Damit die Lotverbindungen von SMDs ihre Funktionen erfüllen können, muss ein ausreichender Kontakt zwischen dem Lot und den Oberflächen der Fügepartner zustande kommen. Merkmal einer guten Lotverbindung ist die Bildung einer gleichmäßigen intermetallischen Zone zwischen dem Lot und der Metallisierung vom Bauelement einerseits und zwischen dem Lot und der Leiterplatte andererseits. Auf der Leiterplattenseite erfolgt die Phasenbildung mit der obersten Schicht der benetzungsfähigen Flächen. In der Regel wird das Kupfer auf der Leiterplatte mit lotfähigen Endoberflächen versehen, den so genannten Finishes.
So einfach das klingt, so schnell ist häufig die Tücke im Detail zu finden. Denn nicht selten schleichen sich Lötfehler ein, die zunächst in der Sichtprüfung unauffällig sind. Beim Handling der Baugruppe oder unter Belastung zeigen diese Lötverbindungen dann jedoch nur eine geringe mechanische Belastbarkeit. Der ungebremste Trend zur Miniaturisierung der Lötverbindungen verstärkt dieses Phänomen noch: Mit den immer kleineren und komplexeren Bauelementen und der gestiegenen Bestückungsdichte auf den Leiterplatten werden Qualitätskontrollen im Bereich der Elektronikfertigung immer anspruchsvoller. Hinzu kommt bei verdeckt liegenden Lötverbindungen die weitgehend fehlende Möglichkeit einer visuellen Inspektion. Ein typisches Beispiel für Probleme bei der Beurteilung sind verdeckte Lötverbindungen, wie sie an Ball Grid Arrays, kurz BGAs, vorzufinden sind. Die thermische, mechanische und thermomechanische Stabilität der Lötverbindungen werden durch eine Anzahl von Faktoren beeinflusst, die sich über die verschiedenen Analyseverfahren unterschiedlich gut nachweisen lassen.
3D-Videomikroskop: Neue Ära der optischen Inspektionstechnik
Digitale Videomikroskope unterstützen den Anwender bei der Bildverarbeitung nicht nur hinsichtlich dreidimensionaler Darstellungen. Ebenso einfach lassen sich Längenmessungen, Volumen- und Flächenmessungen digital genauso durchführen, wie geometrische Figuren erkannt und entsprechend ausgezählt beziehungsweise markiert werden können. Die 3d-Funktionen des Videomikroskops KH-7700 (Vertrieb: Smarttec) sind laut Hersteller weltweit unerreicht hinsichtlich Darstellungsauswahl und Anwendungsmöglichkeiten. Das System erlaubt nahezu alle bekannten Darstellungen von Aufnahmen dreidimensionaler Objekte leicht und anwenderfreundlich zu erzeugen.
Überdies sind die Messfunktionen fast unerschöpflich. Dazu gehört auch eine Echtzeit-Bildanalyse, in der sich zwei Bilder vergleichen lassen und Abweichungen beziehungsweise Unterschiede schnell zu entdecken und darzustellen sind. Mit dieser Vorgehensweise wird eine Art schnelle automatische optische Inspektion (AOI) durchgeführt, die dem Benutzer sofort Informationen zu den Bildunterschieden liefert. Möglich macht dies eine patentierte Rotationsoptik, die den Betrachter praktisch das zu inspizierende Objekt umkreisen lässt. Diese ebenfalls dreidimensionale Inspektion mit steuerbarem, motorischem Antrieb der vorgesetzten Spiegeloptik ermöglicht dem Benutzer einen unerreichten räumlichen Blick auf das Untersuchungsobjekt.
Fokus auf Modularität und Bedienkomfort
Doch nicht jeder Anwender benötigt ein solch aufwändiges Inspektionssystem – dessen sind sich Hersteller von Videoinspektionssystemen bewusst und setzen den Fokus auf Modularität und Bedienkomfort. So kommen immer mehr Weitwinkel-Objektive zum Einsatz, die dem Anwender vergrößerte Abbildungen in bester Qualität liefern. Die typischen Vergrößerungen liegen zwischen dem 20- bis 30-fachen. Falls stärkere Vergrößerungen nötig sind, können Zusatzlinsen zum Einsatz kommen und ein Objekt bis zum 200-fachen vergrößert darstellen. Dabei wird die Vergrößerung komfortabel auf einem Monitor abgebildet. Das hat noch einen interessanten Nebeneffekt: Ein großflächiger Monitor erlaubt es auch, dass mehrere Personen an der Arbeit teilnehmen können.
