jederzeit individuell und schnell an neue Bedürfnisse anpassen.

Die Full-HD-Kameras der Serie W10x-HD und W20x-HD sind ausgestattet mit einem lichtstarken Weitwinkel-Objektiv mit schnellem Autofokus und einem 10- beziehungsweise 20-fachen optischen Zoom. Ein integrierter Laserpointer markiert die zu inspizierende Stelle und erleichtert die Orientierung auf dem Bildschirm, was besonders in den höheren Vergrößerungsbereichen eine große Hilfe für den Anwender darstellt. Kameraeinstellungen wie Helligkeit, Fokus, Bildschärfe, Zoom, Farbe und die Blende stellen sich automatisch ein, lassen sich aber auch vom Benutzer über die Kamera-Kontroll-Software oder über die Kamera-Kontroll-Einheit mit Joystick manuell ohne Verbindung zu einem PC verändern. Darüber hinaus ist es möglich, über einen Fußtaster bestimmte Funktionen ausführen, um somit die Hände für die eigentliche Arbeit, zum Beispiel beim Löten, frei zu haben. Unterschiedliches Zubehör wie diverse Stative, Schwenkarme und XY-Traversen ermöglichen die Anpassung des Betrachtungsabstandes, der XY-Positionierung sowie der Neigung und Drehung der Kamera und erlauben dem Anwender so die Betrachtung aus jedem gewünschten Blickwinkel.

Die OptiPix-Software bietet umfangreiche Möglichkeiten zur Bildbearbeitung, Archivierung und Dokumentation und ist für alle Optilia-Video-Mikroskope und Inspektionskameras geeignet. Auch lassen sich damit präzise, kalibrierte Messungen von Abständen, Radien, Winkeln, Kurvenlängen oder Flächen sehr einfach durchführen. Weitere Tools der Software ermöglichen den Vergleich oder die Überlagerung von Bildern, Einfügen von Kommentaren sowie Einblenden von Skalen oder Rastern in das Live-Bild zur genauen Analyse und Darstellung. Messresultate werden automatisch gespeichert und dem entsprechenden Bild zugeordnet.

(mrc)