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Automatisierter optischer Test

Garantierte Qualität in der Wire-Bond-Verbindungstechnik
Automatisierter optischer Test

Bonddrahtverbindungen sind aus dem modernen, auf immer kleinerem Footprint ausgelegten Design elektronischer Schaltungen schon lange nicht mehr wegzudenken. So ist auch die Vielfalt der Anwendungen und Ausprägungen stark gewachsen. Zugleich steigen die Qualitätsanforderungen der Endkunden, die in der momentanen wirtschaftlich angespannten Lage noch weniger Mängel in der Zulieferqualität akzeptieren können. Deshalb ist die Sicherstellung der Qualität von Drahtbonds heute ein herausragendes Thema für viele Unternehmen.

Wolf Rüdiger Pennuttis, Viscom AG, Hannover

Eine der größten Herausforderungen beim Testen von Bonddrähten ist die sichere Unterscheidung von Gut- und Schlechtteilen. Neben der optischen Inspektion, manuell oder automatisch durchgeführt, werden mechanische und elektrische Tests eingesetzt.
„Diese Tests haben im Einzelfall durchaus ihre Berechtigung, besonders wenn keine 100%-Prüfung erforderlich ist. Müssen jedoch wirklich alle Teile zu 100% geprüft werden, ist für einen Anbieter, der auf erstklassige Qualität setzt, eine automatisierte optische Kontrolle die Lösung der Wahl“, sagt Volker Pape, Vorstand der Viscom AG und einer der Gründer des Unternehmens.
Prüfverfahren im Blickfeld
Betrachtet man die Verfahren im Einzelnen, so lässt sich folgendes feststellen:
  • Pull- oder Schertests sind für eine 100%- Kontrolle ungeeignet, weil sie die Bauteile zerstören oder vorschädigen können.
  • Elektrische Tests zeigen den aktuellen Leitungszustand der Schaltung, nicht jedoch die zu erwartende Stabilität der Schaltung beim Einsatz im Felde.
  • Die manuelle optische Prüfung birgt Schlupfgefahren. Auch völlig ausgeruhte und erfahrene Mitarbeiter arbeiten nicht fehlerfrei. Ihre Prüfung ist immer abhängig von der Tagesform und wird nicht nach objektiv immer gleichen Kriterien durchgeführt.
  • Die automatische optische Prüfung, allein oder in Ergänzung zu vorgenannten Verfahren, kann eine sichere Prüfung an 100% der Bauteile gewährleisten.
Genaues „Hinschauen“ ist also angeraten. Wie ein „guter Bond“ aussieht, hängt stark von dem Zweck ab, für den er hergestellt ist. Zwischen HF-Bonds im Radarbereich und Bonds für Leistungsanwendungen in der Energieversorgung bestehen gravierende Unterschiede, die sich in der optischen Erscheinung widerspiegeln.
Umso wichtiger sind Erfahrungen in den Prozessen und Technologien der einzelnen Anwendungsbereiche. Dieses Wissen ist die Basis, auf der eine solide optische Inspektion beruht. Ohne Erfahrung und profundes verwertbares Vorwissen können schnell falsche Schlüsse bei der Entwicklung der Algorithmen gezogen werden. Eine hohe Anfälligkeit für Pseudofehler ist dann vorprogrammiert.
Automatische optische Bonddrahtinspektion
Erfahrungen helfen auch bei der Erschließung weiterer Anwendungsbereiche. Für Viscom, einen führenden Hersteller von AOI-Syste-men, gehören das im Hause vorhandene Know-how und die Freude an neuen Ent- wicklungen eng zusammen. Ausgehend von der Erfahrung aus vielen hundert Drahtbondanwendungen hat man einen Baukasten entwickelt, der punktgenau auf jede einzelne Bond-Applikation zusammengestellt werden kann.
„Dieser Baukasten umfasst Maschinengestell, Achssysteme, Kameraköpfe mit Beleuchtung und das Transportsystem in der Maschine“, erklärt Rolf Demitz, als Bereichsleiter NP (Neue Produkte) auch für die Produkte zur Bonddraht-Inspektion verantwortlich. „Dabei greifen wir weitgehend auf bewährte hochwertige Standardplattformen unserer Systeme zurück. Wir sind darüber hinaus in der Lage, kundenspezifische Teil- oder Komplettlösungen neu zu entwickeln und umzusetzen.“
