Zuverlässiges Coating

Gerd Schulze, Nordson-Asymtek, Electronics Systems Group

Die heute verfügbaren Beschichtungsverfahren sind im Laufe der Zeit ständig weiterentwickelt worden und haben inzwischen einen sehr hohen Qualitätsstandard erreicht. Mit dem patentierten „Film-Coating“ Prozess wurde eine Technologie entwickelt, durch die der Schutzlack automatisch als geschlossener Film in den dafür vorgesehenen Bereichen der Baugruppe appliziert werden kann. Moderne Beschichtungsanlagen erlauben die automatische und selektive Beschichtung von bestückten Baugruppen relativ einfach in die bestehende Fertigung zu integrieren und sorgen dadurch für eine rationelle, zuverlässige und reproduzierbare Anwendung in der Praxis.

Vielfach ist es heute jedoch so, dass aufgrund der hohen Qualitätsansprüche und Anforderungen hinsichtlich Traceability zusätzlich auch ein sehr starkes Interesse an der anschließenden optischen Inspektion der Beschichtung besteht. Teil eines jeden kritischen Beschichtungsprozesses ist die Überprüfung der Endqualität um sicherzustellen, dass die Beschichtung fehlerfrei und an der richtigen Position ausgeführt worden ist. Befindet sich wirklich kein Lack in freizuhaltenden Bereichen? Sind die zu lackierenden Bereiche und Bauteile der Baugruppe auch komplett beschichtet? Ist gewährleistet, dass keine Spritzer oder Tropfen des Lackes in Stecker oder Kontaktbereiche gelangt sind? Bislang musste sich diese wichtige Qualitätskontrolle auf stichprobenartige und aufwändige manuelle Inspektionen beschränkten, eine Erfassung von wichtigen statistischen Prozessdaten war praktisch unmöglich.

Nordson-Asymtek, seit Jahren Marktführer bei automatischen selektiven Beschichtungsverfahren, kann jetzt in Partnerschaft mit der Schwesterfirma Nordson-Yestech eine maßgeschneiderte, vollautomatische Lösung für diese besondere Aufgabenstellung zur Verfügung stellen. Vor rund zwei Jahren wurde Yestech in die Advanced Technology Group von Nordson integriert, der unter anderem auch Asymtek angehört. Yestech verfügt über eine mehr als 15-jährige Erfahrung mit der Entwicklung und Herstellung von Anlagen für die automatische optische Inspektion (AOI), sowie für die automatische Röntgeninspektion (AXI) für den Einsatz in der Elektronikfertigung und ist mit den bestehenden Anforderungen somit bestens vertraut. Die in dieser Zeit gewonnenen Erfahrungen bilden eine notwendige Grundlage für die Entwicklung eines automatischen Inspektionssystems, welches die besondere Aufgabenstellung für die Auswertungen von Schutzbeschichtungen berücksichtigt (ACI = Automated Coating Inspection). Eine erste Anlage für diesen speziellen Anwendungsfall konnte im letzten Jahr der Öffentlichkeit präsentiert werden, unmittelbar danach erfolgte der erste Einsatz in der Großserienfertigung bei einem bedeutenden Hersteller von Militärelektronik in den USA. Dort fand bislang ausschließlich eine manuelle optische Inspektion der Beschichtungsqualität statt. Nachteile bestanden dabei in dem immensen Zeitaufwand für die vollständige Inspektion sowie in den starken Schwankungen, bedingt durch manuellen Prozess und unterschiedlicher Beurteilung der verschiedenen Mitarbeiter. Die Aufgabenstellung für das neue automatische Inspektionsverfahren beinhaltet natürlich eine zuverlässige Erfassung darüber, welche Bereiche beschichtet und welche nicht beschichtet worden sind mit dem Abgleich, ob das ermittelte Ergebnis mit den Vorgaben übereinstimmt. Ein automatisches Verfahren muss zur Erfüllung der Anforderungen demnach sowohl einen Positiv-, als auch einen Negativabgleich beinhalten:

Aufgrund der großen Typenvielfalt und der relativ kleinen Losgrößen ist es zusätzlich erforderlich gewesen, die Programmierung möglichst schnell und so einfach wie nur möglich vornehmen zu können. Die Ergebnisse der automatischen optischen Inspektion müssen zuverlässiger und wiederholgenauer als die bisherige manuelle Inspektion sein sowie einen kontinuierlichen Einsatz über einen längeren Zeitraum ermöglichen. Hierzu zählen unter anderem die natürlichen Schwankungen in der Schichtstärke oder Änderungen des Reflexionsgrades entsprechend zu berücksichtigen. Zusätzlich lassen sich je nach Geometrie und verwendetem Lacksystem bestimmte Fehlerbilder wie beispielsweise eine beginnende Delamination der Lackschicht, beschichtete Pads oder Blasenbildung an Anschlüssen von Bauteilen, zuverlässig detektieren.

