So reduziert ein 5D-System die SPI-Messzeiten typischer Boards

Geschwindigkeit oder Präzision - zwischen diesen beiden Parametern müssen sich Elektronikfertiger aktuell noch entscheiden, wenn sie ein SPI-System an ihrer SMT-Linie einsetzen. Die neue ASM Process Lens transformiert das „entweder oder“ in ein „sowohl als auch“. Für die Prüfung eines handelsüblichen Boards mit einer Fläche von etwa 69.000 mm² und mehr als 6.020 Depots benötigt das SPI-System beispielsweise nur noch 3,0 Sekunden im High-Speed- beziehungsweise 3,7 Sekunden im High-Resolution-Modus. Die Auflösungen liegen dabei bei 20 beziehungsweise 10 µm.

Der Abtastbereich der 25-Megapixel-Kamera ist mit 50 x 50 Millimeter (2.500 mm²) um 277 Prozent größer als in der Vorgängerversion mit 4 Megapixel und 30 x 30 Millimeter. Die Anzahl der Mikrospiegel des DLP-Chips (Digital Light Projector) zur Erzeugung der Moiré-Muster wurde für eine vielfach höhere Auflösung von 8 Millionen auf 20 Millionen erhöht und deren Größe dabei in etwa halbiert. Jeder einzelne Spiegel ist elektronisch ansteuerbar, damit die Streifenmuster ohne jegliche Bewegung der Lichtquelle vibrations- und abweichungsfrei projiziert werden können. Über das Moiré-Streifenprojektionsverfahren und mehrere Lichtquellen für schattenfreie Messungen können die Eigenschaften der Lotdepots deutlich schneller und präziser als bisher erfasst werden. Hochauflösende 2D-Kameraaufnahmen, 3D-on-the-fly-Kompensierung der Leiterplattenverwölbung und extrem leistungsstarke Bildverarbeitungsalgorithmen optimieren die Messungen weiter.

Einsatz im High-Volume-Bereich

Das System richtet sich mit seiner hohen Geschwindigkeit und Präzision einerseits an SMT-Fertiger im High-Volume-Umfeld, bei denen es auf höchste Liniengeschwindigkeit ankommt, ohne dass die Qualität der Messung dabei vernachlässigt wird. Andererseits bietet das Process Lens mit dem High-Resolution-Modus dort viele Vorteile, wo der Schwerpunkt auf höchster Präzision in SPI liegt, beispielsweise für die Verarbeitung kleinster Bauteile der Größe 0201 metrisch. Durch die Möglichkeit, zwischen dem Highspeed- und High-Resolution-Modus software-gesteuert zu wechseln, erreichen darüber hinaus auch Fertigungen mit einem hohen Produktmix einen erheblichen Zuwachs an Flexibilität. Über virtuelle Drucke, Trendanalysen und die direkte Kontrolle des Schablonendruckers optimiert ASM Process Expert proaktiv den Druckprozess – auf Wunsch autonom, ohne manuelle Eingriffe von Bedienern.

Algorithmen der neuen Generation im Einsatz

Für die Steuerung des DLP-Chips sorgt eine vollständig neue Generation von Algorithmen, mit denen die Moiré-Muster erheblich präziser und schneller generiert werden: Die Zeit für die Stellungsänderung der Spiegel für die Streifenerzeugung liegt nun bei 16 Mikrosekunden. Prüfprogramme sind dazu jetzt auch zwischen Maschinen und Plattformen austauschbar. Dies betrifft auch wichtige Maschineneigenschaften, beispielsweise die Rotation der Kamera. Werden diese Einstellungswerte zu einer anderen Maschine transferiert, passt die Software diese automatisch an, um die gleiche Güte der Messergebnisse zu ermöglichen.

Akkurat bis ins kleinste Detail

Ein weiterer Schwerpunkt lag auf der Weiterentwicklung und Verfeinerung der Steuerungsmechanismen für die akkurate Arbeit im Millisekundenbereich. Vibrationen aus den beweglichen Teilen des Inspektionssystems werden ausgeglichen und die Lichtsteuerung optimal gestaltet, indem Verzögerungen bis zur Entfaltung der vollen Leuchtkraft kompensiert werden. Auch bei der Thermostabilität hat ASM weitere Verbesserungen erzielt. Denn erst wenn alle optischen Elemente von ASM Process Lens unempfindlich gegenüber thermischen Einflüssen sind, lassen sich auch die kleinsten Verzerrungen der aufgenommenen Bilder ausschließen. Alle Elemente wurden für die Verlässlichkeitsprüfung im 3D-Druckverfahren hergestellt. Dabei bestand kein Teil die Prüfung, wenn die Zuverlässigkeitsrate unter 99 Prozent lag. Für das optimale Wärmemanagement innerhalb der Maschine wurde auch die Wärmeableitung vollständig neu konzipiert.

Erweiterung mit KI

Das System versteht was es misst, weiß die Messwerte zu interpretieren und liefert so alle relevanten Daten für Prozessverbesserungen. Das Ergebnis: die deutliche Reduktion von Pseudo-Fehlern, Bedienereingriffen oder Linienstopps. Mit der Möglichkeit der Erweiterung zum System mit künstlicher Intelligenz inklusive autonomer Prozesssteuerung und -optimierung wird das SPI zur unverzichtbaren Voraussetzung für die umfassende Automatisierung der SMT-Fertigung in der Integrated Smart Factory.