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Querdenker mit Lösungen

Elektronikdienstleister entscheidet sich für Inline-AOI-System
Querdenker mit Lösungen

Die DCE Computer Service GmbH in Oberhausen ist ein vom Geschäftsführer Thomas Dellert im Jahre 1986 gegründetes Dienstleistungsunternehmen. Ursprünglich aus der Computerbranche kommend, hat sich DCE im Laufe der Jahre in der Elektronikentwicklung und -fertigung etabliert. In den ersten Jahren wurde die Elektronikfertigung zur Produktion der eigenen Produkte eingesetzt.

PB-Technik, Hanau

Die Produktion von eigenen Produkten wurde aber mittlerweile aufgegeben und man konzentriert sich in Oberhausen ganz auf Dienstleistungen rund um die Leiterplatte. „Wir haben uns auf drei wesentliche Standbeine konzentriert“, erläutert Thomas Dellert, „die Entwicklung, Fertigung sowie das Anbieten von BGA&SMD-Rework-Dienstleistungen rund um die Leiterplatte.“
DCE ist spezialisiert auf die Planung und Entwicklung elektronischer Baugruppen. Hier wird dem Kunden ein Komplettpaket geboten, welches angefangen von der Beratung bei der Produktplanung, der Anwendung der geltenden Normen und der Erstellung des Pflichtenhefts über die Schaltplaneingabe und das Layout, die Fertigung der Prototypen, die Inbetriebnahme sowie entwicklungsbegleitende Maßnahmen wie EMV-Messungen, Umwelttests und mehr abdeckt (zusammen mit kompetenten Partnern). Spezialisiert ist der Dienstleister auf ARM-basierte Controllerlösungen für Industrieapplikationen aller Art in Verbindung mit FPGA-Design zur Unterstützung kundenspezifischer Interfaces sowie das Design von Schaltreglern und analogen Messschaltungen.
Fertigung
Das Verarbeitungsspektrum des Dienstleistungsunternehmens in Nordrhein Westfalen reicht von der 0,1 mm starken flexiblen zweiseitigen Platine bis hin zum 48-Lagen-Multilayer-High-Density-Board, wobei die Substratgrößen von 10 mm x 10 mm bis zu 600 mm x 500 mm betragen dürfen. Es werden alle gängigen SMD-Bauformen sowie BGA-Bauteile ohne Einschränkung verarbeitet, betont Thomas Dellert. Von Anfang an wurde konsequent die Fertigung in einer Linie angestrebt. Die mittlerweile auf 30 Meter angewachsene Fertigungslinie ermöglicht einen hohen Durchsatz. Durch ein ausgeklügeltes Linienkonzept kann man flexibel auf Kundenwünsche reagieren. Die gesamte Linie wird über eine HLC-Linien-Software verwaltet und ermöglicht so eine sekundengenaues Austakten der vier Juki-Bestückungsautomaten. Auf Trolleys können bis zu acht Projekte gleichzeitig vorbereitet bzw. gerüstet werden, was kurze Umrüstzeiten bedeutet. Eine LIFO/FIFO-Einheit hinter dem Reflowofen puffert bei Bedarf die gelöteten Baugruppen auf, um sie anschließend zur Inspektion einem Marantz AOI-System zuzuführen. Nach Abschluss der Prüfung werden die Baugruppen in einer Gut/Schlecht-Sortierstation ausgeschleust bzw. an einen Inline-Reparaturplatz weitergeleitet. Das komplett vernetzte System liefert automatisch Fehlerberichte und Statistiken an den Inline-Reparaturplatz, wo dann die durch den Test bemängelten Leiterplatten vom Bedienpersonal gleich während der laufenden Produktion inline nachgearbeitet werden können. Eine stetige Analyse der Bestückgenauigkeit ermöglicht ein rechtzeitiges Eingreifen in die Bestückungssysteme um Nacharbeiten durch präventive Maßnahmen an den Automaten schon im Vorfeld zu vermeiden. Zur Traceability werden sämtliche Baugruppen im Bestückungsprozess mit 2D-Data-Matrix-Codes versehen, welche vom AOI-System erkannt und zu Archivierungszwecken gespeichert werden. Durch den Einsatz des Marantz AOI-Systems konnten gerade in der RoHS-konformen Fertigung sehr große Erfolge erzielt werden. Die Fehlerquote der SMD-Baugruppenfertigung konnte nahezu gegen Null gefahren werden. Mittlerweile werden auch die aus der Wellenfertigung kommenden Baugruppen durch das AOI-System geschickt. Hierbei werden Kurzschlüsse sowie fehlerhafte Lötverbindungen zuverlässig erkannt.
