Nahe an der Fehlerquelle und sicher beim Erkennen muss die automatische optische Inspektion sein. Unterschiedliche Ansichten gibt es allerdings darüber, an welchen Stationen in der Baugruppenfertigung die Inspektion erfolgen soll. Ziel ist natürlich immer das Einhalten des geforderten Qualitätsstandards bei Minimierung der Gesamtkosten, die sich aus den Kosten für die Inspektion einerseits und denen für notwendige Reparaturen oder Ausschuss andererseits ergeben. Ganz wesentlich in diesem Zusammenhang ist das Minimieren von Pseudo- und unerkannten Fehlern. Von Bedeutung ist weiterhin der Einfluss der AOI auf den Durchsatz des Prozesses.
Peter Jordan, Offenbach
Die stürmische Entwicklung in der Computertechnologie hat die Voraussetzungen für einen breiten, durchgängigen Einsatz hochentwickelter AOI-Verfahren geschaffen: Schnellere und leistungsfähigere Rechner, enorme Fortschritte in der CCD-Technik und erhebliche Beschleunigungen und Verbesserungen bei der digitalen Bilderfassung und -analyse kennzeichnen die Entwicklung. Gleichzeitig wachsen in der Industrie die Anforderungen, vor allem durch die fortschreitende Miniaturisierung – Stichworte sind hier 0402 und 0201.
Ein wichtiger Vorteil moderner Inspektionsverfahren ist die Möglichkeit, Unregelmäßigkeiten sofort und nahe an der Fehlerquelle zu erkennen, um deren Ursachen zu beseitigen bevor größerer Schaden entsteht. Die Fehlerursachen können baugruppenbezogen ermittelt werden, die Datenerfassung für SPC-Systeme kann in Echtzeit erfolgen.
Bei dem noch vielfach praktizierten EOL-Prinzip („End of the Line“, komplette Inspektion am Ende der Fertigungslinie) werden Fehler und deren Ursachen in der Regel zu spät oder auch gar nicht entdeckt. Fehlerursachen im Prozess lassen sich dann nur mit großem Aufwand lokalisieren. Erforderliche Reparaturen sind zeit- und kostenaufwändig, weil der Lötprozess ja bereits erfolgt ist. Gegenstand der Inspektion sind Ab-/Anwesenheit von Bauelementen, Polarität, Wertigkeit, Lötbrücken, „dry joints“, die Größe sowie die Form der Lötverbindungen – es wird dabei also zum Schluss praktisch alles getestet. Die Nachteile der „EOL-Methode“ sind hohe Programmierzeiten, eine Verminderung des Durchsatzes wegen des großen Umfangs der Inspektion und – im Hinblick auf die Prüfung der Lötverbindungen – eine sehr hohe Rate von Pseudofehlern und unentdeckten Mängeln. Eine alleinige Komplett-Inspektion nach dem Reflow-Löten ist also heute kaum noch wirtschaftlich zu vertreten, denn die Fehlererkennung „Just in Time“ ist längst keine Kostenfrage mehr.
Nach dem Pastendruck ist der Nutzen der AOI weit größer, denn bis zu 70% aller Fehler in der SMT-Linie entstehen in diesem Bereich. Allerdings bremst eine in den Pastendrucker integrierte 2D- oder 3D-Inspektion den Prozess. Die Fehlerbeseitigungskosten sind an dieser Stelle noch niedrig, da nur Paste – aber noch keine Bauelemente – auf das Board aufgebracht wurde. BGA- und Finepitch-Anwendungen kann hier ganz selektiv besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden. Sinnvoll ist eine optische Inspektion auch nach dem Highspeed-Chip-Shooter. Es können sowohl die bereits platzierten passiven Bauelemente als auch die Lotpaste für die kritischen Finepitch- und BGA-Komponenten analysiert werden. Schließlich ist damit der Verschleiß von Nozzles und Feedern für vorbeugende Wartungen am Chip-Shooter rechtzeitig erkennbar. Bei einer Inspektion nach der Finepitch-Bestückung können mit Hilfe einer Schrifterkennungs-Software zusätzlich bestimmte Bauteilwerte geprüft und Fehler vor dem Reflow-Löten erkannt werden.
Elektronikfertiger in der Telekommunikations- und Automobilindustrie sind die Vorreiter beim Wandel von der EOL- zur In-Process-Inspektion. Sie setzen AOI vor dem Löten – in der Regel nach Pastendruck und nach dem Chip-Placement – ein. Die Aufgaben der Inspektion nach dem Reflow-Löten beschränken sich auf die Kontrolle des Lötprozesses – das Erkennen nicht gelöteter Verbindungen und Brücken und eventuell das Überprüfen der richtigen Lage bestimmter Bauteile. Ergänzend und selektiv kommt die Röntgen-Inspektion zum Einsatz. Die Anforderungen an ein AOI-System zur „In-Process“-Inspektion sind
• eine kleine Stellfläche, um es problemlos in die Linie zu integrieren,
• ein Durchsatz von 200.000 BE/h, damit die Bestücksysteme nicht ausgebremst werden,
• schnelle Programmerstellung durch Verwendung von Bibliotheken,
• Offline-Programmierstation, um die Stillstandszeiten zu reduzieren,
• Echtzeit-SPC-Fähigkeit und
• Netzwerkfähigkeit.
Die Vision-Systeme von Vi-Technology nutzen darüber hinaus Vectoral-Imaging, ein Vektorisierungs-Verfahren, bei dem der Analyse nicht mehr das fehleranfällige Korrelationsverfahren zugrunde liegt, sondern synthetische Modelle aus einer Bauteilebibliothek. Durch dieses Verfahren lassen sich Programme in wenigen Stunden erstellen. Pseudofehler werden um ein Vielfaches gesenkt, ohne dabei Kompromisse in Puncto Fehlerschlupf eingehen zu müssen. Gleichzeitig verdoppelt sich der Durchsatz im Vergleich zu herkömmlichen AOI-Verfahren, die ihre Analyse auf das Zählen von Pixeln gründen. Folgende Merkmale werden mit dem System kontrolliert:
• unzureichender, überschüssiger oder falsch positionierter Lotpastenauftrag,
• Identifikation von kalten Lötstellen, Brücken und Kurzschluss,
• Abwesenheit, Anwesenheit und Positionsgenauigkeit von Bauteilen,
• Polarität und Orientierung sowie
• Beschriftungen, Symbole und Zeichen.
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