Röntgeninspektion in der Elektronikfertigung

Eine ähnliche Debatte rumort auch in der Röntgenwelt schon lange. Dabei geht es grundsätzlich um die Vorzüge vollautomatisierter Inline-2D- und 3D-Röntgensysteme gegenüber Offline-2D-Systemen. Die beiden Lager bilden recht zuverlässig jene, die befürchten, dass eine menschliche Schnittstelle die Ergebnisse beeinträchtigen könnte und jene, die eine menschliche Schnittstelle für unabdingbar halten, um betrachtete Bilder genau und zutreffend zu beurteilen. Die von uns hier untersuchte Frage ist folgende: Kann ein vollautomatisiertes System beständig und genau genug sein, und mit so gut wie keinen falschen IO- und NIO-Entscheidungen arbeiten, die in der Fabrik oder beim Kunden Schwierigkeiten bereiten könnten? Oder verleiht erst die Flexibilität eines Offlinesystems dem Menschen an der grafischen Benutzeroberfläche oder der menschlichen Schnittstelle die Fähigkeit, Defekte richtig zu beurteilen?

Inline-Computerlaminografie wird seit vielen Jahren in der Leiterplattenprüfung eingesetzt. Auch 2D-Offline gibt es in der Elektronik schon seit langem: FeinFocus aus den 1970ern war das Ursprungssystem. Seither hat sich die Technologie rasant weiterentwickelt, aber die grundsätzliche Spaltung bleibt bestehen. Bei Inline geht es um die Wiederholbarkeit ohne menschliches Zutun. Programmierung und auch Feintuning sind erforderlich, um es auszuschöpfen. Wenn ein solches System versagt, kommt die gesamte Fertigung zum Erliegen.

2D-Offline dagegen benötigt in vielen Fällen eine Bedienperson, die Entscheidungen treffen muss. Im Gegensatz zum Inline-System kann Offline hinein- und herauszoomen und abgewinkelte Ansichten zeigen. Dadurch kann die Bedienperson potentielle Ausfälle umfassend inspizieren. Allerdings erlaubt die begrenzte Geschwindigkeit des Systems vollumfängliche Untersuchungen eigentlich nur in kleinen Chargenproduktionen.

Ursprünglich wurde die Laminografie für bildgebende Verfahren in der Medizin entwickelt. Durch die aufeinander abgestimmte gegenläufige Bewegung der Röntgenquelle und der Kopierschicht über und unter dem Patienten wird eine bestimmte Ebene im Inneren des Patienten, die sogenannte Fokusebene, während des gesamten Abtastvorgangs auf dieselbe Stelle projiziert. So erhält man ein scharfes Bild. Für alle weiteren Ebenen bewegt sich die Projektion während des Abtastvorgangs. Deshalb erscheinen sie verschwommen. Beim medizinischen Röntgen heißt dieses Verfahren Tomografie.

Allerdings kann damit nur eine Schicht je Abtastvorgang abgebildet werden. Bei der modernen digitalen Laminografie dagegen wird der Film durch einen digitalen Flachbild-Detektor ersetzt, der während der Bewegung zahlreiche Bilder aufnimmt. Diese werden mittels Computersoftware übereinandergelegt und ergeben, wie beim klassischen Verfahren, ein verwischtes Tomogramm. Durch Anwendung eines bestimmten Versatzes vor dem Übereinanderlegen der Bilder wird es möglich, scharfe Bilder vieler weiterer Schichten und damit eine vollständige 3D-Abbildung des Objekts zu erhalten. Dieses rekonstruierende Verfahren wird Tomosynthese genannt.

Auch solche Systeme sind unterschiedlich gestaltet, doch bleiben die Grundlagen dieselben: Eine Röntgenquelle strahlt durch die Probe; ein Teil der Strahlung wird aufgenommen, während ein Teil den Kollektor oder Detektor erreicht. Die Probe, die Röhre und/oder der Detektor können gedreht werden, um eine detailliertere Inspektion der Baugruppe zu ermöglichen. Auch kann die Probe zwecks stärkerer Vergrößerung näher an den Detektor heranbewegt werden. Das ermöglicht es der Bedienperson, potentielle Fehler wesentlich detaillierter zu betrachten, als bei den Inline-Optionen.

Wir haben jetzt also den Vergleich dieser beiden Möglichkeiten, mittels Röntgen PCB-Baugruppen zu prüfen- zwei sehr unterschiedliche Lösungswege, um Dinge zu inspizieren, die mit dem bloßen Auge oder selbst mit AOI-Systemen (Automatische Optische Inspektion) nicht wahrnehmbar sind.

Inline verlässt sich auf das Geschick des Programmierers, ein Programm zur Inspektion von Baugruppen zu erstellen, das aus den Ergebnissen von Algorithmen Schlussfolgerungen hinsichtlich der Verwendbarkeit von Produkten zieht. Diese Schlussfolgerungen beruhen auf Messungen bei recht niedriger Vergrößerung mit Informationen aus nur wenigen Schnitten der gesamten Baugruppe.

Offline vertraut auf die Fähigkeit des Systems, Fehler anzuzeigen, und auf einen Bediener, der entscheidet, was akzeptabel und was ein Defekt ist. Dazu verwendet er Zoom, Winkelansichten, Messalgorithmen, Filter, Kontrastverstärkung usw. Indem die Tools, die ihm eine fundierte Entscheidung bzgl. des Fehlers ermöglichen, von ihm bedient werden, hat er bei dieser Methode die Flexibilität, weitere Überprüfungen durchzuführen, bevor er eine Entscheidung trifft.

Lieber Leser, die Antwort liegt nun bei Ihnen: Wem würden Sie die Inspektion der ABS-Leiterplatte in Ihrem Auto lieber anvertrauen?

Als qualifizierter Ingenieur hat Keith Bryant mehr als 30 Jahre Erfahrung in der Elektronikfertigung. Er startete seine Laufbahn mit den Leiterplatten in den frühen Tagen der Multi-Layer-Technologie. Er arbeitete bei mehreren Bestückungs-Dienstleistern und eignete sich so in 10 Jahren Erfahrung mit fortschrittlichen Materialien und Lötsystemen an, um sich anschließend mit technologisch innovativen X-ray und AOI-Systemen zu beschäftigen. Der Referent hat sich durch technische Vorträge auf hohem Niveau und weltweit sowie durch viele veröffentlichte Artikel, einen Namen geschaffen. In den letzten Jahren war er als Berater für viele wichtige Unternehmen der Industrie unterstützend tätig und hat als technischer Redakteur von SMT Today gearbeitet.

YXLON International ist der weltweit führende Anbieter von Röntgenprüfsystemen für industrielle Applikationen. Ob manuelle, halbautomatische oder vollautomatische Systeme, es wird immer die richtige Lösung für nahezu jede Prüfaufgabe bereit gestellt. Die höchste Priorität setzt das Unternehmen auf die Qualität. Die Qualität der Prüfsysteme und, als Ergebnis davon, die Qualität der Produkte. Durch die jahrelange Erfahrung und die Freude an technischen Innovationen konnte das Unternehmen Vertrauen der namhaftesten Hersteller in der Elektronik-, Automobil- und Luftfahrtindustrie sowie auch in vielen anderen Bereichen gewinnen. Seit 2007 gehört YXLON International zur Schweizer COMET-Gruppe.