So gut wie keine Pseudofehlerraten

Die Tochter der Danfoss-Gruppe, Danfoss Silicon Power, liefert unter anderem Powermodule für Frequenzumrichter an Kunden aus den Bereichen Industrie, Automotive und erneuerbare Energien. Insbesondere aufgrund des wachsenden Automotive-Geschäfts hat das Unternehmen seit dem Jahr 2006 mehrere Inspektionssysteme von Viscom eingeführt. Zunächst kamen drei X8051-Röntgeninspektionssysteme zum Einsatz. Inzwischen sind vier X7056BO-Systeme hinzugekommen, die Röntgen- und AOI-Inspektion in einem System kombinieren. Danfoss Silicon Power kontrolliert mit den Inspektionssystemen sämtliche Drahtbond-Verbindungen und aktive Bauteile. Die Stärken der Kombisysteme liegen in reduzierten Anschaffungskosten, geringen Pseudofehlerraten und einer hohen Produktivität.

Seit dem Jahr 2012 fertigt die Danfoss Silicon Power in Flensburg. Zuvor war die Elektronikfertigung am Standort Schleswig angesiedelt. Den Umzug hat man genutzt, um auf der Basis der umfangreichen Erfahrungen aus Schleswig eine intelligent automatisierte Fertigung aufzubauen. Das beginnt bei dem gut ausgestatteten Muster- und Kleinserienbau, geht über effektive Automatisierungsanlagen und eine effektive Modulfertigung bis hin zu einem modernen Lager mit 1300 Europaletten Kapazität. In Flensburg sind rund 300 Mitarbeiter beschäftigt, darunter Spezialisten für die elektrische Entwicklung, Prozessentwicklung, Komponentenauswahl, Fertigung und Qualitätssicherung. Nachdem das Unternehmen sich zunächst einen Namen mit Standard-Industrieprodukten gemacht hat – etwa mit der Fertigung von Powermodulen für Frequenzumformer – ist man im Jahr 2003 in den Bereich Automotive eingestiegen und hat später als drittes Standbein die erneuerbaren Energien (Solar- und Windenergie) hinzugenommen. Die erfolgreiche Ausweitung des Automotive-Sektors hat dann im Jahr 2006 zu der Entscheidung für die Einführung der automatischen Inline-Röntgeninspektion geführt.

Kaum Pseudofehlerraten

„Röntgenprüfung und Automatische Optische Inspektion sind bei der Fertigung unserer Produkte selbstverständlich“, betont Torsten Hansen, Manager Production Equipment von Danfoss Silicon Power. „Wir prüfen alle technischen Prozesse kontinuierlich serienbegleitend.“ Das Unternehmen kontrolliert jeden einzelnen Drahtbond per AOI und sämtliche aktiven Bauteile mit Röntgeninspektion. Beim Bondprozess erfolgt zusätzlich eine hundertprozentige visuelle Kontrolle.

Vor der Anschaffung der Inspektionssysteme hat Danfoss Silicon Power das Angebot auf dem Markt für Röntgen- und AOI-Inspektionssysteme intensiv analysiert und verschiedene Systeme getestet. „Zuerst wollten wir auf zwei getrennte Maschinen setzen: ein AOI- und ein Röntgeninspektionssystem“, berichtet Torsten Hansen. „Bis wir festgestellt haben, dass sich mit Viscom beide Technologien sehr gut verbinden lassen.“ Daraufhin hat sich das Unternehmen sehr schnell für das Kombisystem X7056BO entschieden und dieses auf sein Linienkonzept abgestimmt. Überzeugt hat die bis dato für die Drahtbondkontrolle einmalige Lösung, weil sich beide Prüftechnologien mit nur einem Inspektionssystem abdecken lassen. Auch die resultierende hohe Prüfgeschwindigkeit war unterm Strich ein wichtiges Kriterium.

