Die Röntgeninspektion ist eine allgemein anerkannte Methode zur Qualitätskontrolle von verdeckten Lötstellen (z.B. an BGA- oder QFN-Bauformen). Am Markt erhältlich sind Geräte mit unterschiedlichen Inspektionstechnologien und -konzepten. Der Trend geht dabei weg von manueller oder halbautomatischer Offline-Prüfung hin zur vollautomatisierten Röntgenprüfung im Linientakt. Im Rennen um die maximale Fehlerabdeckung hat dabei die 3D-Röntgentechnik klar die Nase vorn gegenüber gängigen 2D- und 2,5D-Technologien. Im Folgenden werden Möglichkeiten dargestellt, wie verdeckte Lötstellen mittels 3D-Röntgeninspketion im Takt einer Produktionslinie geprüft werden können.
Göpel electronic, Jena
Konventionelle AOI-Systeme sind bei der Prüfung von verdeckten Lötstellen an BGA- oder QFN-Bauformen schlichtweg ungeeignet. Ein optimales Pad-Design vorausgesetzt, ist es gerade noch möglich, die Lötstellen eins QFN-Bauelementes mittels Schrägblick bewerten zu können. Im Fall der komplett verdeckten Lötstellen an BGA-Bauformen ist dies jedoch schier unmöglich. Hier hilft nur ein Blick „durch das Bauelement hindurch“ mittels Röntgen. Aber auch diese Technologie hat bei Verwendung einer 2D- oder 2,5D-Bildaufnahme ihre Limitierung bezüglich der Lötstellenbewertung. Die bei der 2D-Technologie entstehende senkrechte Projektion eines gelöteten BGA-Balls lässt nur vage Anhaltspunkte zur Unterscheidung zwischen korrekt und fehlerhaft gelötet zu. Unter Verwendung einer 3D-Bildaufnahmetechnik kann jedoch eine sichere Aussage über die Qualität der Lötung gegeben werden. Auch eine Detektion und Klassifikation von Lufteinschlüssen innerhalb des Balls ist prozesssicher möglich. Prinzipiell ermöglicht die dreidimensionale Abbildung eine Zerlegung der Balls in verschiedene Schichten.
Bei der Prüfung wird so zunächst in allen rekonstruierten Schichten nach dem maximalen Durchmesser eines Balls gesucht. Davon ausgehend werden nun die Durchmesser einer definierten Ebene oberhalb und unterhalb des maximalen Durchmessers bestimmt. Über die Ermittlung der Größenverhältnisse zwischen den Ebenen lässt sich zweifelsfrei zwischen Gut- und Schlechtlötung unterscheiden. Ein ordnungsgemäß gelöteter Ball zeichnet sich zum einen durch gleichmäßige Grauwertverteilung in allen drei Schichten aus. Zum anderen ist das Verhältnis vom maximalen Durchmesser zu den Durchmessern oberhalb und unterhalb des maximalen Durchmessers annähernd gleich. Im Fehlerfall − beispielsweise bei einem nicht angeflossenen Ball − ändern sich diese Verhältnisse, und das System erkennt den Fehler sicher. An dieser Stelle wird deutlich, warum die alleinige senkrechte Projektion des 2D-Systems für eine prozesssichere Bewertung unzureichend ist.
Aus N mal 2D wird 3D
Doch wie kommt man zu einem 3D-Röntgenbild? Ähnlich dem medizinischen CT-Verfahren kann auch bei der Röntgeninspektion von Flachbaugruppen auf Basis von mehreren 2D-Röntgenaufnahmen, die aus unterschiedlichen Richtungen aufgenommen wurden, eine 3D-Rekonstruktion durchgeführt werden. Besonders Winkel und Bildanzahl sowie der erforderliche Rechenaufwand limitieren jedoch die Möglichkeiten im Vergleich zum CT. Das Röntgeninspektionssystem OptiCon X-Line 3D der Göpel electronic GmbH bietet eine vollständige 3D-Röntgeninspektion auf der gesamten Baugruppe. Kernstück des Systems ist ein eigen entwickeltes Detektor-Konzept, das zusammen mit der wartungsfreien Mikrofokus-Röntgenröhre eine Realtime-Multi-Angle Bildaufnahme ermöglicht. Das System basiert auf einer revolutionären GigaPixel-Technologie, wodurch Prüfgeschwindigkeiten von bis zu 40 cm²/s bei vollständiger 3D-Erfassung erreicht werden.
Im kommenden dritten Teil wird dann auf die Prüfung doppelseitig bestückter Leiterplatten eingegangen.
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