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Einfache Fehleranalyse

Prozesskontrolle und Fehleranalyse mittels hochauflösender Röntgeninspektion
Einfache Fehleranalyse

Manuelle und automatische Prozesskontrolle und Fehleranalyse in der Baugruppenfertigung, einfache Programmierung der Inspektionsmodule, höchste Auflösung bis in den Submikrometerbereich sowie nachgewiesene höchste Präzision von Hardware und Software – die Anforderungen der Phoenix Contact Electronics GmbH an ihr zukünftiges Röntgeninspektionssystem waren sehr anspruchsvoll und vielseitig. Nun nutzt das Unternehmen einen microme|x alpha von Phoenix-Xray für die Qualitätssicherung seiner breiten Produktpalette.

Dr. Dirk Neuber, Phoenix-Xray, Wunstorf

Mit rund 8 400 Mitarbeitern gehört die Phoenix-Contact-Gruppe weltweit zu den Marktführern der elektrischen Verbindungstechnik und elektronischer Interface-Systeme. Die hochintegrierten elektronischen Baugruppen für die industrielle Kommunikationstechnik werden für die gesamte Unternehmensgruppe von den 660 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern der Phoenix Contact Electronics am Standort Bad Pyrmont gefertigt. Große Baugruppenserien werden auf drei durchsatzstarken SMT-Bestückungslinien mit Reflow-Öfen gefertigt; daneben wird auch auf Wellen- und Stempellöten sowie auf Selektivlöten unter Schutzgasatmosphäre gesetzt.
Georg Reuter, der bei Phoenix Contact Electronics für die Verfahrenstechnik verantwortlich ist, betont die Bedeutung stabiler Lötprozesse: „Wer Qualität ohne hohe Ausschuss- und Reparaturkosten produzieren will, muss die Bestückungs- und Lötprozesse perfektionieren. Dann braucht man keine Röntgenausrüstung, um die gesamte Produktion zu kontrollieren – es genügen Stichprobenuntersuchungen, um rechtzeitig gegensteuern zu können, lange bevor ein Prozess komplett aus dem Ruder läuft.“ Dabei fängt die Prozessoptimierung mittels Röntgeninspektion für ihn lange vor der Serienfertigung an: Georg Reuter nutzt den microme|x alpha bereits im Vorfeld bei der Lot-Evaluierung, um die Porenbildung unterschiedlicher Lotpasten miteinander zu vergleichen. „So können durch gezielte Auswahl aller Verfahrensparameter Fehlerquellen im Vorfeld vermieden werden, anstatt hinterher Fehlteile aussortieren zu müssen.“ Voraussetzung hierfür ist die Vergleichbarkeit der unterschiedlichen Versuchsserien.
Maschinenfähigkeitsuntersuchung bestätigt Präzision
Um zweifelsfrei nachzuweisen, dass der microme|x alpha in jeder Beziehung verlässliche und reproduzierbare Untersuchungsergebnisse generiert, vereinbarten Hersteller und Kunde bereits bei der Bestellung, die Präzision der Anlage durch das unabhängige Messinstitut CeTaQ verifizieren zu lassen. Getestet wurde zunächst die Wiederholgenauigkeit des CNC-Achssystems inklusive der Positionserkennung und Auswertung. Dann wurde anhand von bestückten Leiterplatten aus der Serienfertigung ein Inspektionsprogramm programmiert, um den Porengehalt eines BGAs an unterschiedlichen Stellen mit unterschiedlichen Boards und aus unterschiedlichen Rotationswinkeln zu messen. Abschließend wurde ein Prüfprogramm zur Durchmesserbestimmung von Zinnkugeln mit bekanntem Durchmesser generiert. Um die Linearität des Abbildungsmaßstabes bei unterschiedlichen Vergrößerungen zu überprüfen, wurden mehrere Messreihen zwischen der kleinsten und der größten Vergrößerung gefahren. Georg Reuter zeigt sich von den Ergebnissen begeistert: „Uns hätten 2% Abweichung entsprechend 15 Mikrometern vom mittleren Durchmesser genügt, tatsächlich war sie mit rund 5 Mikrometern absolut unkritisch.“ Auch die Wiederholgenauigkeit des Achssystems war deutlich besser als die geforderten Standards. Ebenso wurde der Reproduzierbarkeit des gemessenen Porengehalts mit einer GRR-Prozesstoleranz deutlich unter 10% die uneingeschränkte Tauglichkeit bescheinigt.
Automatische Röntgeninspektion
Bei der Auswahl des Gerätes war die automatische Inspektion von BGA-, QFP-, und THT-Lötstellen mit bis zu 70 Grad Schrägdurchstrahlung ein Grundkriterium. Um auch größere Stückzahlen von bis zu 360 x 460 mm großen Leiterplatten ohne manuelles Handling prüfen zu können, entschied man sich im Unternehmen für den microme|x alpha, der über ein automatisches internes Leiterplattenhandling verfügt, um Leiterplatten selbständig aus einem Magazin zu laden und nach der Inspektion wieder zu entladen. „Wichtig ist die einfache Bedienbarkeit und Programmierung des Systems. Denn was nützt ein automatisches Inspektionsgerät, wenn Einrichtung und Programmierung unflexibel und kompliziert sind und viele Stunden in Anspruch nehmen“, merkt Georg Reuter an. Hier ermöglicht die intuitiv zu bedienende Bildverarbeitungs- und Programmierungssoftware quality|assurance von Phoenix-Xray beispielsweise den einfachen CAD-Daten-Import für eine schnellere Programmierung ganzer Boards.
Der Tester mit seiner mehr als 11 000fachen Vergrößerung wird bei der Phoenix Contact Electronics längst nicht nur zur Prozesskontrolle genutzt, sondern auch zur Schadensanalyse: Die Abbildung rechts zeigt beispielsweise eine Detailvergrößerung einer als defekt reklamierten Baugruppe. An der Oberfläche der Leiterplatte war lediglich eine Wölbung sichtbar, die der Kunde als Delaminierung und damit als Herstellungsfehler interpretierte. Ein kurzer Blick mit dem Testgerät dagegen bewies, dass die Baugruppe unter Spannung eingesteckt worden war – es kam zur Überspannung, welche die Leiterbahn regelrecht verdampfen ließ.
„Dadurch, dass der microme|x nicht in die Produktionslinie integriert ist, sondern ausschließlich der Prozesskontrolle dient, können alle Abteilungen unseres Hauses auf ihn zugreifen“, erläutert Georg Reuter und fährt fort: „Es hat sich schnell herumgesprochen, dass nun viele Untersuchungen möglich sind, die früher nicht oder nur mit aufwändigen Schliffen möglich gewesen wären. So kann man beispielsweise wunderbar selbst komplett abgeschirmte Bauteile durchstrahlen, um dann in ihrem Innern gebrochene Kabel oder andere Defekte zu entdecken.“ Nur selten kommt es vor, dass Untersuchungsobjekte eine derart komplexe Struktur haben, dass sich ihre Objektmerkmale im 2D-Durchstrahlungsbild völlig überlappen. In solchen Fällen ist dann Computertomographie von Nöten. Auch hier braucht man nicht auf externe Dienstleistungen zugreifen, denn das Stammhaus im nahen ostwestfälischen Blomberg verfügt seit kurzem über einen hochauflösenden Computertomographen: einen v|tome|x s, ebenfalls von Phoenix-Xray.
EPP 458

