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Qualität in der Elektronikfertigung

Astronaut Dr. Ulf Merbold eröffnet Technologie-Forum und Anwendertreffen
Qualität in der Elektronikfertigung

Auch in diesem Jahr lud Viscom wieder zum Technologie-Forum und Anwendertreffen ein, um gemeinsam mit anerkannten Experten verschiedene Aspekte der SMT-Praxis zu diskutieren. Die Bandbreite der Themen reichte von den Einflussfaktoren im Reflowprozess über die optimale Lötstelle bis hin zur Prüfbarkeit von diskreten Bauelementen. Vorführungen der Systeme,Workshops und interessante Anwenderberichte, die den Einsatz der Systeme des Veranstalters zeigten, rundeten das Angebot ab.

Als Keynote-Speech des Viscom-Events war dieses Mal der Physiker Dr. Ulf Merbold eingeladen. Er wurde als Astronaut der NASA mit dem Space-Shuttle “Columbia” 1983 zu einem der populärsten deutschen Wissenschaftler. In seinem Vortrag „Wissenschaft im Weltall“ ließ er die Zuhörer an seinen umfangreichen Erfahrungen während seiner Weltraum-Missionen teilhaben. Die Besucher konnten die Erde aus 300 km Höhe sehen und waren erstaunt, wie viele Einzelheiten auch dann noch zu erkennen waren. Laut Merbold sieht man nicht nur die zentralen Gebirgszüge, sondern kann auch die Luftverschmutzung über großen Städten und sogar den Wasserdampf über Kraftwerken erahnen. Sehr anschaulich und spannend berichtete er über den aufregenden Start in Houston und den Alltag im Space-Shuttle. So brachte er den Zuhörern fast fühlbar nahe, wie anstrengend die Bewegungen im Raumanzug sind und wie viel Vorbereitung für eine solche Mission notwendig ist.