BGA&SMD-Rework
Seit 1990 beschäftigt sich das Unternehmen mit der Reparatur von Leiterplatten, angefangen vom Austausch der Bauteile bis hin zum Reballen der Chips sowie der Änderung von Leiterplatten unter bereits bestückten BGA-Bauteilen. Je nach Substrat und Bauteil kommt entweder Heißluft, Dampfphasen- oder Infrarot-Technologie zum Einsatz. Bei letztgenannter Technologie wird das Bauteil per Infrarotpunktstrahl erhitzt und schonend von der Leiterplatte entfernt, hier wird also nur das zu entfernende BGA-Bauteil erwärmt. DCE zählt zu den Pionieren des BGA-Reworks in Deutschland. Namhafte Hersteller sowie Dienstleistungsmitbewerber nutzen mittlerweile den Rework-Service des Unternehmens, um BGA-Bauteile auf hochkomplexen austauschen zu lassen. Aufträge zum Ablöten von über 60 000 BGA-Bauteilen für einen Kunden wurden erfolgreich abgewickelt, die dazu benötigten Maschinen selbst entwickelt und hergestellt.
Zur Inspektion hat man sich im Unternehmen nach reiflicher Überlegung für ein AOI-System mit Inline Repair von Marantz entschieden. Vertrieben werden diese Systeme in Deutschland von PB-Technik in Hanau, seit fast 20 Jahren Spezialist für Lösungen in der Elektronikfertigung (AOI, 3D-Lotpasten-Inspektion, Bauteil- und Labelzuführung etc.).
Marantz AOI-System
Die jüngste Generation der 22XDL-Systeme verbindet die Schnelligkeit und Präzision der CL-Geräte mit einem neuen Beleuchtungskonzept. Drei pulsbreitenmodulierte (PWM) LED-Lichtquellen (Hauptlicht, Seitenlicht und DOAL) können die Inspektionspositionen aus drei unterschiedlichen Winkeln beleuchten. Die Hochgeschwindigkeits-XGA-Farbkamera bildet den Kern des Bilderfassungssystems. Neben der Kamera selbst sind die Optik und die Beleuchtung von Bedeutung für eine Erfassung der Inspektionsobjekte. Die Objektive sind auf Kontraststärke und Schärfe hin optimiert. Das telezentrische System sorgt für ein vollständig ebenes Bild, das nicht den Parallaxenfehler eines Normalobjektives aufweist. Durch unterschiedliche Objektivsysteme kann bei Bedarf mit optimaler Balance zwischen den Faktoren Inspektionsauflösung und Sichtbereich gearbeitet werden. Ein Objektiv für höhere Auflösung stellt die Objekte in bis zu doppelter Größe dar und ist besonders bei der Inspektion kleiner Teile wie etwa 01005-Bauteilen nützlich. Das System nutzt drei omnidirektionale LED-Lichtquellen mit drei verschiedenen Winkeln und zwei unterschiedlichen Farben. Neben dem das Objektiv umschließenden Haupt- und Seitenlicht fällt das Licht beim DOAL-System (Diffused On Axis Lighting) über ein integriertes Prisma durch das Objektiv selbst auf das Objekt. Das koaxiale Beleuchtungssystem mit seinem präzisen 90°-Strahlenbündel verhindert eine Abschattung durch große Bauteile in der Umgebung, dagegen kann der Kontrast zwischen ebenen und gewinkelten Flächen erheblich verstärkt werden, nützlich bei der Prüfung auf das Vorhandensein von Lotmenisken. Die drei selbstkalibrierenden pulsbreitengesteuerten LED-Lichtquellen bieten 6 unterschiedliche Lichteinstellungen, die frei miteinander kombiniert werden können. Die von der Kamera erfassten Objekte werden durch Grafikverarbeitung mit algorithmischen Filtern in ein synthetisches Bild umgewandelt, um dann mit dem synthetischen Bild im Programm oder der Bibliothek verglichen zu werden. Durch dieses „Synthetic Imaging“ muss die Maschine nicht erst eine Vielzahl von Bildern mit geringfügigen Bauteilabweichungen lernen, weil die Toleranzen mit Hilfe der Filter bereits in das synthetische Bild integriert sind. Objekt und Referenzbild werden bezogen auf die Faktoren Helligkeit, Farbe und Sättigung, oder anhand einer Auswahl aus diesen Faktoren miteinander verglichen. Abhängig vom zu inspizierenden Objekt kann beispielsweise die Farbmessung problemlos auf den Grauwert eingeschränkt werden. Für verschiedenen typischen Inspektionsobjekte sind spezielle Algorithmen erforderlich, die im System implementiert und für den einfachen Gebrauch durch den Anwender in der Standardbibliothek des Systems abgelegt sind.
