3D-Videomikroskopie im Einsatz

smartTec, Rodgau

Die seit 25 Jahren in Berlin tätige Taube Electronic GmbH beschäftigt 35 Mitarbeiter und hat sich als innovativer Dienstleister im Bereich der Baugruppenfertigung dem Grundsatz „First Time Right“ verschrieben. Damit unterstreicht man den Anspruch, auf Anhieb auch schwierigste Layout- und Fertigungsaufgaben in erstklassiger Qualität zu lösen, fehlerfrei ab Losgröße eins.

Um dem gerecht zu werden, befasst sich das Unternehmen von jeher sehr früh mit den jeweils neuesten Entwicklungstrends in der Baugruppen- sowie Fertigungstechnologie und arbeitet dabei eng mit Verbänden und Forschungseinrichtungen – etwa dem FED, dem Fraunhofer Institut oder SGS Fresenius – zusammen. Seit 1997 ist die Fertigung nach ISO 9001 zertifiziert. Ob es um neueste Basismaterialien und deren besondere thermische Anforderungen, um impedanzkontrollierte Flexleitungen, um die Technologie von Bauteilen mit Anschlüssen nur auf der Unterseite, – zum Beispiel QFN & LGA, also Bottom Termination Components (BTC) gemäß IPC-7093 – oder um schablonenlosen Pastendruck geht: Der Berliner Dienstleister ist seit vielen Jahren als forschungsnaher Anbieter bekannt, der die jeweils neuesten Technologien in Theorie und Praxis bereits zu einem Zeitpunkt bereitstellt, wo sie für andere noch Zukunftsmusik sind. Dies galt selbstverständlich auch für den Einsatz der Green Technology, die das Unternehmen lange vor der offiziellen Einführung von RoHS mit Erfolg zu einem Markenzeichen machte. Auch im Bereich µBGA und G0201 gehört man zu den Pionieren. Sowohl kleine wie auch sehr große Unternehmen nutzen deshalb das Dienstleistungsspektrum, um mit innovativen Produkten schneller am Markt sein zu können.

Bereits in den achtziger Jahren knüpfte Geschäftsführer Rainer Taube erste Kontakte mit einem Anlagenhersteller in der Ölförde-rung. Hier müssen in der Steuerungstechnik höchste Anforderungen nach IPC-A 610 Klasse 3 zuverlässig erfüllt werden. Bis heute bilden Design und Fertigung elektronischer Bau- gruppen für diesen Bereich ein wichtiges Standbein und tragen mehr als ein Drittel zum Jahresumsatz von 5,1 Mio. Euro bei. Darüber hinaus werden von dem Berliner Unternehmen unterschiedlichste Aufgaben in Serienbereichen von 1 bis 10.000 übernommen – übrigens auch zunehmend im Bereich der regenerativen Energien wie zum Beispiel der Windkraft. Ein weiterer Schwerpunkt der Tätigkeit sind hochkomplexe Reworkaufgaben und das prozessspezifisch optimierte Redesign von Baugruppen.

Da jährlich bis zu 1.000 unterschiedliche Aufträge pro Jahr gefertigt werden, gibt es keine standardisierten Abläufe. „Jedes Projekt ist anders und stellt neue Anforderungen“, betont der Geschäftsführer und Master Trainer für IPC-A-610. Um die damit geforderte hohe Flexibilität zu erreichen, verfügt man über eine entsprechend ausgerichtete interne Organisation mit Betonung prozessschritt- und auftragsspezifischer Verantwortlichkeiten sowie ein hochflexibles fertigungstechnisches Equipment, in dem der Bereich der Qualitätssicherung eine Schlüsselrolle einnimmt: AOI-Inspektion, modernste 2– und 3D-Systeme für Röntgeninspektion und Tomographie, Boundary Scan, BurnIn, Reinigung sowie Coatingsysteme und last but not least – als jüngstes Kind – das 3D-Videomikroskopiesystem von Hirox, das vor einiger Zeit von der Rodgauer smartTec GmbH installiert wurde.

Hohe Bauteilevarietät, komplexer Bauteilmix und unterschiedliche Basismaterialien machen die fertigungsgerechte Anschlussfläche zunehmend zum Schlüsselelement für Baugruppenkosten sowie Baugruppenzuverlässigkeit und stellen diese damit mehr und mehr in den Fokus der Qualitätssicherung. Die thermischen Anforderungen an den Lötprozess und dessen Profilierung mit dem Ziel der Ausschaltung von Tombstoning, Voids und Durchstiegsproblemen nehmen angesichts der Komplexität der Baugruppen exponentiell zu.