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.
Das Betrachtungsfeld, die eigentliche Arbeitsfläche, ist auch bei starken Vergrößerungen größer und übersichtlicher als bei rein optischen Vergrößerungen. Als wesentlicher Vorteil gilt aber der große Betrachtungsabstand, der dem Anwender einen großen Freiraum zwischen dem Objektiv der Kamera und dem betrachteten Objekt bietet. So erlaubt etwa die Weitwinkel-Full-HD-Kamera W20x-HD von Optilia bei einer 20-fachen Vergrößerung einen Betrachtungsabstand von 1000 mm und dabei ein Betrachtungsfeld von 66 mm.
Auch das umfangreiche Zubehör wie etwa Zahnstangen-Fokussiereinrichtungen, Präzisions-XY-Tische, XY-Schwebetische oder digitale Höhenmess-Pakete, zeugt davon, dass sich die Hersteller auf die Kundenwünsche einstellen. Mit einem Basismodell, das sich flexibel variieren lässt, lässt sich allerlei Nützlichem das Leistungsspektrum flott nach oben drehen. So ist ein Joy-Stick hilfreich, um bei in die Höhe gegliederten Objekten den Schärfebereich manuell fernzusteuern, manchmal ist es auch der Fußschalter, der erfreut, weil sich mit ihm die Zoomfunktion verändern lässt. Immer mehr nachgefragt wird auch die Inline-Fähigkeit eines Systems.
LEDs für eine bessere Ausleuchtung
In der Bildverarbeitung ist für den Prüferfolg die richtige Beleuchtung von entscheidender Bedeutung. LEDs haben sich da ihren Platz erobert. Beispielsweise komplettiert die regelbare LED-Ring-Beleuchtung den Video-Arbeitsplatz von Optometron. Weil die optimale Ausleuchtung des Bauteils für einen hochwertigen Inspektionsprozess entscheidend ist, schickt Ersa sein Ersascope 2 mit Metall-Halid-Lichtquellen (MHLS) ins Rennen. MHLS liefert ein klares und helles Weißlicht. Über die mechanische Irisblende ist es möglich, die Lichtmenge entsprechend zu regeln, ohne dabei Lichttemperatur oder -farbe beim Dimmen zu ändern. Darüber hinaus verfügen alle Lichtleitkabel über eine mechanische Irisblende. Zwei mechanische Irisblenden am Optikenträger ermöglichen eine individuelle und separate stufenlose Dimmung von Front- und Gegenlicht von 0 bis 100 Prozent. Ein feiner Faserlichtpinsel gehört ebenfalls zur Standardausstattung. Dieser Lichtpinsel besteht aus einzelnen Fasern (0,050 mm Durchmesser), die unter die meisten Area-Array-Packages reichen, und deren Licht mechanisch gedimmt werden kann, um das Arbeitsfeld während der Inspektion optimal auszuleuchten.
Productronic-Marktübersicht als Guide
Schon bei der Erstmusterprüfung muss sich die Qualität einer Lötverbindung zeigen: sie muss sich als zuverlässig erweisen. Videoinspektionssysteme sind eine gute Ergänzung zu AOI und AXI, manchmal sogar eine bessere Alternative, um versteckte Lötverbindungen exakt zu prüfen. Der Trend ist klar: Die Systeme werden künfig immer mehr Komfort und noch mehr Präzision aufweisen – daran arbeiten die Hersteller. Auf unseren Fragebogen gab es eine gute Ressonanz: Die Angaben in unserer Marktübersicht sind Herstellerangaben und sollen Anwendern, die vor einer Anschaffung stehen, die Wahl zum für sie richtigen System erleichtern helfen.
Marisa Robles Consée
(mrc)
