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AOI-Systeme sind im SMD-Fertigungsprozess voll etabliert und aus diesem nicht mehr wegzudenken. Aufgaben wie Anwesenheits- und Lötstellenkontrolle an ICs und Chip-Bauteilen gehören zur Standardaufgabe und werden prinzipiell von allen Systemen gewährleistet. Unterschiede ergeben sich jedoch bei näherer Betrachtung hinsichtlich der Erkennung kritischer Fehler, der Pseudofehlerrate, ergänzender Prüfmöglichkeiten sowie in Bezug auf die Erstellung von Prüfprogrammen.

Anforderungen für die SMT- und THT-Inspektion

Anforderungen für die SMT- und THT-InspektionGöpel

Im THT-Fertigungsprozess stehen die Systeme jedoch vor neuen Herausforderungen. Grenzen der Systeme ergeben sich dabei weniger durch die Prüfaufgaben als durch die veränderten Rahmenbedingungen aufgrund des Baugruppen- und Bauteilspektrums. In Tabelle 1 sind diese veränderten Anforderungen im Vergleich zur Prüfung von SMD-Baugruppen aufgelistet.

SMT- und THT-Baugruppen prüfen

Speziell bei kleineren und mittleren Elektronikfertigungs-Dienstleistern ergibt sich die Forderung nach Einsatz des AOI-Systems für ein breites Produktspektrum. Neben der Prüfung von SMT-Baugruppen sind hierbei auch THT-Baugruppen auf qualitätsgerechte Bestückung und Lötung zu inspizieren. Um die Prüfung in den unterschiedlichen Fertigungsschritten vornehmen zu können, bietet der Einsatz eines Stand-alone AOI-Systems mit manueller Beladung eine besonders hohe Flexibilität. Wünschenswert sind dabei die Inspektion der gelöteten SMT-Baugruppe, die Prüfung der THT-Bauteile vor oder nach dem Lötprozess sowie die Kontrolle der THT-Lötstellen auf der Baugruppen-Unterseite. Aufgrund des Offline-Prüfprozesses kann der Operator manuell die Baugruppe wenden, um die THT-Lötstelleninspektion vorzunehmen.

Mit einer entsprechenden Konfiguration des AOI-Systems Opticon Basicline lassen sich diese Anforderungen umsetzen. Für die SMT-Prüfung sowie die Inspektion der THT-Lötverbindungen steht dazu ein telezentrisches Kameramodul mit einer Auflösung von bis zu 10,5 µm sowie einer Bauteilfreiheit von 65 mm oberhalb und unterhalb der Leiterplatte zur Verfügung. Die Kontrolle der THT-Bauteile ist in dieser Systemkonfiguration durch ein weiteres Kameramodul mit großem Schärfebereich von bis zu 60 mm möglich. Somit lässt sich das AOI-System in der oben dargestellten Konfiguration für alle Prüfungen innerhalb des nachfolgend aufgeführten Fertigungsprozesses einsetzen:

  • SMT-Bestückung und -Lötung der Baugruppen-Oberseite
  • AOI der Baugruppen-Oberseite
  • SMT-Bestückung und -Lötung der Baugruppen-Unterseite
  • AOI der Baugruppen-Unterseite
  • THT-Bestückung
  • AOI der THT-Bestückung
  • THT-Lötung AOI der THT-Lötung

AOI im inline-THT-Prozess

Für den Einsatz von AOI-Systemen in der THT-Linienfertigung ergeben sich in Hinblick auf eine schlüssige Linienintegration allerdings auch Anforderungen, wie der Transport und die Inspektion großer Baugruppen mit oder ohne Werkstückträger, oder auch die Adaption an das vorhandene Handlingkonzept (Riemen- oder Staurollentransport) und schließlich die Rückführung der Werkstückträger im unteren Bereich des AOI-Systems.

Der Einsatz eines AOI-Systems für THT-Prüfung im verketteten Fertigungsprozess ist zusätzlich noch von dessen technologischer Organisation abhängig. Somit besteht die Möglichkeit, unmittelbar nach der manuellen Bestückung an entsprechenden Arbeitsplätzen eine Inspektion der Bauteile vorzunehmen, um erkannte Fehler im „kalten“ Reparaturprozess vor der Übergabe der Baugruppe zum nächsten Prozessschritt beheben zu lassen. Speziell für diesen Einsatzfall bietet sich das AOI-System Opticon THT-Line an, welches sich dazu entweder im Durchlauf-Betrieb oder mit einseitiger Be- und Entladung nutzen lässt. Die Einbindung von Barcode-, 2D-Code oder RFID-Lesegeräten ermöglicht neben einer lückenlosen Rückverfolgbarkeit der Baugruppen auch eine automatische Programmauswahl, so dass die Prüfung bereits bei einer Losgröße 1 möglich ist. Das Kameramodul ermöglicht sowohl kontrastreiche Graustufen-Aufnahmen als auch hochauflösende Farbbilder auf Basis der Extended Colour Technology. Aufgrund der erweiterten Schärfentiefe der Optik lassen sich mit dem System Bauelemente bis zu einer Höhe von 80 mm inspizieren. Hauptbestandteil des Systems ist das Inspektionsmodul der Opticon-Systemfamilie mit integrierter Multispektralbeleuchtung, welches eine Prüfgeschwindigkeit von bis zu 60 cm²/s ermöglicht.

Besteht der Fertigungsprozess aus einer durchgehenden Fertigungslinie, so ergeben sich für ein AOI-System typischerweise zusätzlich erhöhte Anforderungen hinsichtlich der Prüfgeschwindigkeit. Für eine taktzeitoptimierte Arbeitsweise ist dabei neben kurzen Inspektionszeiten auch ein Drei-Segmente-Bandmodul (Staurolle oder Bandantrieb) sinnvoll, um Be- und Entladezyklen während des eigentlichen Prüfvorgangs vornehmen zu können. Das AOI-System Opticon Turboline bietet in seiner Konfiguration für den THT-Prozess diese Möglichkeit und erlaubt neben der Bauteilinspektion auch die Lötstellenkontrolle in einem System ohne Wenden der Baugruppe. Die in Tabelle 1 enthaltenen Anforderungen hinsichtlich Bauteilfreiheit und Inspektionshöhe werden dabei von diesem System in einigen Punkten sogar übertroffen. Analog dem Opticon THT-Line besteht auch in diesem System die Möglichkeit der Rückführung von Werkstückträgern im unteren Bereich des AOI-Systems.

Flexibel testen

Trotz aller Unkenrufe ist die THT-Fertigungstechnologie noch immer ein präsenter Teil der Produktion von bestückten Leiterplatten. Mit dem AOI-System Opticon THT-Line gibt es nun ein System, das sich einzig und allein der Qualitätssicherung in diesem Prozessschritt widmet. Das System ermöglicht die automatische Inspektion von THT-Baugruppen mit einer Bauteilhöhe von bis zu 80 mm. Der Einsatz im jeweiligen Fertigungsprozess kann sowohl durch manuelle Zuführung oder durch inline-Integration in ein Staurollen-Transportsystem erfolgen. Im Jahr 2012 hat Opticon THT-Line den Industriepreis 2012 in der Kategorie „optische Technologien“ gewonnen.

SMT Hybrid Packaging 2013, Halle 6, Stand 410

Jens Kokott

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ist Bereichsleiter AOI-Systeme von Göpel Electronic.

(mrc)

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