Elektronikfertigung: Inspektionslösungen an Anforderungen anpassen

Omron setzt seine AOIs noch heute in seinen weltweiten Fertigungsstätten ein. Damit sieht sich das Unternehmen in der Lage, die steigenden Testanforderungen stetig in die nächste AOI-Generation zu implementieren. Kevin Youngs, European Sales Manager von Omron Electronics, betont, dass vor 30 Jahren, als der Hersteller erstmals auf dem Post-Reflow-AOI-Markt in Erscheinung trat, zwar zunächst die Aufgabe darin bestand, die eher zufälligen Entscheidungen von Prüfungen per Hand durch eine erhöhte Produktqualität zu verbessern. Dennoch war klar, dass die japanischen Automobilhersteller eine hohe Produktzuverlässigkeit durch einen verbesserten Fertigungsprozess zu erhöhen suchten.

Dazu gehörte auch die Einbeziehung einer immer größeren Anzahl elektrischer Teile. „Omrons Herausforderung bestand in der Erweiterung des Prüfbereichs und Prüfumfangs durch die Einbeziehung einer stabilen Prüfung der Lötverbindungen. Aus dieser Herausforderung ergab sich die Entwicklung der Technologie der Colour Highlight“, erläutert Kevin Youngs, auch mit Blick auf die hohe Bauteilvarianz. Die Bauteil-Technologie unterliegt sich rasch wandelnden Veränderungen, wobei immer mehr BGA-, LGA- und PoP-Pakete in elektronischen Baugruppen zum Einsatz kommen, weshalb Youngs anmerkt: „Das ist auch der Grund, warum Omron in den Markt für die automatische Röntgeninspektion zur Erweiterung des Prüfbereichs und Prüfumfangs von Lötverbindungen eingestiegen ist, also für Bauteile, die nicht vollständig mittels AOI geprüft werden können.“

Höchste Prüftiefe mit 3D-AXIs und SPIs

Vor gut 10 Jahren ging das japanische Unternehmen her, auch im AXI-Markt Fuß zu fassen, mit dem Ziel, die Prüfung hochqualitativer Lötverbindungen auf Bauteile auszudehnen, die sich allgemein mit AOIs nicht prüfen lassen. Darunter fallen Bauteile mit BGA-, LGA-, PoP- oder THT-Anschlüssen. „Die einzig verfügbare Technologie zur Erreichung des geforderten Standards war die Computertomografie, kurz CT“, unterstreicht Youngs.

Während die Vorteile der CT auf der Hand liegen, besteht ihr Nachteil in der Taktzeit für Inline-Prozesse. Bei europäischen Herstellern werden die Taktzeiten für oberflächenmontierte Bauelemente zunehmend schneller. Inspektionsfähigkeit und Inspektionskapazität sowie Taktzeit sind zwei wesentliche Faktoren bei der Übertragung der CT-AXI auf den SMT-Prozess. So wurde das Inspektionssystem VT-X750 entwickelt, um den Mangel bei der Taktzeit zu überwinden, erörtert Youngs: „Verglichen mit bisherigen Modellen hat das VT-X750 die Inspektionszeit um bis zu 50 Prozent verringert, wodurch es zu einer tragfähigen Inline-Lösung wurde, deren Absatz sich immer weiter beschleunigt.“

Doch auch hinsichtlich der Lotpasteninspektion fordert das Unternehmen den Wettbewerb immer wieder heraus. Nach wie vor stellt der Lotpastenauftrag eine große Fehlerquelle entlang der SMT-Fertigung dar, weshalb 3D-SPIs unentbehrlich geworden sind. Sie stellen eine wichtige Inspektionsstrategie für die SMT-Prozessqualität dar, wobei die Hersteller die Messung und Inspektion des Lotvolumens vorgeben. Berechnungsgrundlage für das Lötvolumen ist die Kombination von Fläche und Höhe. Mit dem Ziel, durch Schatten verursachte Messfehler zu reduzieren, hält Omron zwei Techniken bereit: Ein weißes Ringbeleuchtungssystem, das die Außenkontur der Lötpaste misst, und eine Moiré-Projektion, um die Höhe und die Außenkante der Lötpaste zu messen. Diese Technik liefert genaue und wiederholbare Ergebnisse für die Qualität des Endprodukts, da sie dreidimensionale Vermessung der Lotdepots erlaubt, anstelle von optischer Interpretation. Zweifellos hat sich die 3D-Inspektion des Lotpastendrucks in der SMT-Fertigung von elektronischen Baugruppen als zusätzliches Prüftor neben der optischen und röntgentechnischen Inspektion der bestückten und verlöteten Baugruppen (AOI/AXI) etabliert. Die Kernaufgabe ist die Erkennung definitiv unzulässig bedruckter Lotpads im Sinne von Volumen, Form, Verschmierung, Pastenbrücken und Versatz. Neben der reinen Fehlererkennung bietet eine leistungsstarke SPI jedoch weit mehr Vorteile für die Fertigung.

