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Heutzutage würden wir wohl eine Geschichte über smarte Consumer Elektronik erzählen, in der der Föhn der Prinzessin sprachgesteuert Termine beim Friseur bucht oder passende Haarteile online bestellt. Diese Entwicklung wirft Fragen auf: Hat diese smarte Realität für uns ein ‚Happy End‘?
Schöne smarte Zukunft mit Stolpersteinen
Mit steigender Funktionsvielfalt wächst die Komplexität der Technologie, die sich nahtlos in unseren Alltag integrieren soll. Der smarte Lichtschalter oder das Thermostat müssen platzsparend und unauffällig sein, um sich nahtlos in unsere Umgebung einzufügen. Dies führt zu einem hohen Integrationsgrad in der Produktion, jedoch unter verschärften Bedingungen.
Der gestiegene Datentransfer erfordert höhere Übertragungsfrequenzen und einen aufwändigen Prozess der sicheren Signalverarbeitung, um Störsignale zu vermeiden. Gleichzeitig müssen Geräte energieeffizient sein, um trotz Batteriebetrieb die gleiche Leistung zu erbringen.
Die Miniaturisierung erstreckt sich nicht nur auf kleine Geräte der Sensorik und Consumer-Elektronik, sondern zeigt sich auch in größeren Dimensionen. Beispielsweise können die Rücklichter eines smarten Automobils zu Informationsdisplays für den nachfolgenden Verkehr werden, was einen Beitrag zur Sicherheit leistet. Doch wie stellen wir die Funktion der smarten Technik sicher?
Diese Frage stellt sich insbesondere der Halbleiter- und Elektronikindustrie sowie den Prüf- und Messmittelherstellern wie Koh Young. Denn mit den verschärften Anforderungen an die Elektronikhersteller steigen auch die Ansprüche an die Mess- und Prüfmittel. Dies kann zu schmerzhaften Paradigmenwechseln führen, da die Strategie ‚One for all‘ aufgrund der benötigten Genauigkeit nicht immer durchführbar ist. Hier stoßen wir an die Grenzen des Bauteil-Mix.
Mit gesunkenen Material- und Bauteilkosten eröffnet sich die Elektronikindustrie ständig neue Anwendungen und Ideen. Ein herausragendes Beispiel hierfür ist die Entwicklung autonomer Fahrzeuge, die als Antwort auf die Herausforderungen des zunehmenden Individualverkehrs und des Klimawandels vorangetrieben wird. Die effiziente Datenverarbeitung und Kommunikation zwischen Fahrzeugen sind dabei von entscheidender Bedeutung. Doch was passiert, wenn smarte und nicht-smarte Fahrzeuge die Straße teilen und die Kommunikation beeinträchtigt ist? In solchen Fällen wird auf bewährte optische Kommunikationsmethoden zurückgegriffen.
Neue Herausforderungen
Ein bemerkenswertes Beispiel dafür ist das Aliyios Rücklicht mit Display-Funktion von Osram, das den nachfolgenden Verkehr über die aktuellen Geschehnisse informiert. Die Integration dieser Technologie erfordert jedoch spezielle Materialien, die den eleganten Kurven eines Fahrzeughecks folgen und gleichzeitig die Zuverlässigkeitsstandards der Automobilindustrie erfüllen. Zudem muss das Beleuchtungselement ausreichend Pixel in Form von kleinen LEDs bereitstellen.
Bei solchen Anwendungen kommen Mini-LEDs zum Einsatz, deren Baugröße zwischen 50 und 200 Mikrometern variiert. Dies stellt neue Herausforderungen an die Bauteilinspektion und -messung, insbesondere im Hinblick auf die Lotpastenmessung. Zusätzlich entstehen Probleme bei der optischen Messung auf spiegelnden Oberflächen.
Die traditionellen mechanischen Spiegel in Scheinwerfern entfallen bei Anwendungen auf Folien, stattdessen müssen die Folien selbst reflektierende Eigenschaften aufweisen. Dies kann jedoch die optische Messung beeinträchtigen, da das einfallende Licht direkt reflektiert wird und somit eine Herausforderung für die Messsysteme darstellt.
Um diesen Herausforderungen gerecht zu werden, hat Koh Young die Meister Serie entwickelt, die speziell für die Messung kleiner Strukturen und die Messung auf spiegelnden Oberflächen ausgelegt ist. Durch die Integration eines 3D-Messprojektors für spiegelnde Oberflächen bietet die Meister Serie eine schnelle und zuverlässige Lösung für diese anspruchsvollen Anwendungen.