„Die Umsetzung war anspruchsvoll“, erinnert sich Torsten Hansen. „Das Konzept des X7056BO-Systems von Viscom war neu und erst an unsere Anforderungen anzupassen. Aber Viscom stand uns auch nach der Inbetriebnahme stets zur Seite“, berichtet er weiter. Bereits im Laufe der Testphase hat Danfoss Silicon Power jedoch schnell erkannt, dass sich die anfänglichen Erwartungen an Prüfqualität und Geschwindigkeit durch kleine Abstimmungen und Anpassungen noch weit übertreffen lassen. In der Einführungsphase erhielt Danfoss Silicon Power mit Schulungen vor Ort fundierte Unterstützung. Auch nach der Inbetriebnahme halfen Applikationsingenieure von Viscom bei der weiteren Optimierung. „Die Pseudofehlerrate liegt heute in mehreren Bereichen besser als die ursprünglich von Viscom zugesagte Rate“, betont Torsten Hansen zufrieden. „In der Regel bewegen wir uns unter einem Prozent. Der Schlupf ist gleich Null.“

Kombinierter AOI/AXI-Prüfprozess

Die AOI-Inspektion prüft zunächst die Qualität der Bondverbindungen. Die Röntgenkontrolle schließt sich nahtlos an, um insbesondere aktive Flächen unter aufgelöteten Chips zu prüfen. An den Bonddrähten können zum Beispiel Unregelmäßigkeiten auftreten, die vom Verschleiß der Bondwerkzeuge herrühren. „Hier ist es besonders schwierig, die Pseudofehlerrate niedrig zu halten“, erklärt Torsten Hansen. „Mit Viscoms X7056BO-System sind wir in der Lage, die Bandbreite der möglichen Fehler einzugrenzen und die Pseudofehler so zu minimieren.“ Zudem prüft das AOI-System den Drahtverlauf der Bondverbindungen. Das Inspektionssystem erkennt die Bondfüße und definiert anhand dieser, wie der Draht liegen muss. Dabei werden zum Beispiel Position, Form, Taillänge und Bondtoolabdrücke der Bondfüße berücksichtigt. Glanzflächen und der gradlinige Verlauf sind die wesentlichen Parameter für den Draht. Auch klassische Elemente des AOI-Bereiches wie Bauteillage und Oberflächenbewertung sind realisiert.

Die Röntgeninspektion setzt Danfoss Silicon Power in erster Linie ein, um Lötflächen unter den aktiven Bauteilen auf Störflächen zu prüfen. Typische Fehler sind Poren, welche aus Einschlüssen von Flussmittel oder Luft resultieren. Die Röntgenprüfung erkennt diese Fehler zuverlässig, da solche Flächen weniger Strahlung absorbieren und als helle Flächen im Bild erscheinen. „Sehr hilfreich ist die Gut-Schlecht-Teil-Analyse, die das System an die folgenden Maschinen im Prozess weitergibt“, erläutert Torsten Hansen. „Damit lässt sich der Prozess weiter beschleunigen.“ Erkennt das Inspektionssystem einen AOI- oder Röntgenfehler, werden die Teile aufgrund der Daten im weiteren Prozessverlauf automatisch aussortiert.

Ein Nachsicht-Arbeitsplatz für drei Inspektionssysteme

Die Einsparungen durch das X7056BO-System seien beachtlich, hat Torsten Hansen festgestellt: „Zum einen sind bereits die Anschaffungskosten im Vergleich zu zwei einzelnen Maschinen wesentlich geringer. Zum anderen ist die Produktivität deutlich gestiegen.“ Mit dem kombinierten AOI- und Röntgensystem benötigt Danfoss Silicon Power weniger Personal für die Nachqualifikation. Jedes X7056BO-System verfügt über einen Verifikationsplatz von Haran, an dem die Ergebnisse beider Inspektionsprozesse auf nur einem Bildschirm erscheinen.

„Den Haran-Nachsichtplatz haben wir schon bei den ersten Systemen kennen- und schätzen gelernt. Nun benötigen wir aufgrund des kombinierten Prozesses nur einen Haran und haben dann gemerkt, dass sogar alle drei Linien, wenn wir die Pseudofehlerrate gering halten, von nur einem Mitarbeiter betreut werden können. Das ist natürlich ein großer Vorteil in der Produktivität“, erläutert Torsten Hansen. Und er ergänzt: „In den vergangenen Jahren ist bei uns fast jedes Jahr ein System von Viscom hinzugekommen. Inzwischen setzen wir drei X8051-Röntgensysteme und vier X7056BO-Kombisysteme ein. Das zeigt, wie zufrieden wir sind.“

(mrc)