Inspektion für Bestück- und Lötprozess in der SMD- und THT-Technologie

Prüftechnik Schneider & Koch, Bremen und Resol, Hattingen

Die Methode eines optischen Tests ist auf keine elektrische Kontaktierung angewiesen und erlaubt somit Prüfungen, die mit elektronischen Tests nicht realisierbar wären. Durch die frühzeitige Erkennung und Beseitigung von Fehlern eignet sich das Verfahren besonders zur Kontrolle wärend des Fertigungsprozesses. Die elektrische Prüfung kann zwar nicht eingespart, aber aufgrund von Redundanzen durch die Kombination der Prüftechnologien ggf. reduziert werden.

Die Automatische Optische Inspektion von elektronischen Baugruppen ersetzt die Sichtkontrolle und führt zu reproduzierbaren Ergebnissen. In der Serienfertigung ein Kriterium für bessere Qualität bei gleichzeitig reduzierten Kosten. Fehler bei der Bestückung, Lage oder Polarität von Bauteilen sind genauso identifizierbar, wie sichtbare Lötstellendefekte. Die Anlagen basieren auf dem Einsatz von Bildverarbeitungs-Systemen mit Grauwert- oder Farb-CCD-Kameras. In der Baugruppeninspektion der Elektronikbranche stellen die extremen Helligkeitsschwankungen und Unterschiede durch die Reflexionen an spiegelnden bzw. teilweise auch matt glänzenden Lötstellen sowie den chargenbedingten Helligkeitsschwankungen der Bauteile und Leiterplatten, eine erhebliche Schwierigkeit für eine gesicherte Bildaufnahme und -auswertung dar. Als ein auf Testengineering spezialisiertes Unternehmen bietet Schneider & Koch kundenorientierte Lösungen im Bereich der Testautomatisierung und testgerechter Entwicklungsoptimierung. Darunter auch die Entwicklung und Fertigung von Bildverarbeitungssystemen für die Prozess- und Qualitätskontrolle in der Elektronikfertigung. Zur Produktpalette gehört hier das optische Inspektionssystem LaserVision, konzipiert für die Kontrolle des Bestück- und Lötprozesses sowohl für konventionelle Bestückung bedrahteter Bauteile (THT) als auch für SMD-Technologie. Diesen Anforderungen entsprechend suchte der Solarreglerhersteller Resol, Hattingen, im Zuge seiner geplanten Investitionen zur Kapazitätserhöhung ein AOI-System aus.

Bis zur Ölkrise 1973 fristete die Solarthermie ein Schattendasein. Dann, und durch das steigende Umweltbewusstsein, entwickelte sich die solare Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung zu einem Wachstumsmarkt. Eine aktive Nutzung von Solarthermie beschreibt heute die direkte Nutzung der Solarenergie in thermischen Solaranlagen über Sonnenkollektoren zur Erzeugung von Wärmeenergie. Und genau in diesem Umfeld bewegt sich Resol als Hersteller intelligenter Regelungstechnik für solarthermische Anlagen. 1977 gegründet, behauptet sich heute das Unternehmen als Keyplayer in dieser Branche. Die Produkte aus dem Hause Resol regeln immerhin über 2 Millionen thermische Solar-, Heizungs- und Schwimmbadanlagen in weltweit 50 Ländern. Nicht verwunderlich ist somit eine überdurchschnittliche Wachstumsrate, die immer wieder neue Investitionen hervorruft. Neben einem Neubau stand erst im letzten Jahr wieder eine größere Anschaffung an: eine SMD-Bestückungslinie wurde installiert und ein weiteres AOI-System musste her, das den steigenden Anforderungen gerecht werden konnte. Der Betriebsleiter Joachim Königsmann konkretisiert: „Die großen Investitionen kamen ganz einfach daher, dass wir mit der Kapazität an unsere Grenzen gestoßen sind. Bis vor einem Jahr waren wir noch auf externe Dienstleister angewiesen. Gemäß der Philosophie unseres Geschäftsführers bemühten wir uns, diese Prozesse zurückzuholen. Selbst den Tampondruck zur Bedruckung der Gehäuse haben wir wieder im Haus und steigern damit unsere Flexibilität.“

Eigentlich hatte man sich im Unternehmen erst vor 7 Jahren für den Weg zur SMD-Bestückung entschieden. Angefangen wurde mit zwei Stand-alone-Bestückautomaten von Heeb Inotec. Der Produktionsleiter Srecko Tomic lässt Revue passieren: „Damals mussten die Leiterplatten noch manuell zum Bestücken rein- und rausgeladen werden. Die bestückten Leiterplatten wurden dann anschließend per Sichtkontrolle manuell überprüft, ein durchaus zeitaufwändiger Prozess. So beschlossen wir nach einigen Monaten, ein AOI-System anzuschaffen und besuchten dazu die SMT in Nürnberg. Hier wurde uns von Schneider & Koch ein kompaktes (Stand-alone) Tischgerät zum Thema AOI vorgestellt, welches uns überzeugt hatte. Das LVCompact ist heute bei uns noch im Einsatz wenn es darum geht, Prototypen oder Kleinserien herzustellen. Zur Programmerstellung benötigen wir durchschnittlich und natürlich auch abhängig von der Leiterplatte ca. 3 Stunden, ein durchaus angemessener Wert.“ Der Fertigungshauptstrom läuft heute im Zwei-Schichtbetrieb über die neue Bestückungslinie, die alte steht auch zur Einzelstückfertigung im Ein-Schichtbetrieb zur Verfügung, in deren Gefüge das AOI-Tischgerät nach wie vor zuverlässige Dienste tut.