Bei Bauteilen kann das Vorhandensein auf Positionsversatz, Polarität und anhand von Farbe oder Text auf den Bauteiltyp geprüft werden. Durch die Filterparameter wird ein synthetisches Bauteilbild erzeugt, wobei sich die Toleranzgrenzen nach Bedarf anpassen lassen.
Für die Inspektion von Lötverbindungen stehen folgende Methoden zur Verfügung:
  • Herkömmliche Schwarz-Weiß-Beurteilung des Vorhandenseins bzw. Fehlens vom Lot
  • Seitenbeleuchtung und Bildsynthese für exakte Analyse des hervorgehobenen Meniskus
  • Seitenbeleuchtung und Histogrammanalyse für flexible Inspektion unterschiedlicher Verbindungstypen
  • DOAL und Bildsynthese – DOAL und Graustufenanalyse
Selbstverständlich können mit der Kamera direkt ein Data-Matrix-Code gelesen, ausgewertet, und die Inspektionsergebnisse mit dem Code zusammen gespeichert werden.
Bei der Inspektion von Lotpaste kommen spezielle Filter zum Einsatz. Lotpastendepots können auf Versatz, Deckung, Gleichmäßigkeit und Verschmierung geprüft werden. Das rote Seitenlicht wird für die Kompensation von Unebenheiten bei HAL-vorverzinnten Leiterplatten genutzt. Nach der Inspektion der Leiterplatte werden die erkannten Defekte direkt über die Leiterplattenansicht am Monitor dargestellt oder durch den speziellen Klassifizierungsmodus angezeigt. Nach Klassifizierung der gefundenen Defekte können die Resultate zusätzlich an einen Minidrucker, eine Defektmarkierungseinheit, eine Datei oder an das Reparaturplatz-Programm RC/REP22X für Statistik und Reparaturplatz ausgegeben werden. Das System zeigt ein Bild der gesamten Leiterplatte mit Defektpositionen und deren Detaildarstellungen. Diese Farbbildausgabe wird auch vom Reparaturplatz-Programm auf einem anderen PC im Netzwerk ausgegeben, um eine erfolgreiche und effiziente Beseitigung der Defekte oder ihre Nachklassifizierung zu ermöglichen. Das System arbeitet mit einer kompletten Bauteilbibliothek, die sich bei Bedarf auf einzelne Projekte abstimmen lässt. Bei neuen Projekten können die bereits vorhandenen Bibliotheken mit verwendet werden, was die Programmierung beschleunigt. Zur Programmierung einer Lotpasteninspektion werden die normalen Gerber-Plotdateien genutzt. Alternativ lässt sich die Funktion der automatischen Lotpastenerkennung einsetzen. Als Optionen sind vorhanden:
  • OLT22X Offline-Programmiersoftware, die die Maschineneffizienz maximiert. Inspektionsprogramme und Bauteilbibliotheken können an einem separaten Arbeitsplatz entwickelt werden.
  • RC22X und Watch22X Netzwerk-Software, die mehrere 22X-Inspektionssysteme über eine Ethernet-Verbindung in ein Windows-Netzwerk integriert und die im Netzwerk erfassten Inspektionsdaten sammelt und verwaltet. Watch22X überwacht den Inspektionsprozess in Echtzeit und gibt Alarm, wenn aufeinander folgende Prozessfehler auftreten.
  • Rep22X Statistik- und Reparaturplatzprogramm, das die durch RC22X im Netzwerk gesammelten Inspektionsdaten analysiert und anzeigt. Für den Reparaturtechniker wird das Bild der gesamten Leiterplatte mit detaillierten Ansichten der aufgefundenen Defekte kombiniert.
  • Barcodeleser für das Einlesen der Seriennummern nach der Inspektion.
  • Defektmarkierungseinheit, die direkt auf der Leiterplatte oder auf den Bauteilen Defekte markiert.
Mit Außenabmessungen von 900 mm Breite, 1117 mm Tiefe und einer Höhe von 1800 mm kann die L22XDL Leiterplattengrößen von bis zu 520 mm x 460 mm verarbeiten. (dj)
SMT, Stand 9-634
EPP 485
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