Elektronikfertigung mit 3D Röntgeninspektion für hohe Qualität

Von der Kaufhaustür zum Oberklasse-PKW mit höchster Qualität

Elektronikfertigung mit 3D Röntgeninspektion

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Im fränkischen Donnersdorf, angesiedelt zwischen Schweinfurt und Bamberg, gründete sich im Jahr 1999 ein Start-Up mit speziellen Lösungen auf Basis von Radartechnologie. Heute gilt das Unternehmen als einer der größten Sensor- und Systemhersteller im Radarbereich für den Automotive- und Industriesektor. Zudem bietet InnoSenT externe Fertigungsdienstleistungen für Prototypen und Großserien an. Zur Sicherstellung der hohen Qualität in der eigenen Elektronikfertigung setzt das Unternehmen auf ein 3D-Röntgensystem von Göpel electronic.
Moderne Automobile erleben eine verheerende technische Entwicklung. Connectivity, autonomes Fahren und das Internet-of-Things zählen zu den derzeit beliebtesten Schlagworten der Automobilbranche. Davon profitiert auch InnoSenT, Entwickler und Hersteller von Sensoren zur Überwachung des toten Winkels, von Spurwechselassistenten und Abstandsmessern. Die Anfänge des Unternehmens liegen bei automatischen Türöffnern auf Radarbasis, wie sie in den meisten Bürogebäuden oder Kaufhäusern zu finden sind. Im Jahr 2006 wurde die Automobilbranche mit riesigen Potentialen erschlossen, da beispielsweise das Thema Sicherheit stark an Bedeutung zunahm. Die Besonderheit am Einsatz der Radartechnologie liegt in der Unabhängigkeit von äußeren Einflüssen. Im Gegensatz zu optischen Systemen wie Infrarot oder Kameras ist Radarsensorik nicht auf gute Sichtverhältnisse angewiesen. Das Umfeld wird berührungsfrei mittels elektromagnetischer Wellen erfasst, nahezu unabhängig von Lichtverhältnissen, Wetterbedingungen und Schmutz. Solche Fahrassistenzsysteme galten vor Jahren noch der Oberklasse vorbehalten. Durch die rasante technologische Entwicklung und den wachsenden Volumenmarkt werden Radarsysteme in großen Stückzahlen und zu immer günstigeren Kosten produziert. Doch vollkommen gleich ob kostengünstiges Massenprodukt oder hochpreisige Spezialentwicklung: Qualitätsanforderungen, getrieben durch die Automotive Industrie, sind gleich hoch. Dabei erfolgt die Kontrolle und Qualitätssicherung der Produkte zu 100 Prozent im eigenen Haus.
Hohe Variantenvielfalt problemlos bewältigt
Sämtliche elektrische Baugruppen werden In-House gefertigt. Dadurch wird zuverlässige Qualität und höchste Flexibilität in der Elektronikfertigung gewährleistet. Zusätzlich bietet das Unternehmen Auftragsfertigung und kundenspezifische Prototypenfertigung über den gesamten Produktionsprozess an, beginnend bei Design und Materialauswahl bis hin zur Endmontage ins System. Hauptaugenmerk liegt jedoch auf der Fertigung der Radarsysteme auf insgesamt drei Fertigungslinien. Mit SMD-, THR- und THT-Verfahren wird eine große Vielfalt an Baugruppen gefertigt, teilweise in Mischbestückung. Die Losgrößen liegen bei 1 bis 10.000 Stück. Beginnend bei der klassischen FR4-Baugruppe mit großen Bauteilen zur Spannungsversorgung und Signalverarbeitung bis hin zur 8-lagigen Hochfrequenzbaugruppe aus Keramik-Misch-Substraten wurden im Jahr 2015 insgesamt rund 3,5 Millionen Leiterplatten gefertigt. Die Komplexität der Baugruppen unterscheidet sich je nach Modell. In Hochfrequenzbereichen herrscht vorwiegend ein sehr kleines Bauteilspektrum mit Bare-Dies (Halbleiterbauteile) auf Keramik-Misch-Substraten auf der einen Seite, Becher-Elkos, Spulen und Steckverbindern auf der anderen Seite. Auch kleinste Chipformen sind inzwischen routiniertes Tagesgeschäft. Vier SMD-Bestückungsautomaten stellen hohe Variantenvielfalt auch bei großen Stückmengen sicher, dabei können auch große Baugruppen bis 460 mm x 460 mm verarbeitet werden. Der Lötprozess erfolgt in Stickstoff-Reflow-Vollkonvektionsöfen, bei Bedarf ist ein In-Line-Vakuum-Löten möglich, um Lufteinschlüsse, z.B. in Kühlflächen, zu minimieren.
