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Prozessintegrierteoptische Inspektion

Wo, wie und was soll kontrolliert werden?
Prozessintegrierteoptische Inspektion

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Fehlerquellennah und erkennungssicher muss die Automatische Optische Inspektion sein. Unterschiedliche Ansichten gibt es allerdings darüber, an welchen Stationen in der Baugruppenfertigung die Inspektion erfolgen soll. Ziel ist natürlich immer die Einhaltung des geforderten Qualitätsstandards bei Minimierung der Gesamtkosten, die sich aus den Kosten für die Inspektion einerseits und denen für notwendige Reparaturen oder Ausschuss andererseits ergeben. Ganz wesentlich in diesem Zusammenhang ist die Minimierung von Pseudofehlern und unerkannten Fehlern. Von Bedeutung ist weiterhin der Einfluss von AOI auf den Durchsatz des Prozesses.

Die stürmische Entwicklung in der Computertechnologie hat die Voraussetzungen für einen breiten, durchgängigen Einsatz hochentwickelter AOI-Verfahren geschaffen: Schnellere und leistungsfähigere Rechner, enorme Fortschritte in der CCD Technologie und erhebliche Beschleunigungen und Verbesserungen bei der digitalen Bilderfassung und -analyse kennzeichnen die Entwicklung. Gleichzeitig wachsen in der Industrie die Anforderungen, vor allem durch die fortschreitende Miniaturisierung – Stichworte sind hier „0402“ und „0201“.

Ein wichtiger Vorteil moderner Inspektionsverfahren ist die Möglichkeit, Fehler sofort und fehlerquellennah zu erkennen, um Fehlerursachen zu beseitigen bevor größerer Schaden entsteht. Die Fehlerursachen können baugruppenbezogen ermittelt werden, die Datenerfassung für SPC-Systeme kann realtime erfolgen.
Bei dem noch vielfach praktizierten „EOL“-Prinzip – komplette Inspektion „End of the Line“ – werden Fehler und deren Ursachen in der Regel zu spät oder auch gar nicht entdeckt. Fehlerursachen im Prozess lassen sich dann nur mit großem Aufwand lokalisieren. Erforderliche Reparaturen sind zeit- und kostenaufwendig, weil der Lötprozess ja bereits erfolgt ist.
Gegenstand der Inspektion sind Abwesenheit/Anwesenheit, Polarität, Wertigkeit, Lotbrücken, „dry joints“, die Größe der Lötverbindungen sowie die Form der Lötverbindungen – es wird dabei also zum Schluss praktisch alles getestet. Die Nachteile der „EOL-Methode“ sind hohe Programmierzeiten, eine Verminderung des Durchsatzes wegen des großen Umfangs der Inspektion und – im Hinblick auf die Prüfung der Lötverbindungen – eine dramatisch hohe Rate von Pseudofehlern und unentdeckten Mängeln.
Eine alleinige Komplett-Inspektion nach dem Reflowlöten ist heute kaum noch wirtschaftlich zu vertreten, denn die Fehlererkennung „Just in Time“ ist längst keine Kostenfrage mehr.
Nach dem Pastendruck ist der Nutzen von AOI weit größer: Bis zu 70 Prozent aller Fehler in der SMDLinie entstehen in diesem Bereich, überdies bremst eine 2D- or 3D-Inspektion im Drucker den Prozess. Fehlerbeseitigungskosten sind an dieser Stelle noch niedrig, da nur Paste – aber noch keine Bauelemente – auf das Board aufgebracht wurde. BGA- und Finepitch-Anwendungen kann hier ganz selektiv besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden. Sinnvoll ist die Inspektion auch nach dem High-Speed-Chip-Shooter. Es können sowohl die bereits platzierten passiven Bauelemente als auch die Lotpaste für die kritischen Finepitch- und BGA-Komponenten analysiert werden. Schließlich ist der Verschleiß von Nozzlen und Feedern für vorbeugende Wartungen am Chip Shooter rechtzeitig erkennbar. Bei einer Inspektion nach der Finepitch-Bestückung können mittels Schrifterkennungs-Software zusätzlich bestimmte Bauteilwerte geprüft und Fehler vor dem Reflowlöten erkannt werden. Hersteller in der Telekommunikations- und Automobilindustrie sind die Vorreiter beim Wandel von der „EOL“– zur In-Process-Inspektion. Sie setzen AOI vor dem Löten – in der Regel nach Pastendruck und nach dem Chip Placement – ein. Die Aufgaben der Inspektion nach dem Reflowlöten beschränken sich auf die Kontrolle des Lötprozesses – die Erkennung nicht gelöteter Verbindungen und Brücken und evtl. die Überprüfung der richtigen Lage bestimmter Bauteile. Ergänzend und selektiv kommen Verfahren der Röntgen-Inspektion zum Einsatz.
Die Anforderungen an ein AOI-System zur „In-Process“-Inspektion sind
– Kleine Stellfläche, um es problemlos in die Linie zu integrieren
– ein Durchsatz von 200000 BE/h, damit die Bestücksysteme nicht ausgebremst werden
– Schnelle Programmerstellung durch Verwendung von Bibliotheken
– Off-Iine-Programmierstation, um die Stillstandszeiten zu reduzieren
– Echtzeit SPC-Fähigkeit – Netzwerkfähigkeit
Vision Systeme von ViTechnology nutzen darüber hinaus Vectoral Imaging, ein einzigartiges Vektorisierungs-Verfahren, bei dem der Analyse nicht mehr das fehleranfällige Korrelationsverfahren zugrunde liegt, sondern synthetische Modelle aus einer Bauteilebibliothek. Durch das Vectoral Imaging Verfahren lassen sich Programme in wenigen Stunden erstellen. Pseudofehler werden um ein vielfaches gesenkt ohne dabei Kompromisse in puncto Fehlerschlupf eingehen zu müssen. Gleichzeitig verdoppelt sich der Durchsatz im Vergleich zu herkömmlichen AOI-Verfahren, die ihre Analyse auf das Zählen von Pixeln gründen.
Folgende Merkmale werden mit dem System kontrolliert:
– Unzureichender, überschüssiger oder falsch positionierter Lotpastenauftrag
– Identifikation von kalten Lötstellen, Brücken und Kurzschluss
– Abwesenheit, Anwesenheit und Positionsgenauigkeit von Bauteilen
– Polarität und Orientierung
– Beschriftungen, Symbole und Zeichen
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