Softwarelösungen

Fehler in der Elektronikfertigung mittels Tests frühzeitig aufzuspüren, senkt die Kosten. Noch besser ist es, wenn der gesamte Fertigungs- und Prüfprozess von einer übergeordneten Software überwacht wird, die wiederkehrende Probleme erkennt und regelnd in den Fertigungsprozess eingreift. Zudem lassen sich mit ihr vorhandene CAD-Daten im Fertigungs- und Prüfprozess weiter nutzen. Omron hält auch auf Softwareebene Lösungen bereit: Zusätzlich zu den kompletten visuellen und röntgentechnischen Inspektionslösungen sowie zur Einführung von Industrie 4.0 hat Omron auch eine Anwendungssoftware zur Prozesssteuerung mit künstlicher Intelligenz auf Maschinenebene unter dem Namen Qupauto eingeführt, die Kevin Youngs so erklärt: „Das ist eine Lösung auf Grundlage künstlicher Intelligenz, die Daten sowohl von Produktionsanlagen als auch von Inspektionssystemen innerhalb einer Steuereinheit erfasst, analysiert und nutzt, um die Lebensdauer der Geräte und Ausrüstungen zu erhöhen und um zur Fehlervermeidung unvorhergesehene Abnormitäten zu entdecken.“ Er ist davon überzeugt, dass es sich hierbei um die „erste Steuereinheit zur Maschinenautomatisierung auf Basis künstlicher Intelligenz“ handelt. Ausgerüstet mit einer speziellen Bibliothek, vereint die Lösung in sich Steuerfunktionen von Fertigungslinien und Ausrüstungen mit KI-Verarbeitung an Fertigungsstandorten in Echtzeit.

Kevin Youngs von Omron Electronics: „Die Verbindung dieses hohen Niveaus an Steuerungstechnik, die in unseren eigenen Prüf- und Inspektionssystemen eingesetzt ist, mit der engen Zusammenarbeit mit Endnutzer-Herstellern versetzt Omron in die Lage, künftige Trends richtig zu verstehen und entsprechend zu entwickeln.“ Omron

Der Prozess der Erfassung von Rohdaten von Maschinen wird durch den neuen KI-Controller, der innerhalb der Maschine mit Edge-Computing arbeitet, vollständig automatisiert, wodurch eine höhere Datentreue und Datenkonsistenz (Fehlerfreiheit) erreicht wird. Außerdem erstellt die Steuereinheit automatisch Datenmodelle aus Korrelationsanalysen und überwacht den Maschinestatus auf Grundlage dieses Modells. „Die Software beruht auf Erfahrungen, die Omron bei seinen eigenen Fertigungslinien gewonnen hat, und schließt KI-Applikationskomponenten von Omron sowie eine Bibliothek vorprogrammierter Funktionsblöcke für die vorausschauende Wartung auf Basis des von Omron aus typischen Anwendungen gewonnenen Know-hows ein“, fügt Youngs hinzu.

Strategische Ausrichtung

Um auch weiterhin die Marktbegleiter auf die Plätze zu verweisen, setzt der japanische Hersteller auf Diversität: „Unterschiedliche Industriezweige haben unterschiedliche Anforderungen. Nichtsdestotrotz unterziehen wir die deutsche Automobilindustrie einer Analyse“, erklärt Youngs und lenkt dabei die Aufmerksamkeit auf das anvisierte Unternehmensziel: „Hierbei wird als klares Ziel auf ein steigendes Niveau der Automatisierung verwiesen, einschließlich auf die M2M-Collaboration, also den automatisierten Informationsaustausch zwischen Maschinen, des Weiteren auf ein höheres Niveau der Prozesssteuerung, deren Ziel das Erreichen der Null-Fehler-Produktion ist.“

Als aktuelles Beispiel zitiert Youngs das autonome Fahren. Hierbei und in allen damit verbundenen notwendigen Systemen werden mehr und mehr elektronische Sicherheitsbauteile integriert – mit steigender Tendenz. Vor allem die Anzahl an Kamera- und Sensorsystemen, Schnittstellen für die drahtlose Kommunikation, intelligenten Lichtsystemen sowie Navigationshilfen treiben die Anforderungen an eine engmaschige Qualitätssicherung voran. Neben dem hohen Niveau der Qualitätsprüfung wird auch die Automatisierung den Einsatz von Robotern für eine akkurate und wiederholgenaue Montage unausweichlich steigern und die Nutzung künstlicher Intelligenz für die Steuersoftware zur Datenerfassung mit dem Ziel vorantreiben, genaue Informationen zur Prozessverbesserung zu gewinnen.

Dass sich Omron dabei gut auskennt, zeigt die strategische Ausrichtung: Das Unternehmen verfügt über große Erfahrungen in unterschiedlichen Fertigungsprozessen, wie bei der Hochgeschwindigkeitsverpackung im Lebensmittel- und Getränkesektor, für den es speicherprogrammierbare Steuerungen (PLCs) mit KI-Blockfunktionen sowie Sensor-, Visions-, Bewegungs- und Robotersteuerungen geliefert hat. „Die Verbindung dieses hohen Niveaus an Steuerungstechnik, die in unseren eigenen Prüf- und Inspektionssystemen eingesetzt ist, mit der engen Zusammenarbeit mit Endnutzer-Herstellern versetzt Omron in die Lage, künftige Trends richtig zu verstehen und entsprechend zu entwickeln, worin genau das Gegenteil besteht, lediglich auf Markttrends zu reagieren“, bekräftigt Kevin Youngs und merkt weiter an: „Mit dieser Fähigkeit wird Omron zum Marktführer für die Bereitstellung hochqualitativer Fertigungslösungen. Wir sind davon überzeugt, dass ein vollständiger Inspektionsprozess erforderlich ist und haben daher eine Vielzahl hochwirksamer Automatisierungslösungen für Hersteller entwickelt, die eine komplette Lösung aus einer Hand bieten.“