Phoenix Contact Electronics
Seit Mitte 1996 fertigt Phoenix Contact Electronics hochintegrierte elektronische Baugruppen mit modernen Produktionsmethoden inklusive Test- und Serviceequipment. Die Mitarbeiterzahl beträgt derzeit rund 660 Personen. Als Fertigungsunternehmen für elektronische Baugruppen und Software bedient das Unternehmen die Phoenix Contact-Gruppe mit Hightech-Produkten der industriellen Kommunikationstechnik.
Phoenix Contact Electronics ist Mitglied der Phoenix-Contact-Gruppe. Diese umfasst neben dem Stammhaus Phoenix Contact, Blomberg, die Schwestergesellschaft Phoenix Feinbau in Lüdenscheid (Fertigung von Stanz- und Biegeteilen) sowie über 40 internationale Vertriebsgesellschaften. Die Gruppe gehört weltweit zu den Marktführern der elektrischen Verbindungstechnik und elektronischer Interface-Systemen.

Phoenix-Xray Systems + Services
Phoenix-Xray ist ein führendes Unternehmen für hochauflösende 2D-Röntgeninspektion und 3D-Computertomographie, wurde 1999 gegründet und beschäftigt heute weltweit mehr als 100 Mitarbeiter. Am Hauptsitz in Wunstorf bei Hannover befindet sich neben der Forschung und Entwicklung auch die gesamte Produktion der Röntgeninspektionssysteme. Neben Wunstorf verfügt das Unternehmen über weitere Labore für Röntgendienstleistungen in Stuttgart, München, und St. Petersburg (Florida). Im Geschäftsjahr 2006 erwirtschaftete die weltweite Unternehmensgruppe einen Jahresumsatz von 32,5 Mio. Euro, und hat sich damit als Marktführer im Bereich der zerstörungsfreien Materialprüfung mittels hochauflösender Röntgentechnologie etabliert.
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