Abschließend gesteht er: „Dieser Blick auf die Erde hat mich verändert.“ Und er machte deutlich, dass er die Raumfahrt als eine Chance sieht, die sich im richtigen Moment eröffnet. „Die Chance, herauszufinden, ob die Erde in der Lage ist sich selbst zu regenerieren – und wenn nicht – rechtzeitig etwas dafür zu tun, dass wir sie unseren Kindern intakt hinterlassen können“, so Merbold. Die Zuhörer lauschten gespannt seinen Ausführungen und es hatte den Anschein, dass sie auch gerne noch weiter zugehört hätten.
SMT Fertigung
Aber auch der nächste Vortrag war spannend – wenn auch etwas bodenständiger, im wahrsten Wortsinn. Andreas Lebrecht, Fertigungsleiter bei Vierling Production GmbH berichtete über die Einführung der Bauform 01005. „Bei der Frage nach 01005-Bestückung sagen zunächst alle, das sei kein Problem“, so Lebrecht, „in Europa gibt es aber nahezu keine Elektronikfertiger, die diese Technologie in der Serienproduktion einsetzen“, erläutert er weiter. Die wichtigsten Herausforderungen waren, nach Lebrecht, dass die gängigen Empfehlungen für das Pad-Design und die Bauteilabmessungen der einzelnen Hersteller voneinander abweichen, außerdem sei die Qualität der Zulieferteile höchst sensibel. Um den Prozess von Anfang an korrekt aufzusetzen, ist man Schritt für Schritt die gesamte Prozesskette durchgegangen und hat jeweils überprüft, welche Anpassungen vorgenommen werden müssen. Abschließend hat sich gezeigt, dass die meisten Prozessschritte relativ gut sowie mit nur mittlerem Aufwand und Invest auf die 01005 Fertigung umgestellt werden konnten. Bei der AOI – Viscom System S3088-III – konnte durch die Nutzung der HR-Funktion (High-Resolution), geringen Anpassungen der Prüfalgorithmen und der Integrierten Verifikation die Freigabe des Prozessschrittes relativ einfach erreicht werden.
Im Anschluß daran konnten die Teilnehmer weiter in das Thema SMT-Fertigung einsteigen: Prof. Dr. Armin Rahn, Fachmann auf dem Gebiet der Verbindungstechnologie, beantwortete die Frage: „Was ist zu beachten im Reflowprozess?“ Pin-in-Paste – oder durchkontaktiertes Reflowlöten ist ein direkter Konkurrent zum Selektivlöten. Viele Firmen wählen das Reflowlöten bedrahteter Bauteile, weil sie darin Prozessvorteile erkennen. Aber um erfolgreich zu sein, heißt es auf eine Reihe Details zu achten, so Prof. Rahn, und diese reichen vom Layout über die Wahl der Bauteile bis hin zur Bereitstellung des für die Lötstelle benötigten Lotes. Die Teilnehmer erhielten die Grundlagen vermittelt, wie Pin-in-Paste erfolgreich durchgeführt werden kann. Weitere Themen waren z. B.: Warum PiP? Wie sollte das Design aussehen? Wie viel Lot brauche ich? Wie sind die Pastendruckoptionen?
Bis dahin hatten auch die Teilnehmer des Anwendertreffens schon jede Menge an Fachinformationen mitnehmen können. Das kostenlose Workshop-Angebot hielt Topics wie: Möglichkeiten der Durchsatzerhöhung, die nächste Generation der Statistischen Prozesskontrolle SPC oder Tipps zu besseren Prüfmöglichkeiten mit Hilfe erweiterter Analysen bereit. Auch die Bereiche Drahtbondinspektion und Röntgenprüfung waren mit einem Workshop vertreten. Ein umfangreiches Angebot also, das von den Systemverantwortlichen wieder gerne angenommen wurde.
3D Inspektion
Dann kamen beide Gruppen, die Forumsteilnehmer und die Besucher des Anwendertreffens, in der Fertigungshalle zusammen, um die Live-Vorführung von Peter Krippner, Bereichsleiter, und Detlef Beer, verantwortlich für die Produktentwicklung im Unternehmen, mitzuerleben. Bei der diesjährigen Vorführung wurde das 3D-AOI-System S3088 ultra erstmalig der Öffentlichkeit vorgestellt und mit den Leistungsmerkmalen der S3088 flex mit 8M-Sensorik verglichen. Beide Systeme waren live in Betrieb und vorführbereit. Gemeinsam sind bei den AOI-Systemen die selbe Hardwareplattform, der Hochleistungslinearantrieb sowie der hochgenaue Grautwertabgleich und die Anlagen-Selbstüberwachung TCM. Neu ist für beide Systeme das FastFlow-Handlingskonzept. Hier hat man eine Lösung gefunden, Leiterplatten synchron und nahezu ohne Zeitverlust zu wechseln und so einen beachtlichen Durchsatzvorteil zu generieren. Die zentralen Features der 8M-Sensorik decken mit ihrer umschaltbaren Auflösung von ca. 11 auf ca 23µm/Pixel sicher und schnell typische Fehlerarten wie Chip Tombstoning, QFP mit Auflieger, Lötbrücken oder Polarität sehr gut ab. Auch 01005 BT oder QFPs mit 0,4mm Pitch können sicher geprüft werden. Anschließend folgte die Vorführung der 3D-AOI S3088 ultra mit 3D-XM Modul mit der High-Speed-Kameratechnologie, die es ermöglicht, gemeinsame und vollständig überdeckende Bildfelder aller Kameras zu realisieren. Damit wird die Anzahl der anzufahrenden Positionen um bis zu 50% reduziert. Außerdem wurde die obere Durchfahrtshöhe auf 50mm angehoben. Ein entscheidender Vorteil der Hochleistungssensorik ist auch die Erhöhung der Framerate der Kameras. Da sie den Zeitaufwand für die Bildaufnahme bestimmen, werden die für die 3D-Auswertung nötigen Vielfachbilder sehr schnell aufgenommen. Eindrucksvoll zeigte Detlef Beer live die 3D-Vermessung mit der variablen Streifenprojektion, die mit einem Projektor und vier Kameras durchgeführt wird. „Der Vorteil gegenüber herkömmlichen Ansätzen mit vier Projektoren“, so Detlef Beer, „ist die parallele Aufnahme verschiedener Szenen und der damit vierfachen Datenrate. „Einzigartig“, so Beer weiter „ist auch der Höhenmessbereich von mind. 25mm bei einem generellen Prüffreiraum von 50mm, mit dem auch hohe Stecker oder Tantals sicher vermessen werden können. Mit dem 3D-AOI-System S3088 ultra ist es uns gelungen, den Durchsatz gegenüber der S3088 flex mindestens zu verdoppeln.“
