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Erste Ergebnisse sind verwertbar

Optische sowie Röntgeninspektion und Probleme mit "Bleifrei"
Erste Ergebnisse sind verwertbar

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Unruhe entsteht immer dann, wenn an bewährten Techniken gerüttelt wird, wie jetzt an der den Packaging- und Boardinterconnects. Die Diskussion um mögliche Auswirkungen von „Bleifrei“ in der Inspektion lautet: erleichtert oder erschwert das Lötmaterial die Defekterkennung?

Joachim Gudat, Sales-Director, Feinfocus Röntgen-Systeme

Die in der Branche entstandene Hektik verwundert. Scheinbar sehen einige Hersteller von Inspektionssystemen ihre „Felle“ davonschwimmen oder sie trauen ihrer eigenen Technik nicht mehr. Anders lassen sich die zuletzt beobachteten Reaktionen nicht erklären. So kauft der eine zu seiner Röntgensystempalette optische Technik hinzu, hingegen stehen Hersteller optische Inspektionssysteme ihrer Lösung inzwischen etwas kritischer gegenüber und interessieren sich für Röntgentechnik. Die Hersteller manueller Inspektionssysteme automatisieren ihre Produktpalette, die Automaten-Anbieter wiederum ergänzen das Spektrum mit manuellen Systemen. Wird hier versucht, ein Stück von der Torte des jeweiligen Mitbewerbers abzuschneiden? Werden gar die Claims abgesteckt für den Tag X, an dem die bekannt sein wird,wie in Zukunft inspiziert werden soll?
Aus Sicht der Anwender sieht dieses Verhalten bestenfalls nach Unsicherheit aus. Das, was die automatischen Inspektionssysteme (Kamera- oder Röntgentechnik) von manuellen Systemen unterscheidet, nämlich Preis, Durchsatz und Pseudofehlerrate, ist auch zugleich deren Problemzone. Der Preis muß einer Wirtschaftlichkeitsberechnung standhalten, die weniger vom Investitionsvolumen als vielmehr von Produktionsgeschwindigkeit und Aussagesicherheit der ermittelten Werte bestimmt wird. Natürlich geht es auf Kosten der Aussagesicherheit, wenn die Inspektionsgeschwindigkeit erhöht wird. Andersherum aber ist die Wirtschaftlichkeit wieder gefährdet.
In diese Problematik stößt nun die Bleifrei-Diskussion. Sollten sich andere Löttechniken durchsetzen, muß sich eine ganze Armada von Programmierern an das Umschreiben der optischen Bewertungskriterien machen. Denn das bleifreie Lot wird für einen anderen Benetzungswinkel sorgen und damit dem Lotverlauf die Charakteristik einer kalten Lötstelle geben. Dieser Umstand wird sich erheblich auf die Pseudofehlerrate auswirken. Für die Röntgentechnik zeichnet das bleifreie Lot für eine Kontrastschwäche im Bild verantwortlich, während optische Kameras die glänzende Oberfläche als Bewertungskriterium vermissen werden.
Es gäbe also zunächst einmal die auftretenden optischen Effekte zu klären. Erst dann sollte sich die Frage nach der wirtschaftlichen Machbarkeit stellen. Der Preis für das bleifreie Lot steht noch nicht fest, wird aber sicher von allen Beteiligten bezahlt werden. Denn die automatische Inspektion, optisch oder durch Röntgen, wird weiterhin als On-line-Prozeßkontrolle in der Boardfertigung erforderlich sein. Nur mit einer 100%igen Inspektion ist man nahe genug am Prozeßschritt, um korrigierende Maßnahmen rechtzeitig vorzunehmen. Das ist unbestritten, wenn da nicht die Pseudofehlerrate wäre, die manch kostengünstige automatische Lösung in Zweifel stellt. Immer wenn sich die Prozeßtechnik ändert, hat das Auswirkungen auf die Entscheidungssicherheit der vorgegebenen Bewertungskriterien. Wirklich schlimm kann es werden, wenn demnächst etwas als gut bewertet werden soll, was bisher ein schwerer Fehler war. Erfahrene Applikationsingenieure sind in der Lage, derartige Veränderungen im Röntgen- oder Kamerabild umgehend zu interpretieren – das gilt allerdings nicht für die Produktionsschritte innerhalb der Linie.
Manuelle Inspektionsmethoden in der Fertigung haben ihre Berechtigung. Im PCB-Assembly übernehmen sie strategische Teilaufgaben, die sie auch in Zukunft ausführen werden:
• Analyse der nicht bekannten Bewertungskriterien einer Lötstelle – beispielsweise wenn während oder kurz vor der Prozeßeinführung von neuen Techniken wie BGA, µBGA, COB, oder Flip-Chip linienspezifische Fertigungsfehler auftreten
• Zur Stichprobenkontrolle während der laufenden Fertigung, zur Ergänzung der automatischen Inspektion bei Exoten oder zur Kontrolle eines eingefahrenen stabilen Fertigungsprozesses
• Für die Inspektion nach der Reparatur mit Advanced-Packages oder Lötstellen, die einer wiederholten, automatischen Inspektion nicht standhalten
• Für alle Bauelemente, verlötet oder nicht verlötet, die unmittelbar ohne Zeitverlust inspiziert werden müssen. Dies gilt für neue Bauelemente ebenso wie für Second-Source-Bauteile und Rückläufer aus dem Feld oder der Qualitätskontrolle
Auf manuellen Röntgensystemen haben längst die Technologieuntersuchungen von bleifreien Lötstellen begonnen. Deshalb sind auch hier Erfahrung und Interpretationsfähigkeit des Ingenieurs gefragt. Es gilt, das kontrastschwache Bild und den Meniskusverlauf einer unbekannten Lötstelle zu analysieren, so daß allgemeingültige Kriterien vorhanden sind. Diese Kriterien müssen dann in Software-Algorithmen gefaßt werden. Die ersten Ergebnisse sind verwertbar. Mit ihnen läßt sich eine qualitative Bewertung der Lötverbindungen vornehmen. Bleibt das Problem der Bildqualität. Wegen der geringen Kontraste werden Wünsche nach empfindlicheren Sensoren laut. Auch hier laufen die Entwicklungen auf Hochtouren. In gleichem Maße recherchieren einige Herstel-ler Verfügbarkeit und Preis der neuenFlat-Screen-Röhren. Hersteller von Röntgenröhren reagieren auf die dann notwendig werdende höhere Röntgenleistung und haben inzwischen die ersten Schritte zur Weiterentwicklung ihrer Systeme eingeleitet.
Womit wir wieder beim Ausgangspunkt wären. Bei Richtungsänderungen einer Technologie muß nicht immer gleich zum Ausweichen nach „neuen“ Märkten gesucht werden. Firmen mit gewissem Anspruch können solche Veränderungen als Herausforderung annehmen.
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