Wie 3D-AOI weiter seine Stärken ausbaut

3D-AOI-Systeme sorgen heute in der Elektronikfertigung überall auf der Welt für höchste Qualität. Die Vielfalt der sich immer weiter entwickelnden Hightech-Produkte, die es zu kontrollieren gilt, erfordert kontinuierlich neue fortschrittliche Lösungen bei den Prüfmethoden. Die Bauteile werden kleiner und damit einher geht eine immer höhere Packungsdichte auf den Leiterplatten. Zwischen den einzelnen Lötstellen können feinste Haarbrücken Kurzschlüsse verursachen. Neben der Bildqualität und Wiederholgenauigkeit der Messungen muss auch das spätere Bewerten der Ergebnisse allen Erwartungen entsprechen. Die Vernetzung der Prüfdaten dient umfassend der Optimierung von Produktionsprozessen.

Verschiedene Baugruppen in kleinen Produktionsmengen und sehr große Stückzahlen bei möglichst hohem Durchsatz gilt es gleichermaßen effizient zu prüfen. Vor diesem Hintergrund kommt es immer wieder darauf an, vorhandene Stärken weiter auszubauen. Ein Thema sind leistungsfähigere Kamerachips, ein anderes der neueste Framegrabber und noch ein anderes zum Beispiel bessere Beschleunigungen des Sensorkopfes. Höhere Datenübertragungsraten, schnellere 3D-Bildaufnahmen ohne Qualitätseinbußen, eine große Schärfentiefe für ungewöhnlich hohe Bauteile oder die Nutzung von künstlicher Intelligenz für die Bauteilerkennung beim Erstellen eines neuen Prüfprogramms können zu den sichtbaren Verbesserungen im täglichen Linieneinsatz gehören.

Schaut man sich zum Beispiel das 3D-Sensormodul XMplus-II mit seinen acht Winkelkameras und einer orthogonalen Kamera genauer an, das Viscom aus Hannover entwickelt hat und in seinen 3D-AOI-Systemen iS6059 PCB Inspection Plus verbaut, werden solche Fortschritte deutlich. Die Gesamtmenge der gewonnenen Informationen beträgt bis zu 150 Megapixel und es kann eine Geschwindigkeit von 80 cm² pro Sekunde erreicht werden. Die maximale orthogonale Kameraauflösung beträgt 10 μm/Pixel. Die Höhen auf der Baugruppe werden bis max. 30 mm mittels Streifenprojektion exakt mit einer z-Auflösung von 0,5 μm ermittelt. Zwischen den Kalibrationsterminen überprüft sich das System automatisch im Hinblick auf Kontrast, Grauwerte und andere wichtige Parameter, um stets wiederholgenaue Ergebnisse zu erzielen. Wie gewohnt sind 2D-, 2½D- und 3D-Ansätze beliebig kombinierbar, sodass man die richtige Polarität weiterhin schnell in 2D kontrollieren kann, während man etwa für die Sicherstellung der Koplanarität von Bauteilen 3D wählt.

Aktuelle Trends in Bereichen wie Ladeinfrastruktur, Elektromobilität oder erneuerbare Energien treiben andere Entwicklungen voran. Mit der Zunahme an innovativen Lösungen im Bereich der Leistungselektronik erhöht sich hier der Bedarf einer hochgenauen, vernetzten und möglichst schnellen Qualitätsprüfung der gefertigten Komponenten. Wegen der hohen Ströme, die bei diesen Anwendungen fließen, kommt weiterhin die Durchsteckmontage (THT) zum Einsatz. Die Beschaffenheit der Produkte setzt deshalb eine zuverlässige Fehlerfindung auf der Ober- und Unterseite voraus, die eingebettet ist in fortschrittliche Analysefunktionen einschließlich einer effizienten statistischen Prozesskontrolle. Auf der Unterseite muss man sichergehen, dass beispielsweise kein Pin fehlt und genügend Lot vorhanden ist. Außerdem können auch lötfrei eingepresste Bauteile (Press-Fit) einer genauen Inspektion von unten unterzogen werden. Pinlängen zum Beispiel lassen sich exakt vermessen und in Profilen ausgeben. Für diese Anforderungen hat Viscom das neue 3D-AOI-System iS6059 Double-Sided Inspection entwickelt, das Baugruppen von oben und von unten kontrollieren kann, ohne dass die Prüfobjekte mit entsprechendem Zeitaufwand automatisch gewendet werden müssen. Auf der Oberseite liest die Maschine mit hoher Erkennungssicherheit schriftliche Informationen aus (OCR) und prüft beispielsweise die Polarität sowie das Vorhandensein und die Position der Komponenten.