Die neue Bestückungslinie, bestehend aus einer Be- und Entladestation von Nutek, dem Horizon03-Drucker von DEK, zwei Bestückern von Samsung und einem Reflowofen von SMT, zusammen mit dem AOI LaserVision von Schneider & Koch, ist die Linie bereits fast ein Jahr in Betrieb. Durch die im Vorfeld gemachten Erfahrungen fiel die Entscheidung beim AOI-System leicht. „Unsere guten Erfahrungen mit dem kleinen Tischgerät halfen bei der Wahl. Natürlich haben wir uns auch bei Mitbewerbern umgeschaut, und trotzdem wieder für Schneider & Koch entschieden. Es ging um Qualität, Durchsatzgeschwindigkeit und letztendlich über den Preis, bis die Wahl fest stand. Zusätzlich und als weiterer Vorteil zu bewerten war, dass die Mitarbeiter sich bereits mit ähnlichem Gerät desselben Herstellers auskannten. Auch konnten die Prüfprogramme größtenteils auf das neue System überspielt werden.“

Mit der neuen Linie können bei optimalen Verfahrwegen bis zu 17.000 Bt/h produziert werden, waren es mit der alten gerade mal ca. 2.000 Bt/h. An einer Zwischenstation direkt vor dem Lötprozess werden die Leiterplatten manuell durch Mitarbeiter nach einem Bestückungsplan kontrolliert, ob alles richtig sitzt. Dann geht es ins Reflowlötsystem mit 4 Heiz- und 2 Kühlzonen. Die Magazine werden im Anschluss händisch zum AOI transportiert, das sich aus Platzgründen nicht in der Linie befindet. Vor 6 Jahren mit 1206-Bauteilen angefangen, bewegt man sich heute im kleinsten Bauteilbereich von 0603 bis QFP und 0,25-Pitch. Direkt hinter dem Testsystem befindet sich der Reparaturplatz, der bei Fehlermeldung zum Einsatz kommt. Im AOI werden die bestückten Leiterplatten genauso gescannt wie bereits beim Montieren, womit eine Rückverfolgbarkeit sicher gestellt ist. Im Unternehmen geht man auf Nummer sicher und hat das Testsystem sehr sensibel eingestellt, was natürlich die Pseudofehlerrate – in Abhängigkeit von der Anzahl an Bauteilen – anhebt. Bei Fehlerwarnung wird dieser zur genauen Identifizierung klassifiziert und archiviert. Der Produktionsleiter erläutert: „Wir nutzen zusätzlich das Statistik-Tool des AOI wenn tatsächliche Fehler passieren sollten, um so detaillierte Informationen zu erhalten.“

Das LaserVision-System von Schneider & Koch verfügt über eine modulare Systemarchitektur und kann durch zahlreiche Optionen einfach an ganz unterschiedliche Anforderungen angepasst werden. Mit dem modular aufgebauten Kamerakopf stehen dem Anwender 4-Mega-Pixel-Aufnahmemodule mit telezentrischem Objektiv und der Option der schrägen Kameras zur Verfügung. Für eine höhere Testabdeckung bieten zusätzliche Kameras den optimalen Einsatz für die Prüfung von Feinpitch, SMD- oder THT-Bauelementen. Individuell konfigurierbar bieten die Inspektionssysteme erhöhte Flexibilität für eine effiziente Fertigung, in der High-Mix und Low-Volume-Fertigung ebenso wie in der Massenproduktion. Erhältlich sind LaserVision Systeme als Stand-Alone oder Inline-System sowie optional mit einem vergrößerten Arbeitsbereich. Für die Integration in eine automatische Fertigungslinie gibt es ein Transportsystem. Barcodes können gelesen werden, die Kommunikation mit der Linie erfolgt gemäß SMEMA-Standard. Durch Erweiterungen wie Software für Schrifterkennung, CAD-Datenkonverter, Statistik-Modul, Offline-Programmiersoftware und einer Display-Testsoftware für Dot-Matrix, Multisegment, LCD, LED ist eine Anpassung an gegebene Erfordernisse realisiert. Darüber hinaus gibt es Optionen zur Erhöhung der Testgeschwindigkeit, unterschiedliche Kameraauflösungen oder ein Laser-Höhenmesssystem.

Als Partner für den Elektroniktest trägt so Schneider & Koch maßgeblich dazu bei, dass bei Resol ausschließlich qualitativ hochwertige und zuverlässige Produkte zur effizienten Nutzung der Solarthermie das Haus verlassen. (dj)

www.prueftechnik-sk.de, www.resol.de