Das ACI-System ist mit einer 5 Megapixel Kamera sowie weißer und roter Beleuchtung für die Erkennung der Baugruppe und Barcode Erfassung ausgerüstet. Für die Inspektion der Lackschicht ist die Anlage zusätzlich mit einem UV-LED-Feld ausgerüstet. Basierend auf den Erfahrungen mit konventionellen AOI-Anlagen wurden für die Coating-Inspektion spezielle Algorithmen entwickelt, um eine zuverlässige Detektion der beschichteten und nicht-beschichteten Bereiche auf der Baugruppe zu ermöglichen. Die Programmierung erfolgt in kurzer Zeit sehr einfach und komfortabel durch eine integrierte Anlernfunktion. Ein zuvor als gut inspiziertes Board kann dabei als Referenz verwendet und, falls erforderlich, lassen sich zusätzliche Inspektionsbereiche jederzeit manuell hinzufügen.

Der Ablauf ist bewusst sehr einfach gestaltet worden: das Referenzboard wird in die Anlage geladen und anschließend der Programmierungsassistent gestartet. Diese Funktion führt den Programmierer automatisch durch den gesamten Ablauf der Eingabe von Board- oder Nutzengröße und Erstellung eines Hintergrundbilds der Baugruppe, welches später für die Fehlerberichterstattung genutzt werden kann. Durch die weiße/rote Beleuchtung und den normalen AOI Algorithmus werden die Fiducialinformationen verarbeitet und das Board ist jetzt programmierbereit. Ein einfacher Prozess, bei dem lediglich die beschichteten und die freizuhalten Bereiche definiert werden. Die Software der ACI-Anlage legt anschließend für die Auswertung ein „Optisches Raster“ über die zu inspizierenden Bereiche, oder falls sinnvoll auch über die gesamte Baugruppe. Die Auflösung des Rasters kann den Anforderungen entsprechend angepasst werden, die zu überprüfenden Attribute eines jeden Feldes lassen sich individuell festlegen. Der Programmierer kann jetzt noch Einstellungen für Beleuchtungsstärke oder Toleranzen für die Beschichtungsbereiche angleichen und schon erfolgt der erste Probelauf unter Produktionsbedingungen. Eine automatische Abspeicherung aller generierten Daten für den späteren Gebrauch ist selbstverständlich möglich.

Auch kann der Baugruppen-Barcode erfasst und die Inspektionsergebnisse automatisch mit der Seriennummer des jeweiligen Produktes verknüpft werden, um eine lückenlose Dokumentation zu ermöglichen und wichtige Prozessdaten zu generieren. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die ermittelten Fehlerinformationen über ein normales Netzwerk direkt an eine nachgeschaltete Reparaturstation gesendet werden können. Der Bediener kann somit durch simples Scannen des Barcodes direkt auf die Informationen zu dem jeweiligen Board zugreifen. Die Art und Position der Fehler werden dann auf einem Bildschirm mit dem Hintergrundbild der jeweiligen Baugruppe exakt und unmissverständlich dargestellt und ermöglichen dadurch die sofortige Nacharbeit, ohne unnötig Zeit für die Fehlersuche zu verschwenden. Nach erfolgter Reparatur werden diese Daten dem SPC-File hinzugefügt und der Bediener kann sofort das nächste Board bearbeiten. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, die generierten Bilddaten ebenfalls mit in das SPC-File des jeweiligen Produktes aufzunehmen. Die Standardformate für die Datenausgabe sind Access, SQL oder als Text File, dadurch können die wichtigen Informationen jederzeit und überall von dem angeschlossenen Netzwerk abgerufen und weiterverarbeitet werden.

Durch das innovative ACI System von Yestech besteht jetzt die Möglichkeit eine 100%ige Inspektion von Schutzlackierungen inline durchzuführen und dadurch den gesamten Beschichtungsprozess weiter abzusichern. Fehlerhafte Schutzbeschichtungen werden durch diese Technologie rechtzeitig erfasst, zielgerichtet repariert und zudem exakt dokumentiert. Die ACI-Anlagen sind ein wichtiger Schritt für eine permanente Qualitätskontrolle und ermöglichen dem Anwender eine umfassende Rückverfolgbarkeit sowie die Gewinnung von wichtigen SPC-Daten. Durch die enge Zusammenarbeit beider Unternehmen besteht für den Anwender jetzt die Möglichkeit, alle aufeinander abgestimmten Komponenten des gesamten Beschichtungsprozesses (Beschichtungsanlage, Trocknung/Härtung und optische Inspektion) aus einer Hand zu beziehen und somit unnötige Reibungsverluste und Anlaufschwierigkeiten bei der Nutzung zu vermeiden.