Ein weiteres Feld der effektiven Qualitätskontrolle, das die iS6059 Double-Sided Inspection abdeckt, sind unterschiedliche Produkte mit doppelseitiger SMD-Bestückung. Das können etwa smarte Einpark-Assistenten für Personenkraftwagen sein. Die erste bestückte Seite durchläuft den Lötprozess, wird gewendet und muss, während die zweite Seite nach ihrer Bestückung verlötet wird, einwandfrei ein erneutes Aufschmelzen der Lötungen im Ofen überstehen. Die iS6059 Double-Sided Inspection kontrolliert im Anschluss beide Seiten. Das System ist dafür mit zwei Sensorköpfen ausgestattet, die auf separaten Verfahreinheiten Farbbilder und 3D-Höheninformationen aufnehmen, um ober- und unterseitige Fehler zu erkennen. Durch die gleichzeitige Inspektion von oben und von unten lässt sich ein besonders hoher Durchsatz bei voller optischer Prüfabdeckung erreichen. Selektiv-, Wellen- und Reflowlötungen können gleichermaßen zuverlässig geprüft werden. Letztere auch bei Anwendung der Pin-in-Paste-Technologie, die für die THTs eine gleichzeitige Verlötung mit den SMD-Bauteilen vorsieht.

Nicht nur die Ober- und Unterseitenprüfung, auch das Röntgen und die optische Inspektion lassen sich in einem Systemgehäuse kombinieren. Eine schon länger bewährte technologische Besonderheit von Viscom ist die international mehrfach ausgezeichnete Kombination von 3D-AXI mit 3D-AOI im System X7056-II, das mit einem ausgeklügelten schnellen Handling kompakt die lückenlose Qualitätskontrolle von Standardbaugruppen bewerkstelligt. Nicht zu vergessen ist zudem die optische Drahtbondinspektion mit 3D-Spezialsensorik für die hochspiegelnden Drähte. Viscom nutzt hier feinste Variationsmöglichkeiten bei den Fokusebenen und Tiefenschärfen. Noch andere Anforderungen stellen sich bei der Lotpasteninspektion und der Prüfung von Schutzlackschichten.

Die Verifikationsdaten unterschiedlicher Prüftore sind schnell und bequem auf einen Blick einsehbar. Auf diverse Ansichten ist ein schneller Zugriff per Maus oder Touchscreen möglich. Zur effizienten Klassifizierung der Ergebnisse lassen sich mehrere Linien zusammenführen und die Verifikation auch standortübergreifend realisieren. Maschinenbedienerinnen und -bediener können ihre eigenen Entscheidungen ohne großen Aufwand mit Hilfe künstlicher Intelligenz gegenchecken. Die Klassifizierung lässt sich in weiteren Schritten stufenweise auch komplett automatisieren. Standards wie IPC Hermes 9852 oder IPC CFX sind ebenfalls integriert. Über die zukunftweisende digitale Mehrzweck-Plattform vConnect von Viscom kann man kombiniert für mehrere Standorte eine statistische Prozesskontrolle und ein Systemstatusmonitoring einrichten – genauso wie einen effektiven und kompetenten Service für die eingesetzten Viscom-Inspektionssysteme und dazugehörige Peripherie-Hardware. Zudem werden via vConnect Cloud-Lösungen umgesetzt und praxisrelevante Schulungen angeboten.

Eine hochwertige Qualitätskontrolle in der Fertigung ist die beste Versicherung gegen unnötig hohe Nacharbeits- und Ausschussmengen. Konkret lassen sich dadurch Ressourcen schonen, Elektronikmüll vermeiden und der Energiebedarf in den Produktionslinien senken. Der Stromverbrauch von Maschinen wie iS6059 PCB Inspection Plus oder iS6059 Double-Sided Inspection kann kontinuierlich überwacht, verglichen und analysiert werden. Das Systemdesign ermöglicht einen einfachen Zugang zu allen Hardwarekomponenten, was schnelle Reparaturen einfacher macht. Zukünftige Aufrüstungsmöglichkeiten sorgen für eine langfristige Flexibilität und Effizienz bei der Nutzung. Dank der leistungsstarken 3D-Bildgebungs- und Messtechnik in Kombination mit einer intelligenten Prozesssteuerung ist schnell eine Amortisation der Investition in ein modernes 3D-AOI-System zu erreichen.