3D-Röntgenbildgebung CT-Röntgenprüfsystem beschleunigt den Baugruppentest

Das CT-Röntgenprüfsystem VT-X750-V3 des Herstellers Omron inspiziert elektronische Baugruppen von beiden Seiten. Verbesserte Kameras und ein KI-Algorithmus helfen bei der Inspektion der Prüflinge.

Firmen zum Thema

CT-Röntgenprüfsystem: Elektronische Baugruppen und Komponenten auf Leiterplatten lassen sich mit der 3D-Röntgenprüfung beidseitig untersuchen.
CT-Röntgenprüfsystem: Elektronische Baugruppen und Komponenten auf Leiterplatten lassen sich mit der 3D-Röntgenprüfung beidseitig untersuchen.
(Bild: Omron)

Mit der 3D-Prüfung elektronischer Substrate lassen sich Entwicklungen wie bei 5G, Elektrofahrzeugen und Anwendungen für autonomes Fahren umsetzen. Die Hochgeschwindigkeitsinspektion elektronischer Baugruppen erfolgt mit einhundert prozentiger Röntgenstrahlung, ohne das Leiterplattendesign einzuschränken.

Warum es notwendig ist, zuverlässig und gleichzeitig hochwertig zu prüfen, zeigt das Beispiel der fortschreitenden Verdichtung von PCBAs durch IC-Chips. Sie werden beidseitig auf die Leiterplatte aufgetragen. Hinzu kommen weitere Bauteile, die auf die Leiterplatte bestückt werden. Mit herkömmlichen 2D-Röntgenverfahren ist man nicht mehr in der Lage, alle verbauten Komponenten verlässlich zu prüfen.

Mit dem 3D-Prüfverfahren geht allerdings auch ein Problem einher: Die 3D-Röntgenbildgebung, Bildverarbeitung und -prüfung erfordern viel Zeit. Es ist schwierig, sowohl eine hohe Betriebseffizienz und gleichzeitig eine qualitativ hochwertige Prüfung zu erreichen.

Höhere Prüfgeschwindigkeit mit KI-Algorithmen

Bislang war es üblich, die 3D-CT-Prüfung nur für einen Teil der Baugruppe einzusetzen. Das betraf vor allem besonders kritische Komponenten oder eine Offline-Prüfzelle außerhalb der Produktionslinie. Ziel war es, die Produktions- und Prüfanforderungen vollumfänglich zu erfüllen und mit den Zykluszeiten älterer 2D-Röntgengeräte Schritt zu halten.

Mit dem VT-X750-V3 steht jetzt die Möglichkeit bereit, eine 1,5-mal schneller Prüfgeschwindigkeit als das aktuelle Modell, wodurch eine hundertprozentige CT-Röntgenprüfung selbst komplex bestückter Leiterplatten besser möglich ist.

Dazu setzt Hersteller Omron die Continuous Imaging Technology ein. Hierbei handelt es sich um eine kontinuierliche Bildgebungstechnik, um stereoskopische Bilder ohne Unterbrechung aufzunehmen. Möglich sind dadurch nahtlose, fließende Bewegung durch die Omron-eigene Maschinensteuerung und eine Kamera, die doppelt so empfindlich ist wie bei herkömmlichen Verfahren.

Im Ergebnis ist eine Hochgeschwindigkeitserfassung klarer 3D-Bilder und leistungsstarke Prüfungen bei kürzeren Zykluszeiten möglich. Unterstützt wird die Röntgeninspektion von KI-Algorithmen. Notwendige Einstellungen für die CT-Bildgebung bei der Inspektion werden stärker automatisiert und Anpassungen am Programm lassen sich reduzieren.

Die Details des Röntgenprüfsystems

  • Kontinuierliche Bildverarbeitung erhöht Prüfgeschwindigkeit: Das 3D-Röntgenverfahren bietet hochwertige 3D-CT-Bilder bei gleichzeitiger verbesserter Hardwaresteuerung. Hier spricht der Hersteller von einer 1,5-mal schnelleren Prüfzeit. Dabei ist die Prüfzeit definiert als die Zeit für die gesamte Leiterplatteninspektion von Substraten der Größe M. Ohne die Zeit zum Laden und Entladen der Leiterplatte. Das ist die 3D-Prüfzeit für beide Seiten der Leiterplatte, einschließlich zwei Stück BGA mit 2.000 bis 3.000 Pins oder SiP. Das Röntgenrauschen lässt sich mit 3D-Algorithmen senken.
  • Verschiedene Leistungsbauelemente: Dank einer Prüflogik lässt sich die Inspektion von Komponenten wie IGBT- und MOSFET-Leistungsbauelementen optimieren. Aus diesem Grund kommt die 3D-Röntgeninspektion bei der Lötstelleninspektion von Durchsteckverbindern, bei Einpressverbindern und bei SiP/PoP-Gehäusen [1] zum Einsatz. Vor allem die Inspektion von Leistungsbauelementen wird wichtiger, da die Leistungshalbleiter von Si zu SIC oder GaN [2] wechseln und Aspekte der Wärmeabgabe wichtiger werden.
  • Automatisierte Prüfung mit KI-Algorithmen: Die Röntgeninspektion erfordert optimierte Bildgebungsbedingungen, da unterschiedliche Prüfobjekte, Bauteiltypen und Bauteilpositionen verwendet werden. Traditionell wird das durch ausprobieren erreicht. VT-X750-V3 registriert die 3D-Bildverarbeitungseinstellungen im Vorfeld. Unterstützt wird das System durch KI-Algorithmen, um einige Prozesse zu automatisieren.
  • Weniger Röntgenbelastung: Bediener der Anlage müssen vor schädlicher Röntgenstrahlung geschützt werden und gleichzeitig soll das Ausfallrisiko aufgrund einer Überbelichtung von Halbleiterkomponenten gesenkt werden. Dank einer speziellen Funktion lässt sich die Belichtung pro Bauteil an jeder Stelle und auf beiden Seiten der Leiterplatte genau simulieren. Die Funktion reduziert das Risiko von Bauteilausfällen aufgrund einer Überbelichtung durch Röntgenstrahlen, indem sie die Dosierungsmenge überprüft.

Erläuterungen

[1] SiP/PoP-Paket: SiP = System in Package, PoP = Package on Package. Beides sind Bezeichnungen für Komponenten, die in anspruchsvollen PCB-Designs verwendet werden. Die innere Struktur bestehender IC/LSI-Komponenten ist einlagig; die innere Struktur von SiP- oder PoP-Komponenten ist jedoch mehrlagig und komplexer. Je komplexer die Struktur, desto wichtiger werden 3D-Röntgeninspektionsmöglichkeiten und eine hochwertige Bildgebung. SiP-Bauteile werden häufig für 5G-Kommunikationskomponenten verwendet, etwa für vernetzte Autos und Smartphones. PoP-Bauteile lassen sich für Prozessoranwendungen wie primäre CPUs nutzen.

[2] SiC oder GaN: Herkömmliche Halbleiterbauelemente bestehen hauptsächlich aus Si (Silizium), darunter auch Leistungsbauelemente. Bei vielen dieser Leistungsbauelemente kann es jedoch zu Wärmeproblemen kommen, wenn die elektrische Spannung und der Strom steigen. SiC- (Siliziumkarbid-) oder GaN- (Galliumnitrid-)Bauelemente haben eine höhere Wärmebeständigkeit und werden voraussichtlich die nächste Generation von Leistungshalbleiterbauelementen dominieren.

(ID:47894610)