Kundenzufriedenheit durch Qualität
Bei InnoSenT wird ein breites Spektrum an Prüfmethoden eingesetzt. Dies beginnt schon beim Lotpastenauftrag, welcher inline dreidimensional inspiziert wird. Nach dem Bestücken und Löten werden die Baugruppen von Inline-AOIs, In-Circuit-Testern und Funktionstestern auf Korrekte Funktionalität geprüft. Um eine möglichst hohe Testabdeckung zu erhalten, und den Qualitätsanforderungen der Automobilindustrie gerecht zu werden, setzt das Unternehmen seit kurzem auch ein 3D-Röntgensystem zur Inspektion beidseitig bestückter Leiterplatten ein. Die Wahl fiel dabei auf das X Line·3D von Göpel electronic, welches in der Fertigung als Insellösung eingesetzt wird, um die Inspektionsaufgaben aus zwei Fertigungslinien zu stemmen.
„Komplexe Baugruppen mit BGA- und QFP-Bauelementen sowie verdeckte Lötstellen machten die Anschaffung eines 3D-Röntgeninspektionssystems unumgänglich“, sagt Udo Müller, Management SMD Center bei InnoSenT. „Die Prüftiefe hat sich seitdem merklich erhöht. Wir legen ein Hauptaugenmerk auf Lötstellen an Gullwing-Anschlüssen, auf die Messung von Lufteinschlüssen in Heat-Sinks unter QFNs und auf die Messung des Lotdurchstiegs an Steckverbindern. Klassische AOI-Technik konnte uns an dieser Stelle nicht weiterhelfen.“ Doch auch eine 2D- oder 2,5D-Röntgeninspektion stößt schnell an ihre Grenzen. Das X Line·3D von Göpel electronic erfasst Lötstellen schichtweise. Integrierte Rekonstruktionsverfahren werten die einzelnen Schichten aus und ermöglichen somit verlässliche Rückschlüsse auf die Qualität von THT- oder BGA-Lötstellen. Doch nicht nur die Zuverlässigkeit der Prüfresultate steht im Vordergrund. Der hohe Durchsatz an Baugruppen von Produkten aus dem Volumenmarkt macht ein Einhalten der Taktzeiten unabdingbar. „Die Prüfzeit ist maßgeblich. Eine vollständige Röntgenprüfung bei einer Fläche von 250 mm x 200 mm inklusive zusätzlicher integrierter AOI-Prüfung war Voraussetzung bei der Auswahl des Lieferanten“, bemerkt Udo Müller. Besonders ist hierbei, dass die Röntgenprüfung als primäre Prüfung für Lötstellen eingesetzt wird, das AOI sekundär für Schrifterkennung und Polaritäten eingesetzt wird. Röntgen als primäre Prüftechnologie hat den Vorteil, dass die Lötstellen frei von Reflexionen und Schatten geprüft werden können, was zu einer deutlich niedrigeren Pseudofehleranzahl führt.
Die Wahl von Göpel electronic als Röntgenlieferant fiel in erster Linie aufgrund der Ergebnisse diverser Benchmarks. Durch die enge Zusammenarbeit mit dem Partner Hella fiel der Zuschlag auf die Systeme aus Jena. Der Inspektionssystemehersteller ist weltweit an mehreren Standorten des Automobilzulieferers Hella für die Röntgeninspektion zuständig. Die gute Erfahrung wurde somit weitergetragen. „Auch die Übersichtlichkeit der Software und die Bedienbarkeit des Systems sowie die innovativen Technologien ließen uns im Prinzip keine andere Wahl, als uns für Göpel zu entscheiden. Dass dabei noch auf unsere speziellen Wünsche eingegangen wurde und der Support stets zur Stelle ist, bestätigt uns in unserer Auswahl.“
In erster Linie erfüllt das X Line·3D die hohen Anforderungen im Automotive-Bereich. Das Ziel, Serienfehler im Hochvolumenbereich frühzeitig erkennen zu können und somit den Ausschuss zu minimieren, kann dadurch erreicht werden. Damit ist InnoSenT für die vielversprechende Zukunft im Radarsensorenbereich, ganz gleich ob Industrie oder Automotive, bestens gewappnet.
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