Röntgenprüfung leicht gemacht

Wenn Kamran Iqbal loslegt, ist kein Halten mehr. Der Product Marketing Manager von Nikon Metrology kennt seine Röntgeninspektionssysteme und Computerthomograph in- und auswendig. Besonders stolz ist er auf das Herzstück der Röntgen- und CT-Technologie: Die Röntgenröhren von Nikon Metrology, die im eigenen Hause entwickelt und hergestellt werden, ermöglichen eine bis zu 2400-fache geometrische Vergrößerung, um kleinste Details einzufangen und zwar mit einer Merkmalserkennung bis hinab auf 500 nm (am XTV 160). In Europa ist der Fertigungsstandort am Rande des Städtchen Tring, das inmitten der idyllischen Landschaft von Hertfordshire, nordwestlich von London liegt.

„Heute besteht eine wachsende Nachfrage nach vielseitigen, hochauflösenden und kostengünstigen Röntgeninspektionssystemen, um den Anforderungen immer kleiner werdender elektrischer Bauteile und strengerer Qualitätsstandards gerecht zu werden“, erläutert er und verweist dabei auf die XTV-Serie, mit der man im zerstörungsfreien Prozess einen tiefenscharfen Einblick in das Innenleben gedruckter Schaltungen und elektrischer Komponenten bekommt. „Unter Ausnutzung der Vorteile eines Röntgeninspektionssystems können Hersteller und Forscher sich darauf konzentrieren, Durchlaufzeiten zu beschleunigen, die Produktqualität zu erhöhen und dabei gleichzeitig Kosten zu reduzieren“, merkt er ergänzend an.

Gestochen scharfe Röntgenbilder

Angesichts der zunehmenden Miniaturisierung von Komponenten und dreidimensionaler Packaging-Technologien, müssen moderne Röntgeninspektionssysteme extrem scharfe Bilder und eine konstante Produktivität liefern. Daher beherbergen die XTV-Prüfsysteme einen äußerst präzisen Objektmanipulator, optional sind sie mit einer Präzisionsachse für CT-Anwendungen ausgestattet. Die 160 kV/20 W starke Mikrofokusröntgenröhre erlaubt eine Merkmalserkennung im Submikrometerbereich. Die Bildanzeige in Echtzeit erfolgt über eine 12-Bit-Kamera mit umschaltbaren Bildverstärker, die mit einer Auflösung von bis zu 1,45 MPixel aufwartet. Das vertikal angeordnete System (mit Röntgenröhre unter dem Objektträger und winkelverstellbarem Bildgebungssystem) wird über die bedienerfreundliche Software Inspect-X oder einen Präzisionsjoystick gesteuert.

Eine Besonderheit stellen die Drehtische dar, erläutert Kamran Iqbal: „Der Drehtisch des Röntgensystems XT V 160 erlaubt Drehungen sogar bei einer maximalen Neigung von bis 75 Grad. Dadurch ist es möglich, den zu prüfenden Bereich selbst bei maximaler Vergrößerung aus jeder möglichen 3D-Perspektive zu begutachten.“ Dass dies möglich wird, dafür sorgt ein Fünf-Achsenmanipulator (X, Y, Z, Drehen, Neigen), der jene 360-Ansichten aus der Vogelperspektive gewährt, während der für den Anwender interessante Bereich immer in der Mitte des Sichtfelds fixiert bleibt. „Das ist gerade bei der Durchsteckmontage, Drahtbonden- und Wafer-Level-Verbindungen interessant“, zählt der Experte auf und fügt hinu: „Das System ist einfach sehr gut darin, mangelhafte QFN-Lötverbindungen und Kurzschlussbildungen zu finden. Deren Prüfung ist normalerweise sehr schwierig, da die Leiter unter Bauelementen verborgen sind.“

Intuitive Röntgenprüfung

„Eine interaktive und bedienerfreundliche Software ist unerlässlich bei der Bewertung komplexer innerer Strukturen und der Durchführung genauer Untersuchungen. Das Ergebnis ist eine zuverlässige Defekterkennung“, versichert Iqbal. Inspect-X bietet bedienerfreundliche Assistenten, um Anwender bei komplexen Prüfungen zu unterstützen. Dabei kommen moderne Visualisierungs- und Analyseverfahren zum Einsatz. „XT-V-Systeme in Kombination mit Inspect-X ermöglichen die schnelle Umstellung auf neue Produktlinien in Minuten, statt in Stunden oder Tagen“, bekräftigt er.

Für die Aufnahme und Auswertung von Daten für Röntgen- und CT-Prüfsysteme von Nikon Metrology dient die proprietäre Software Inspect-X. Sie ermöglicht eine verbesserte Echtzeit-Bildgebung und erweiterte BGA-Analyse. Die Echtzeit-Bildoptimierung C.Clear passt sich intelligent an wechselnde Röntgenbedingungen und Probenpositionen an, regelt automatisch die Bildsteuerung sowie die Kontrast- und Helligkeitseinstellungen. Das Ergebnis sind kristallklare und kontrastreiche Bilder, die eine Defekterkennung leicht machen und die Pseudofehlerrate reduzieren. Echtzeit-Optimierungen und Filter lassen sich unter einem Benutzerprofil speichern – passend für unterschiedliche Probentypen oder individuelle Voreinstellungen. Die Echtzeit-Bildanzeige für die interaktive Visualisierung gibt Kamran Iqbal mit 30 Frames/s an. Der leistungsfähige Bildverarbeitungsalgorithmus dieses Tools liefert selbst bei komplexen Leiterplatten mit unterseitigen Komponenten genaue Ergebnisse. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, eine interne BGA Vorlagen-Bibliothek mithilfe eines Assistenten oder eines Datei-Imports anzulegen, um Zeit für die Erstellung automatischer Ausschuss-Analyseroutinen zu sparen.

Eine weitere Neuerung stellt das BGA-Werkzeug dar. Die Bildverarbeitungsalgorithmen ermöglichen eine automatisierte BGB-Analyse und Berichterstattung für gestapelte Komponenten wie Package on Package (PoP) und komplexe Mehrlagen-Platinen. Die Erstellung von Vorlagen für die grafische Darstellung jedes BGA-Package ist unkompliziert, wobei Dimensionen, Positionen und Geometrien des Arrays detailliert mittels eines Assistenten dargestellt oder direkt aus einer Datei importiert werden können. Der Bediener definiert die Position der Vorlagen anhand von Bezugspunkten (Markierungen) und referenziert damit das BGA-Element. Unter Verwendung erweiterter Analysefunktionen, die unter anderem den Anteil der einzelnen Lunker und Lunkernester pro Kugel ermitteln, prüft das BGA-Werkzeug automatisch jede Lötkugel. Darüber hinaus werden die Kugelanzahl, Rundheit, Unter- oder Übermaß sowie Defekte, wie Brücken oder Fehlausrichtung, geprüft. Die integrierten Protokollierungsfunktionen können genutzt werden, um farbkodierte Analysen direkt auf dem Röntgenbild einzublenden.

Productronica 2015: Halle A2, Stand 217 und Halle A4, Stand 319