Die mehrfarbige Beleuchtung ermöglicht neben einem großen Fehlerkontrast auch eine hohe Flexibilität beim Prüfumfang. Dass dies alles in dem kompakten Gehäuse der S3088er Familie integriert ist, überzeugte die Zuhörer. So ist es nicht verwunderlich, dass bereits etliche Systeme vor der Auslieferung stehen.
Prüfen und Messen in der Anwendung
Der Auftakt des zweiten Tages startete mit einem Anwenderbericht von Prof. Dr. Gerhard Weber der Universität Wien. Der Anthropologe gab den Zuhörern einen Einblick in die Tätigkeit seines Fachgebietes „Zwischen Wüstensand und Micro-CT-Labor“. Prof. Weber nahm die Zuhörer mit auf eine virtuelle Reise – zu seinen Ausgrabungen und den anschließenden wissenschaftlichen Untersuchungen der Funde im Labor. Seine toll aufbereitete Präsentation zeigte mit CT-Visualisierungen und eindrucksvollen Animationen, welche bahnbrechenden Erkenntnisse mittlerweile durch den Einsatz der Computertomografie gewonnen werden können. Für die CT-Untersuchungen setzt die Universität Wien eine speziell für diese Zwecke angefertigte Röntgeneinheit auf der Basis der X8060 des Veranstalters ein. Der große Probenraum und der spezielle Spiralmode mit extrem guter Auflösung sind für die zerstörungsfreie Prüfung von großen und/oder langen Prüfobjekten, wie z. B. von Schädeln oder Oberschenkelknochen notwendig.
In dem folgenden Vortrag ging es zurück in die SMT-Fertigung. Dr. Heinz Wohlrabe, renommierter SMT-Fachmann von der technischen Universität Dresden, berichtete von seinen neuesten Testergebnissen zur „Optimalen Lötstelle – im Spannungsfeld zwischen Qualität, Zuverlässigkeit und Kosten“. „Das Ziel“, so Dr. Wohlrabe, „ist die Minimierung von Lotperlen, Benetzungsfehlern oder Voids und damit die möglichst lange mittlere Lebensdauer und ein später erster Ausfall der Löststelle.“ Zur Analyse und Bewertung der Zuverlässigkeit der Lötstellen wurden u. a. die Messergebnisse der geneigten Lötstellenprüfung der Viscom AOI-Systeme mit einbezogen. Anhand von umfangreichen Tests und Simulationen konnte er zeigen, dass z. B. die Legierung, Volumen und Verteilung des Lots, Temperaturhub und Gradienten sowie Geometrie, Größe und Form von Bauteilen und auch das Padlayout eine entscheidende Rolle für die Zuverlässigkeit von Lötstellen spielen.
Im Zentrum des nächsten Vortrags standen die unterschiedlichen Verfahren der 3D-Messtechnik – ein Thema, das im Moment viel diskutiert wird. Dr. Taras Vynnyk von Viscom zeigte anhand ausführlicher Erläuterungen und umfangreicher Funktionsskizzen die aktuellen Ansätze in der 3D-Messtechnik für die Leiterplatteninspektion. Dank vieler Schaubilder waren die technischen Grundlagen für die Zuhörer sehr gut nachzuvollziehen. Am Schluss stellte er die Messmethoden mit all ihren Vor- und Nachteilen gegenüber, sodass die Zuhörer einen guten Überblick über den aktuellen Stand der Technik gewinnen konnten.
Den Abschluss der Vortragsreihe übernahm Hans-Jürgen Funke von der NXP Semiconductors, Hersteller für diskrete Bauelemente. Neben den umfangreichen Informationen zum Produktportfolio und seinen Innovationstreibern berichtete Funke über eine interessante Untersuchung, die er in Zusammenarbeit mit dem Veranstalter durchgeführt hat. Im Zentrum des Interesses standen dabei speziell entwickelte DFN-Gehäuse, deren Lötverbindungen mit einem AOI-System geprüft werden können. Außerdem wurden die Einflüsse von Prozessgrößen wie z. B. Lotpastenmangel und -überschuss detailliert untersucht und bebildert. Als Ergebnis der Untersuchung konnte festgehalten werden, dass die AOI-Prüfung von DFN-Bauteilen mit benetzbar verzinnten Padkanten dann gut möglich ist, wenn die richtigen Bauformen mit den passenden Padlayouts verwendet werden und das AOI-System mit geneigten Kameras ausgestattet ist.
Am Nachmittag wurden alle Systemlösungen des Veranstalters, von den unterschiedlichen AOI-Systemen und Lösungen für die Röntgenprüfung über die Drahtbond-AOI bis hin zur Schutzlackinspektion, im Demoraum vorgeführt. Viele Teilnehmer nutzten die Gelegenheit, um sich von mit den Fachleuten des Herstellers das Leistungsspektrum der einzelnen Systeme vorstellen zu lassen oder bereits konkrete Projekte zu besprechen.
Am Ende des Tages war es eine runde Veranstaltung für beide Seiten – für den Veranstalter, der sich über den großen Andrang und das Interesse der Besucher freute, und auch für die vielen Teilnehmer, die das Konzept und die Veranstaltungsorganisation lobten.
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Doris Jetter, Redaktion EPP und Sophie Siegmund Redaktion EPP Europe sprechen einmal monatlich mit namhaften Persönlichkeiten der Elektronikfertigung über aktuelle und spannende Themen, die die Branche umtreiben.

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