Flaggschiffe der Bond-AOI-Serie des Unternehmens sind die Maschinen vom Typ S6053BO-V und S6056BO. Beide Maschinen sind vollständig für den Inline-Betrieb konzipiert. Sie unterscheiden sich im Wesentlichen in der Größe der Prüflinge. Das V-Modell kann im Einspurbetrieb Baugruppen größer als 300 mm x 400 mm aufnehmen, die S6056BO kommt sogar auf Prüflingsgrößen von mehr als 500 mm x 500 mm. Die Maschinen sind so gestaltet, dass sie Carrier und Boote, wahl-weise auch Leiterplatten oder empfindliche Keramiken, aufnehmen können. Linearachsen in x, y und z bewegen Beleuchtungs- und Kameraeinheit punktgenau an die richtige Stelle, die Prüflinge sind während der Inspektion fixiert.
Für die manuelle Beladung steht darüber hinaus die S2088BO-II zur Verfügung. Dieses neue Produkt ist speziell für die Inspektion von Bonds auf Leiterplatten oder von Prüflingen in flachen Booten konzipiert und bietet eine preiswerte Alternative bei „offline-Stückzahlen“.
Darüber hinaus stehen auf der Basis der S2012 und S3012 Lösungen für die Reel-to-reel-Fertigung und für mehrdimensionale Baugruppen wie MIDs zur Verfügung. Dabei kommen als Kameraführungssysteme auch Roboter zum Einsatz.
Die wichtigsten Voraussetzungen für die Drahtbondinspektion sind jedoch die Aspekte der optimale Beleuchtungs- und Kameraauslegung sowie die nötigen leistungsfähigen Bildverarbeitungsalgorithmen.
Optimale Kamera- und Beleuchtungstechnologie
„Ein sehr großer Schritt in Richtung noch mehr Flexibilität und Prüftiefe war der Einstieg in die VisCam-Kameratechnologie“, erklärt Rolf Demitz.
Die hauseigene Technologie erlaubte die Entwicklung des VHR-Moduls, welches große Bildfelder bei sehr hoher Auflösung auf der Basis eines 5-MP-Chips verbindet. Mit diesem Modul werden Drähte untersucht, deren Durchmesser < 20 µm beträgt. Dickdrahtanwendungen werden mit Kameraköpfen untersucht, die bis zu acht 5-MP-Kameras enthalten und so mit großen Bildfeldern für einen hohen Durchsatz sorgen. Dabei können auch geneigte Ansichten von Wedges zur Inspektion herangezogen werden. Alle Kameraköpfe verfügen über gruppenweise ansteuerbare Beleuchtungseinheiten auf LED-Basis, die spezielle „Bond-Beleuchtungen“ erzeugen. Sie sind in der Lage, die Fehler am komplex reflektierenden Draht sicher herauszuarbeiten.
Beleuchtung ist das A und O
„Beleuchtung ist das A und O für die Bildverarbeitung. Das gilt in besonderem Maße für die Drahtbondinspektion. Wir sind stolz darauf, hier über viele Jahre extrem leistungsfähige Beleuchtungstypen entwickelt zu haben“, so Rolf Demitz.
Besonderes Augenmerk wird auf die Kapazitäten der Inspektionsalgorithmen gelegt. Die seit nunmehr fast 15 Jahren stetig weiterentwickelten Verfahren berücksichtigen nicht nur die Vermessung von Balls und Wedges oder die Verfolgung des Drahtverlaufs einschließlich der Kontrolle auf Kurzschlüsse, sie werden auch an typische spezielle Ausprägungen angepasst, wie sie beispielsweise bei DBC-Bonds oder bei Stitch-on-ball-Bonds vorkommen. Die Bond-AOIs des Unternehmens erreichen dabei eine extrem hohe Prüftiefe.
Leistungsfähige Bildverarbeitungsalgorithmen
Wo findet man nun die meisten Inspektionsaufgaben an Bonddrähten?
Dazu Vorstand Volker Pape: „Eigentlich überall, wo automatische Bonder eingesetzt werden. Natürlich besteht ein Schwerpunkt in sicherheitsrelevanten Bereichen, in denen ein Systemausfall schlimme Folgen haben würde. Ich denke da zum Beispiel an die Herstellung von Steuergeräten von Bremssystemen für die Automobilindustrie oder auch an Anwendungen für die Luft- und Raumfahrt. Wir haben aber ebenso Projekte und Anfragen aus der Medizintechnik oder der Solarindustrie. Kurz: wenn der Ausfall der gebondeten Schaltung gefährlich oder teuer wird, ist der Einsatz einer automa- tisierten optischen Prüfung unumgänglich. In vielen anderen Fällen ist er sehr empfehlenswert. Die Viscom-Inspektionssysteme liefern unseren Kunden den Nachweis ihrer Qualität, weil sie sicherstellen, dass nur gute Bauteile zum Endkunden der Schaltung gelangen. Das sichert Aufträge und spart Zeit und Geld.“
Das Unternehmen stellt ihre Expertise für Interessenten und Kunden gerne zur Verfügung. Auf der Grundlage der Kundenschaltungen untersucht das Unternehmen, welche Lösung optimal im Hinblick auf Wirtschaftlichkeit und Sicherung der Qualitätsanforderungen ist.
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