Doch auch wenn die Löttechnologie schon beim Design hinreichend berücksichtigt, und die thermischen sowie verbindungstechnischen Prozessanforderungen optimal umgesetzt wurden, lassen sich mangelhafte Anschlüsse erfahrungsgemäß nie mit Sicherheit ausschließen.

Mit dem 3D-Videomikroskopiesystem hat man sich deshalb seit einiger Zeit die Möglichkeit geschaffen, Baugruppen wie eine Stadt quasi virtuell zu begehen und jeden Bauteilanschluss rundum in bis zu 400facher Vergrößerung zu inspizieren. Die dreidimensionale Rotationsmikroskopie ist eine von Hirox entwickelte und unter dem Namen HiScope bekannt gewordene Technologie, mit der mikroskopierte Objekte in drei Dimensionen rundum inspiziert und über einen Videomonitor betrachtet werden können. Möglich wurde diese Technologie vor allem durch die enormen Fortschritte im Bereich der Optik und der digitalen Bildbearbeitung.

Das System besteht aus einer Grundeinheit mit hochleistungsfähiger CCD-Bildsensorik, integriertem LCD-Sucher, Halogen-Lichtquelle und dem digitalen Bild- und Videospeicher. Ergänzt wird die Grundeinheit durch eine spezielle Zoom-Optik mit sehr hoher Tiefenschärfe, einen Adapter für den Rotationskopf, einen Ständer sowie einen Linsenhalter. Auch schwer erreichbare Stellen, wie zum Beispiel Balls unterhalb von BGA-Bauteilen, lassen sich damit inspizieren. Zur Unterstützung können hier zusätzlich spezielle Lichtübertragungssysteme mit Lichtstiften eingesetzt werden, die das Licht punktgenau richten. Gerade im Zusammenhang mit der Technologie anschlussloser Komponenten erweist sich das System als wertvolle Unterstützung. Bei der Beurteilung von Lötverbindungen und Durchkontaktierungen ist die Möglichkeit der 360°-Betrachtung von ganz entscheidender Bedeutung. Bei Durchkontaktierungen können somit die beschichteten Innenwände der Bohrungen komplett inspiziert werden. Die bewegte Bilddarstellung auf dem Monitor ist von eindrucksvoller Brillanz und Schärfe und macht auch kleinste Details sehr gut sichtbar.

„Das System wurde vom ersten Tag an hervorragend aufgenommen“, erläutert Rainer Taube. „Es vergeht kein Tag, an dem die Videomikroskopie nicht von den prozessverantwortlichen Mitarbeitern eingesetzt wird, um kritische Verbindungen auf Fehlerfreiheit zu überprüfen oder vermutete Fehlerursachen einzugrenzen.“ Einen ganz entscheidenden Vorteil sieht Taube darin, dass die 3D-Videoinspektion das früher oftmals einsetzende, langwierige Rätselraten um mögliche Fehler-ursachen erspart: „Wir können heute innerhalb von Minuten überzeugend und zweifelsfrei darstellen, wo ein verborgener Fehler aufgetreten ist und sind dann meist auch in der Lage, die Ursache, die sehr oft in einem Designfehler zu finden ist, auszuschalten. Seit wir das System im Hause haben, konnten wir uns und unseren Partnern auf Kundenseite damit schon viele Stunden fruchtloser Dis- kussionen und Spekulationen ersparen. Ein Bild sagt ja tatsächlich mehr als tausend Worte.“

Für den Anbieter des Systems, smartTec, ist der Einsatz bei Taube Electronic der Beweis dafür, dass sich die 3D-Videoinspektion nicht nur für Großunternehmen lohnt. „Das Unternehmen unterstreicht mit der 3D-Videoinspektion seinen einzigartigen Qualitätsanspruch und kommt bei schwierigen Fragen zur Optimierung des Leiterplattendesigns und des Lötprozesses viel schneller zum Ziel – ein nicht zu unterschätzender wirtschaftlicher Vorteil“, betont Sinan Akpinar, bei smartTec für die 3D-Videomikroskopiesysteme verantwortlich. „Das System ist ein hervorragendes ergänzendes Tool zur Absicherung unserer Philosophie First Time Right“, ergänzt Rainer Taube.

www.smarttec.de; www.taube-electronic.de