Das „+“ in der Meister Technologie
Die Anwesenheit spiegelnder Bauteile oder Substrate kann die Weißlichtmessung stark beeinträchtigen oder sogar unmöglich machen. In letzterem Fall kann dies zu einer verringerten Wiederholgenauigkeit der Messung führen. Daher sind spezielle Messtechnologien wie die Meister S+ und D+ hier von entscheidender Bedeutung. Ohne das senkrechte Messlicht würde die Messung stark verrauscht sein. Die spiegelnden Reflexionen würden blinde Flecken in der Messung erzeugen, die als Null- oder Maximalhöhe interpretiert werden könnten. Obwohl diese Anomalien durch Interpolation geglättet werden können, führen sie dennoch zu einer erhöhten Messungenauigkeit.
Alle Meister-Maschinen mit einem „+“-Zeichen können nun auch spiegelnde Oberflächen präzise erfassen. Hierbei erfolgt die Projektion des Messlichts nicht mehr seitlich, sondern direkt und senkrecht von oben. Dies ermöglicht eine direkte Reflexion des Lichts in die Messkamera. Dank der telezentrischen Optik ist es möglich, die Phasenverschiebung des Moiré-Musters auch auf spiegelnden Oberflächen zu projizieren und zu detektieren. Dadurch können die Referenzhöhe der Messung, die Bauteildimensionen und die Bauteil-Planarität präzise bestimmt werden.
Bei der Lotpaste gestaltet sich die Messung etwas einfacher. Hier wird das senkrechte Messlicht hauptsächlich verwendet, um die Referenzhöhe der Messung zu bestimmen, da die Lotpaste selbst nicht spiegelt und daher mit der konventionellen Moiré-Messung erfasst werden kann.
Die Meister S+ als SPI verfügt lediglich über 3 RGB-Ringe und bietet damit im Vergleich zum AOI eingeschränktere Möglichkeiten der 2D-Darstellung. Dennoch verwendet das Messlicht einen flacheren Winkel, um die geringen Pastenhöhen präziser aufzulösen. Der Höhenmessbereich beträgt bei einer Pixelgröße von 3,5 µm 120 µm. Im beschriebenen LED-Beispiel wurde eine 20 µm Schablone verwendet. Die Messung erfolgte mit einer Meister S+ mit 3,5 µm Pixel-Auflösung und einer 25 MP Kamera.
Die Tabelle zeigt die Wiederholgenauigkeit der Messung bei 10 Wiederholungen anhand der 3-Sigma-Streuung. Der Industriestandard erlaubt eine 6-Sigma-Streuung kleiner 10 %. Die Meister S+ erreicht auf den spiegelnden Oberflächen einen Wert kleiner 5 %.
Die Wiederholgenauigkeit ist eine Kombination aus KI-Algorithmen zur Rauschunterdrückung und der Nutzung von 2D-Informationen. Unterhalb von 10 µm wird es schwer mit einer Weißlichtmessung Oberflächenrauschen (Störsignale) und echte Lotpastenhöhen voneinander zu trennen. Deshalb wird die reine Grauwertanalyse des Weißlichts mit der RGB-Information kombiniert. Dadurch lassen sich die Höheninformationen von Lotpaste, Pad-Fläche und Deckfolie klar voneinander trennen.
In gewöhnlichen SMT-Anwendungen greift man dabei auf die allgemeinen automatischen Algorithmen zurück. Bei herausfordernden Basismaterialien, wie in unserem Beispiel, lassen sich die Lotpasten und Basismaterialien produktspezifisch einlernen und optimieren.
Die Verbindung aus Messtechnik, KI und Algorithmen ermöglicht gut Ergebnisse in schwierigen Anwendungen.
- Das senkrechte Messlicht egalisiert den Spiegeleffekt.
- Die KI eliminiert Interreflektionen und Spikes auf dem Messsignal
- Der Segmentation-Algorithmus unterscheidet zwischen Lotpastenhöhen kleiner 10 µm und dem Oberflächenrauschen des Basismaterials.
Dir Kombination der drei Faktoren ermöglicht die Erfassung der kompletten Lotpasteninformation mit einer hohen Wiederholgenauigkeit.
Zusammenfassung
Der Text führt uns durch die Entwicklung der Elektronikindustrie, die sich in Richtung komplexerer und smarter Produkte bewegt. Diese Entwicklung stellt sowohl Hersteller als auch Messmittelhersteller vor neue Herausforderungen, da die Anforderungen an Genauigkeit und Vielseitigkeit steigen. Dabei spielt die Integration von Technologien wie der 3D-Messung auf spiegelnden Oberflächen eine entscheidende Rolle, um die Qualität und Zuverlässigkeit der Produkte sicherzustellen. Die Meister Serie von Koh Young bietet hierfür innovative Lösungen, die sowohl die Messung kleiner Strukturen als auch die Messung auf spiegelnden Oberflächen ermöglichen. Durch die Integration spezieller Messtechnologien wie der Meister S+ und D+ werden diese Herausforderungen gemeistert, und die Elektronikindustrie kann weiterhin auf dem Weg zu einer smarteren Zukunft voranschreiten.
